Studie av tørkeegenskaper for kommunalt slam

Tar avvanningsslamav Qingpu distriktskommune Avløpsrensing Med plante som råmateriale studerer denne artikkelen forskjellene i slammets egenskaper før og etter tørking ut fra aspekter som industriell analyse, mikromorfologi, grunnleggende sammensetning og brennverdi, og gir grunnleggende data for realisering av tørking og forbrenning av slam.

Slam er et biprodukt av kloakkbehandlingsprosess, med høyt vanninnhold (vanligvis ca. 98 %), stort volum, vanskelig å kvitte seg med egenskapene, og slamsammensetningen er kompleks, og inneholder et stort antall organiske stoffer, tungmetaller, salter, vanskelig nedbrytbare stoffer og patogene mikroorganismer, parasittegg og så videre. Med fordypningen av kloakkrensing blir rimelig behandling og avhending av slam stadig viktigere, og ubehandlet slam er en stor trussel mot miljøet.

Ifølge data fra E20 Research Institute blir mer enn halvparten av slammet som genereres av avløpsrenseanlegg behandlet og deponert på sanitærdeponier, og mer enn 18 % av slammet går tapt. Mer enn 50 % av vanninnholdet i 80 % av det avvannede slammet deponeres med den enkle metoden med deponi. Denne deponeringsmetoden har ikke bare alvorlig sekundær miljøforurensning, men opptar også et stort område, og det vil ikke være noe land å grave ned på lang sikt. Forslaget fra Slambehandling og avhendingskrav i «Water Ten» og «13. femårsplan» har fremmet veksten i markedet for slambehandling og avhending under forutsetning av gunstig politikk, og tilhørende behandlingsteknologi og -utstyr har også utviklet seg raskt.

«De beste gjennomførbare tekniske retningslinjene for SLAMbehandling og -avhending i avløpsrenseanlegg» mener at slamtørking og -forbrenning er retningen landet vårt anbefaler i fremtiden. For å realisere slamtørking og -forbrenning med høy effektivitet og lavt energiforbruk, er det nødvendig å systematisk studere slammets egenskaper før og etter tørking fra flere vinkler.

I denne artikkelen ble egenskapene til dehydrert slam før og etter tørking studert ut fra aspektene grunnleggende analyse, mikromorfologi, grunnleggende sammensetning og brennverdi, noe som ga grunnleggende data for realisering av tørking og forbrenning av slam.

Eksperimentelt utstyr

Den kommunale avvanningsslam tørkes ved hjelp av en tynnfilmstørker, og strukturdiagrammet til tynnsjiktstørkeren er vist i figur. Tynnfilmstørkemaskinen består av et skall, en rotor og en drivenhet. Rotoren fordeler det dehydrerte slammet i et tynt lag på den indre veggen av skallkappen, og tørker slammet med høytemperaturdamp eller varmeledningsolje i kappen.

Grunnleggende analyse og sammenligning før og etter slamtørking

Overopphetet damp på 160 ℃ og 0,6 MPa ble ført inn i tynnfilmtørkeren for å tørke det avvannede slammet med et fuktighetsinnhold på omtrent 80 % til et fuktighetsinnhold på mindre enn 30 %. Slammet før og etter tørking ble prøvetatt og analysert flere ganger. Resultatene viste at det flyktige innholdet i slammet ble redusert etter tørking, og det flyktige innholdet i tørkebasen ble redusert med 4,53 % til 8,66 %. Samtidig økte askeinnholdet i slammet, og den høye brennverdien til tørkebasen ble redusert med 0,335 til 1,15 MJ/kg. Dette skyldes hovedsakelig at flyktige organiske forbindelser i slammet og noen fine slampartikler blir til tørkende restgass sammen med tørkevanndampen og går inn i den påfølgende restgassbehandlingsdelen.

Mikrostruktursammenligning av slam før og etter tørking

Figuren nedenfor viser mikrostrukturen til slammet før og etter tørking. Som det fremgår av figuren, er slamstrukturen før tørking relativt løs, og et stort antall ekstracellulære polymerer er pakket inn og samlet utenfor kolloidet, og danner en tydelig aggregatstruktur. På denne måten er det bundne vannet, det interstitielle vannet og det intracellulære vannet i slammet pakket inn i slamflokken, slik at det er vanskelig å dehydrere ytterligere gjennom fysiske og kjemiske påvirkninger. Sammenlignet med slammet etter tørking har slammet før tørking høyere porøsitet, større spesifikt overflateareal, sterk kompressibilitet, og slamflokken kan ødelegges ved å bruke lavere mekanisk kraft eller tilføre varme. Med fordampningen av vann i slammet kollapser slamflokkstrukturen gradvis, og danner en aggregatstruktur med en tett overflatestruktur og gradvis krympende hulrom i figuren til høyre. Imidlertid vil vannfordampningseffektiviteten også avta med reduksjonen av slammortforholdet.

Sammenligning av slamsammensetning før og etter tørking

Figuren viser resultatene av infrarød spektral skanningsanalyse før og etter slamtørking. De representative funksjonelle gruppene i slamtørrgruppen er hovedsakelig fritt H2O, -OH, -CH2, -CH3, aromatisk ring, C=C, CO, halogenert hydrokarbon, etc. Dette indikerer at innholdet av organisk materiale i slammet er høyt, og de organiske materialetypene kan være protein, lipid, stivelse og cellulose. Studier har vist at proteininnholdet i organisk materiale i slam er mer enn 60 %, lipid er omtrent 20 %, stivelse og cellulose er omtrent 15 %. Nedbrytningen av dette organiske materialet vil produsere NH3, H2S og VOC-er og andre luktgasser.

EPS er en høypolymer bestående av protein, polysakkarid og en liten mengde lipider, nukleinsyre og humus. Påvisning av EPS-karakteristiske forbindelser indikerer tilstedeværelsen av en stor mengde EPS i slam. Som en viktig organisk komponent i slam bestemmer EPS-innholdet den infrarøde absorpsjonsintensiteten til slamkarakteristiske funksjonelle grupper. Ved å sammenligne infrarødspektrene til slammet før og etter tørking, og ekskludere den subtile interferensen fra urenheter i slammet under analyseprosessen, kan man se at den infrarøde absorpsjonsintensiteten til slammet før tørking er betydelig høyere enn slammet etter tørking. Sammenlignet med slammet før tørking, viste slammets spektre etter tørking at skuldertoppene ved 1654 og 1543 cm-1 (C=C), 2924 cm-1 (CH4) og 1076 cm-1 (CO) var mindre, noe som indikerte nedbrytning av proteinlignende stoffer under slamtørkeprosessen. Dette forklarer også reduksjonen i innhold av organisk materiale og innhold av flyktige stoffer etter slamtørking.

Sammenligning av fuktighetsinnhold, organisk materiale og brennverdi i slam før og etter tørking

Det organiske materialet i slammet er den viktigste kilden til slammets brennverdi, mens fuktighetsinnholdet i slammet også har stor innflytelse på brennverdien. Det høye fuktighetsinnholdet i slammet har en lav lav brennverdi, noe som uunngåelig vil påvirke forbrenningen av slammet. Dessuten brukes systemets energiforbruk i slamtørkeprosessen hovedsakelig til å fordampe vannet i slammet.

Innholdet av organisk materiale i slammet etter tørking gikk noe ned, og den tilsvarende høye kaloriverdien til den tørre basen gikk også noe ned. Korrelasjonen mellom slammets fuktighetsinnhold og kaloriverdi, og korrelasjonen mellom slammets organiske materiale og kaloriverdi ble undersøkt henholdsvis, og korrelasjonskoeffisienten mellom variablene ble oppnådd ved lineær regresjon, og korrelasjonsanalysen ble utført.

Det er en negativ korrelasjon mellom fuktighetsinnholdet i tørt slam og dets lave kaloriverdi, som avtar med økende fuktighetsinnhold. Korrelasjonskoeffisienten mellom fuktighetsinnhold i tørt slam og lav kaloriverdi er imidlertid 0,882, og P-verdien for F-testen er 0,061 under 95 % konfidens. Siden F-testens P-verdi er større enn 0,05, viser ikke fuktighetsinnholdet i tørt slam en signifikant lineær korrelasjon med den lave kaloriverdien.

Korrelasjonskoeffisienten mellom innholdet av organisk materiale i råslam og den høye kaloriverdien på tørrbasis var 0,997, og P-verdien for F-testen var 0,0033 under konfidensnivået på 95 %. F-testens P-verdi er mindre enn 0,05, så innholdet av organisk materiale i råslam har en signifikant korrelasjon med dets høye kaloriverdi på tørrbasis.

Innholdet av organisk materiale i tørt slam var positivt korrelert med den høye brennverdien til tørrbase, og den høye brennverdien til tørrbase økte med økningen av innholdet av organisk materiale. Dessuten var korrelasjonskoeffisienten mellom innholdet av organisk materiale i tørt slam og den høye kaloriverdien til tørt substrat 0,973, og P-verdien for F-testen var 0,014 under konfidensnivået på 95 %. Siden F-testens p-verdi er mindre enn 0,05, kan man se at det er en signifikant korrelasjon mellom innholdet av organisk materiale i tørt slam og den høye kaloriverdien til tørrbase.

Fra analysen ovenfor kan man se at kaloriinnholdet i slam er nært knyttet til fuktighetsinnhold og innhold av organisk materiale, og det er en signifikant positiv korrelasjon mellom innholdet av organisk materiale i slam og kaloriinnholdet i tørrslammet. Dette viser også at hvis et stort antall uorganiske tilsetningsstoffer brukes til kondisjonering og dehydrering av slam fra avløpsrenseanlegget, selv om det kan ha en betydelig dehydreringseffekt, vil innføring av et stort antall uorganiske stoffer ikke bare forbedre systembelastningen i slamtørkeprosessen, men også redusere innholdet av organisk materiale i slammet betydelig, noe som vil forårsake negative effekter på den påfølgende slamtørkingen og forbrenningen.

Konklusjon

I denne artikkelen ble egenskapene til det dehydrerte slammet før og etter tørking analysert ved å bruke det dehydrerte slammet fra Qingpu-distriktet i Shanghai som råmateriale.

(1) Etter hvert som tørkingen skjer, tetter slammets overflatestruktur gradvis, gapet reduseres gradvis, og tørkeeffektiviteten reduseres gradvis.

(2) Tørkingsprosessen av slam vil forekomme en liten mengde nedbrytning av organisk materiale, slik at innholdet av organisk materiale og flyktige stoffer i slammet reduseres noe etter tørking.

(3) Slammets lave kaloriverdi er negativt korrelert med fuktighetsinnholdet, men det er ingen åpenbar lineær sammenheng. Det var en positiv lineær korrelasjon mellom slammets høye kaloriverdi og dets innhold av organisk materiale. Derfor er det nødvendig å redusere fuktighetsinnholdet i slammet og redusere tapet av organisk materiale i slammet for å sikre slammets kaloriverdi.