Badanie charakterystyki suszenia osadów komunalnych

Biorąc odwadnianie osaduMiejskiego Okręgu Qingpu Oczyszczanie ścieków W artykule tym, wykorzystującym roślinę jako surowiec, zbadano różnice w charakterystyce osadów przed i po suszeniu, biorąc pod uwagę analizę przemysłową, mikromorfologię, podstawowy skład i wartość kaloryczną, a także przedstawiono podstawowe dane dotyczące realizacji procesu suszenia i spalania osadów.

Osad jest produktem ubocznym proces oczyszczania ścieków, o wysokiej zawartości wody (zwykle około 98%), dużej objętości, trudnych do utylizacji cechach i złożonym składzie osadu, zawierającym dużą liczbę substancji organicznych, metali ciężkich, soli, substancji trudnych do rozkładu i mikroorganizmów chorobotwórczych, jaj pasożytów itd. Wraz z pogłębianiem oczyszczania ścieków, racjonalne przetwarzanie i usuwanie osadów jest coraz ważniejsze, a nieoczyszczone osady stanowią duże zagrożenie dla środowiska.

Według danych Instytutu Badawczego E20, ponad połowa osadów generowanych przez oczyszczalnie ścieków jest oczyszczana i składowana na składowiskach odpadów sanitarnych, a ponad 18% osadów ulega zniszczeniu. Ponad 50% zawartości wody w 80% odwodnionych osadów jest składowane prostą metodą składowania. Ta metoda utylizacji nie tylko powoduje poważne wtórne zanieczyszczenie środowiska, ale również zajmuje duży obszar i w dłuższej perspektywie nie będzie miejsca na ich zakopanie. Propozycja Oczyszczanie osadów i wymogi dotyczące usuwania ścieków zawarte w „Dziesięciu Planach Wodnych” i „13. Planie Pięcioletnim” przyczyniły się do wzrostu rynku oczyszczania i usuwania osadów pod warunkiem korzystnej polityki; powiązana z tym technologia oczyszczania i sprzęt również rozwijają się szybko.

W dokumencie „Najlepsze możliwe wytyczne techniczne dotyczące przetwarzania i utylizacji OSADÓW w oczyszczalniach ścieków” stwierdzono, że suszenie i spalanie osadów to kierunek, który nasz kraj będzie promował w przyszłości. Aby zapewnić wysoką wydajność suszenia i spalania osadów przy niskim zużyciu energii, konieczne jest systematyczne badanie właściwości osadów przed i po suszeniu pod wieloma względami.

W artykule tym zbadano charakterystykę odwodnionego osadu przed i po suszeniu pod kątem analizy podstawowej, mikromorfologii, podstawowego składu i wartości opałowej, co pozwoliło na uzyskanie podstawowych danych do realizacji procesu suszenia i spalania osadu.

Sprzęt eksperymentalny

Gminny odwadnianie osadu Suszenie odbywa się za pomocą suszarki cienkowarstwowej, a schemat budowy suszarki cienkowarstwowej przedstawiono na rysunku. Suszarka cienkowarstwowa składa się z płaszcza, wirnika i urządzenia napędowego. Wirnik rozprowadza odwodniony osad cienką warstwą na wewnętrznej ścianie płaszcza płaszcza i suszy go za pomocą pary wodnej o wysokiej temperaturze lub oleju przewodzącego ciepło w płaszczu.

Podstawowa analiza i porównanie przed i po suszeniu osadu

Przegrzana para o temperaturze 160°C i ciśnieniu 0,6 MPa została wprowadzona do suszarki cienkowarstwowej w celu wysuszenia odwodnionego osadu o wilgotności około 80% do wilgotności poniżej 30%. Osad przed i po suszeniu został wielokrotnie pobrany i przeanalizowany. Wyniki wykazały, że zawartość substancji lotnych w osadzie została zmniejszona po suszeniu, a zawartość substancji lotnych w bazie suszącej została zmniejszona o 4,53%~8,66%. Jednocześnie wzrosła zawartość popiołu w osadzie, a wysoka wartość kaloryczna bazy suszącej zmniejszyła się o 0,335~1,15 MJ/kg. Dzieje się tak głównie dlatego, że w procesie suszenia termicznego lotne związki organiczne w osadzie i niektóre drobne cząstki osadu stają się gazem resztkowym suszenia wraz z parą wodną suszenia i wchodzą do kolejnej sekcji oczyszczania gazu resztkowego.

Porównanie mikrostruktury osadu przed i po suszeniu

Poniższy rysunek przedstawia mikrostrukturę osadu przed i po suszeniu. Jak widać na rysunku, struktura osadu przed suszeniem jest stosunkowo luźna, a duża liczba polimerów zewnątrzkomórkowych jest owinięta i zebrana na zewnątrz koloidu, tworząc wyraźną strukturę agregatową. W ten sposób woda związana, woda śródmiąższowa i woda wewnątrzkomórkowa w osadzie są owinięte w kłaczki osadu, co utrudnia dalsze odwadnianie poprzez działania fizyczne i chemiczne. W porównaniu z osadem po suszeniu, osad przed suszeniem charakteryzuje się większą porowatością, większą powierzchnią właściwą, wysoką ściśliwością, a kłaczki osadu można rozłożyć, stosując mniejszą siłę mechaniczną lub dostarczając ciepło. Wraz z parowaniem wody z osadu, struktura kłaczków osadu stopniowo zapada się, tworząc strukturę agregatową o zwartej strukturze powierzchni i stopniowo zmniejszających się pustkach, jak pokazano na rysunku po prawej stronie. Jednak wydajność parowania wody również spada wraz ze spadkiem wskaźnika pustki w osadzie.

Porównanie składu osadu przed i po suszeniu

Rysunek przedstawia wyniki analizy widmowej w podczerwieni przed i po suszeniu osadu. Reprezentatywne grupy funkcyjne suchego osadu to głównie wolna H2O, -OH, -CH2, -CH3, pierścienie aromatyczne, C=C, CO2, węglowodory halogenowane itp. Wskazuje to na wysoką zawartość materii organicznej w osadzie, a jej rodzajami mogą być białka, lipidy, skrobia i celuloza. Badania wykazały, że zawartość białka w materii organicznej osadu wynosi ponad 60%, lipidów około 20%, skrobi i celulozy około 15%. Rozkład tej materii organicznej powoduje wydzielanie się NH3, H2S, lotnych związków organicznych (LZO) i innych gazów zapachowych.

EPS to polimer o wysokiej zawartości białka, polisacharydu oraz niewielkiej ilości lipidów, kwasu nukleinowego i próchnicy. Wykrycie związków charakterystycznych dla EPS wskazuje na obecność dużej ilości EPS w osadzie. Jako ważny składnik organiczny osadu, zawartość EPS determinuje intensywność absorpcji w podczerwieni charakterystycznych grup funkcyjnych osadu. Porównując widma w podczerwieni osadu przed i po suszeniu oraz wykluczając subtelne zakłócenia ze strony zanieczyszczeń w osadzie podczas procesu analizy, można zauważyć, że intensywność absorpcji w podczerwieni osadu przed suszeniem jest znacznie wyższa niż osadu po suszeniu. W porównaniu z osadem przed suszeniem, widma osadu po suszeniu wykazały, że piki barkowe przy 1654 i 1543 cm-1 (C=C), 2924 cm-1 (CH) i 1076 cm-1 (CO) były mniejsze, co wskazywało na rozkład substancji białkowych podczas procesu suszenia osadu. Wyjaśnia to również spadek zawartości materii organicznej i substancji lotnych po wysuszeniu osadu.

Porównanie zawartości wilgoci, materii organicznej i wartości opałowej osadu przed i po suszeniu

Materia organiczna w osadzie jest głównym źródłem wartości opałowej, a zawartość wilgoci w osadzie również ma duży wpływ na wartość opałową. Wysoka zawartość wilgoci w osadzie charakteryzuje się niską wartością opałową, co nieuchronnie wpływa na jego spalanie. Ponadto, zużycie energii w procesie suszenia osadu jest wykorzystywane głównie na odparowanie wody z osadu.

Zawartość materii organicznej w osadzie po wysuszeniu nieznacznie spadła, a odpowiadająca temu wysoka wartość kaloryczna suchej masy również nieznacznie spadła. Zbadano odpowiednio korelację między wilgotnością osadu a wartością kaloryczną oraz korelację między materią organiczną osadu a wartością kaloryczną, a współczynnik korelacji między zmiennymi uzyskano metodą regresji liniowej, a następnie przeprowadzono analizę korelacji.

Istnieje ujemna korelacja między zawartością wilgoci w suchym osadzie a jego niską wartością opałową, która maleje wraz ze wzrostem wilgotności. Jednakże współczynnik korelacji między zawartością wilgoci w suchym osadzie a niską wartością opałową wynosi 0,882, a wartość P w teście F wynosi 0,061 przy 95% poziomie ufności. Ponieważ wartość P w teście F jest większa niż 0,05, wilgotność suchego osadu nie wykazuje istotnej liniowej korelacji z niską wartością opałową.

Współczynnik korelacji pomiędzy zawartością materii organicznej w surowym osadzie a wysoką wartością kaloryczną suchej masy wyniósł 0,997, a wartość P testu F wyniosła 0,0033 przy poziomie ufności 95%. Wartość P testu F jest mniejsza niż 0,05, co oznacza, że ​​zawartość materii organicznej w surowym osadzie wykazuje istotną korelację z wysoką wartością kaloryczną suchej masy.

Zawartość materii organicznej w suchym osadzie ściekowym była dodatnio skorelowana z wysoką wartością kaloryczną suchej bazy, a wysoka wartość kaloryczna suchej bazy wzrastała wraz ze wzrostem zawartości materii organicznej. Ponadto współczynnik korelacji między zawartością materii organicznej w suchym osadzie ściekowym a wysoką wartością kaloryczną suchego substratu wyniósł 0,973, a wartość p testu F wyniosła 0,014 przy poziomie ufności 95%. Ponieważ wartość p testu F jest mniejsza niż 0,05, można zauważyć istotną korelację między zawartością materii organicznej w suchym osadzie ściekowym a wysoką wartością kaloryczną suchej bazy.

Z powyższej analizy wynika, że ​​wartość kaloryczna osadu jest ściśle związana z zawartością wilgoci i materii organicznej, a także istnieje istotna dodatnia korelacja między zawartością materii organicznej w osadzie a wartością kaloryczną suchej masy osadu. Pokazuje to również, że w przypadku zastosowania dużej liczby dodatków nieorganicznych do kondycjonowania i odwadniania osadu z oczyszczalni ścieków, chociaż mogą one wywierać znaczący wpływ na odwodnienie, wprowadzenie dużej liczby substancji nieorganicznych nie tylko poprawi obciążenie systemu w procesie suszenia osadu, ale także znacząco zmniejszy zawartość materii organicznej w osadzie, co będzie miało negatywny wpływ na późniejsze suszenie i spalanie osadu.

Wniosek

W artykule tym przeanalizowano właściwości odwodnionego osadu przed i po suszeniu, wykorzystując jako surowiec odwodniony osad pochodzący z dzielnicy Qingpu w Szanghaju.

(1) W miarę postępu suszenia struktura powierzchniowa osadu stopniowo się zamyka, szczelina stopniowo się zmniejsza, a wydajność suszenia stopniowo maleje.

(2) Proces suszenia osadu powoduje rozkład niewielkiej ilości materii organicznej, dzięki czemu zawartość materii organicznej i substancji lotnych w osadzie po wysuszeniu ulega nieznacznemu zmniejszeniu.

(3) Niska wartość kaloryczna osadu ściekowego jest ujemnie skorelowana z jego wilgotnością, ale nie ma wyraźnej zależności liniowej; stwierdzono dodatnią korelację liniową między wysoką wartością kaloryczną osadu ściekowego a zawartością materii organicznej w osadzie. Dlatego konieczne jest obniżenie wilgotności osadu ściekowego i ograniczenie utraty materii organicznej w osadzie ściekowym, aby zapewnić jego wysoką wartość kaloryczną.