Estudo sobre as características de secagem do lodo municipal

Tomando o lodo de desidrataçãodo Município do Distrito de Qingpu Tratamento de Esgoto Utilizando plantas como matéria-prima, este artigo estuda as diferenças nas características do lodo antes e depois da secagem, sob as perspectivas de análise industrial, micromorfologia, composição básica e poder calorífico, e fornece dados fundamentais para a realização da secagem e incineração do lodo.

Lodo é um subproduto de processo de tratamento de esgotoO lodo, com alto teor de água (geralmente cerca de 98%), grande volume e difícil de descartar, possui composição complexa, contendo grande quantidade de substâncias orgânicas, metais pesados, sais, substâncias de difícil degradação, microrganismos patogênicos, ovos de parasitas, entre outros. Com o aprofundamento do tratamento de esgoto, o tratamento e a disposição adequados do lodo tornam-se cada vez mais importantes, e o lodo não tratado representa uma grande ameaça ao meio ambiente.

De acordo com dados do Instituto de Pesquisa E20, mais da metade do lodo gerado por estações de tratamento de esgoto é tratado e descartado em aterros sanitários, resultando em uma perda de mais de 18% desse lodo. Mais de 50% do conteúdo de água presente em 80% do lodo desidratado é descartado pelo método simples de aterro. Esse método de descarte não só causa sérios problemas de poluição ambiental secundária, como também ocupa uma grande área, sem espaço disponível para aterro a longo prazo. A proposta é... Tratamento de Lodo Os requisitos de descarte previstos no "Plano Quinquenal da Água" e no "13º Plano Quinquenal" impulsionaram o crescimento do mercado de tratamento e descarte de lodo, em um contexto de políticas favoráveis, e a tecnologia e os equipamentos de tratamento relacionados também se desenvolveram rapidamente.

As "Melhores diretrizes técnicas viáveis ​​para o tratamento e disposição de lodo em estações de tratamento de esgoto" consideram a secagem e incineração do lodo como a direção a ser seguida em nosso país no futuro. Para alcançar a secagem e incineração do lodo com alta eficiência e baixo consumo de energia, é necessário estudar sistematicamente as características do lodo antes e depois da secagem, sob múltiplas perspectivas.

Neste artigo, as características do lodo desidratado antes e depois da secagem foram estudadas sob os aspectos de análise básica, micromorfologia, composição básica e poder calorífico, o que forneceu dados básicos para a realização da secagem e incineração do lodo.

Equipamento experimental

O municipal lodo de desidratação A secagem é realizada utilizando um secador de película fina, cujo diagrama estrutural é mostrado na Figura. A máquina de secagem de película fina é composta por um invólucro, um rotor e um dispositivo de acionamento. O rotor espalha a lama desidratada em uma fina camada na parede interna da camisa do invólucro, e a lama é seca por meio de vapor em alta temperatura ou óleo de condução térmica presente na camisa.

Análise básica e comparação antes e depois da secagem do lodo

Vapor superaquecido a 160 °C e 0,6 MPa foi injetado em um secador de película fina para secar o lodo desidratado, com teor de umidade de aproximadamente 80%, até um teor de umidade inferior a 30%. Amostras do lodo, antes e depois da secagem, foram coletadas e analisadas diversas vezes. Os resultados mostraram que o teor de voláteis do lodo foi reduzido após a secagem, e o teor de voláteis da base de secagem diminuiu entre 4,53% e 8,66%. Ao mesmo tempo, o teor de cinzas do lodo aumentou e o poder calorífico superior da base de secagem diminuiu entre 0,335 e 1,15 MJ/kg. Isso ocorre principalmente porque, durante o processo de secagem térmica, compostos orgânicos voláteis presentes no lodo e algumas partículas finas do lodo se tornam gases residuais da secagem juntamente com o vapor de água de secagem, sendo então encaminhados para a seção subsequente de tratamento de gases residuais.

Comparação da microestrutura da lama antes e depois da secagem.

A figura a seguir mostra a microestrutura do lodo antes e depois da secagem. Como pode ser observado, a estrutura do lodo antes da secagem é relativamente frouxa, com um grande número de polímeros extracelulares envolvendo e agrupados externamente ao coloide, formando uma estrutura agregada evidente. Dessa forma, a água ligada, a água intersticial e a água intracelular presentes no lodo ficam retidas nos flocos de lodo, dificultando a desidratação adicional por meio de ações físico-químicas. Comparado ao lodo após a secagem, o lodo antes da secagem apresenta maior porosidade, maior área superficial específica, alta compressibilidade e os flocos de lodo podem ser desfeitos com a aplicação de menor força mecânica ou calor. Com a evaporação da água no lodo, a estrutura dos flocos de lodo colapsa gradualmente, formando uma estrutura agregada com superfície compacta e poros que diminuem progressivamente, conforme ilustrado na figura à direita. Entretanto, a eficiência da evaporação da água também diminui com a redução do índice de vazios do lodo.

Comparação da composição do lodo antes e depois da secagem.

A figura mostra os resultados da análise espectral por infravermelho antes e depois da secagem do lodo. Os grupos funcionais representativos do lodo seco são principalmente H₂O livre, -OH, -CH₂, -CH₃, anel aromático, C=C, CO, hidrocarbonetos halogenados, etc. Isso indica que o teor de matéria orgânica no lodo é alto, podendo ser proteínas, lipídios, amido e celulose. Estudos demonstraram que o teor de proteína na matéria orgânica do lodo é superior a 60%, o de lipídios é de cerca de 20%, e o de amido e celulose é de cerca de 15%. A decomposição dessa matéria orgânica produz NH₃, H₂S, COVs e outros gases odoríferos.

O EPS é um polímero complexo composto por proteínas, polissacarídeos e pequenas quantidades de lipídios, ácidos nucleicos e húmus. A detecção de compostos característicos do EPS indica a presença de uma grande quantidade desse material no lodo. Como um importante componente orgânico do lodo, o teor de EPS determina a intensidade de absorção no infravermelho dos grupos funcionais característicos do lodo. Comparando os espectros de infravermelho do lodo antes e depois da secagem, e excluindo a interferência sutil de impurezas presentes no lodo durante o processo de análise, observa-se que a intensidade de absorção no infravermelho do lodo antes da secagem é significativamente maior do que a do lodo após a secagem. Em comparação com o lodo antes da secagem, os espectros do lodo após a secagem mostraram que os picos secundários em 1654 e 1543 cm⁻¹ (C=C), 2924 cm⁻¹ (CH) e 1076 cm⁻¹ (CO) foram menores, o que indica a decomposição de substâncias proteicas durante o processo de secagem do lodo. Isso também explica a diminuição do teor de matéria orgânica e de matéria volátil após a secagem do lodo.

Comparação do teor de umidade, matéria orgânica e poder calorífico do lodo antes e depois da secagem.

A matéria orgânica presente no lodo é a principal responsável pelo seu poder calorífico, enquanto o teor de umidade também exerce grande influência sobre ele. Lodos com alto teor de umidade apresentam baixo poder calorífico, o que inevitavelmente afeta a incineração do lodo. Além disso, o consumo de energia do sistema no processo de secagem do lodo é utilizado principalmente para a evaporação da água presente no lodo.

O teor de matéria orgânica do lodo após a secagem diminuiu ligeiramente, e o correspondente alto poder calorífico da base seca também diminuiu ligeiramente. Foram estudadas as correlações entre o teor de umidade do lodo e o poder calorífico, bem como entre a matéria orgânica do lodo e o poder calorífico. O coeficiente de correlação entre as variáveis ​​foi obtido por regressão linear, e a análise de correlação foi realizada.

Existe uma correlação negativa entre o teor de umidade do lodo seco e seu baixo poder calorífico, que diminui com o aumento do teor de umidade. No entanto, o coeficiente de correlação entre o teor de umidade do lodo seco e o baixo poder calorífico é de 0,882, e o valor de p do teste F é de 0,061 com 95% de confiança. Como o valor de p do teste F é maior que 0,05, o teor de umidade do lodo seco não apresenta uma correlação linear significativa com o baixo poder calorífico.

O coeficiente de correlação entre o teor de matéria orgânica do lodo bruto e o poder calorífico superior em base seca foi de 0,997, e o valor de p do teste F foi de 0,0033, com um nível de confiança de 95%. O valor de p do teste F é inferior a 0,05, portanto, o teor de matéria orgânica do lodo bruto apresenta uma correlação significativa com o seu poder calorífico superior em base seca.

O teor de matéria orgânica do lodo seco apresentou correlação positiva com o poder calorífico superior da base seca, e este aumentou com o aumento do teor de matéria orgânica. Além disso, o coeficiente de correlação entre o teor de matéria orgânica do lodo seco e o poder calorífico superior do substrato seco foi de 0,973, e o valor de p do teste F foi de 0,014, com um nível de confiança de 95%. Como o valor de p do teste F é inferior a 0,05, conclui-se que existe uma correlação significativa entre o teor de matéria orgânica do lodo seco e o poder calorífico superior da base seca.

A partir da análise acima, observa-se que o poder calorífico do lodo está intimamente relacionado ao teor de umidade e ao teor de matéria orgânica, havendo uma correlação positiva significativa entre o teor de matéria orgânica do lodo e o poder calorífico do lodo em base seca. Isso também demonstra que, embora um grande número de aditivos inorgânicos seja utilizado para o condicionamento e desidratação do lodo proveniente de estações de tratamento de esgoto, a introdução de uma grande quantidade desses aditivos, além de aumentar a carga do sistema durante o processo de secagem do lodo, também reduz significativamente o teor de matéria orgânica, o que pode afetar negativamente a secagem e a incineração subsequentes do lodo.

Conclusão

Neste artigo, as características do lodo desidratado antes e depois da secagem foram analisadas utilizando-se como matéria-prima o lodo desidratado do distrito de Qingpu, em Xangai.

(1) Com o progresso da secagem, a estrutura da superfície do lodo se fecha gradualmente, a lacuna diminui gradualmente e a eficiência da secagem diminui gradualmente.

(2) O processo de secagem do lodo causará uma pequena decomposição da matéria orgânica, de modo que o teor de matéria orgânica e matéria volátil do lodo após a secagem será ligeiramente reduzido.

(3) O baixo poder calorífico do lodo está negativamente correlacionado com seu teor de umidade, mas não há uma relação linear óbvia; houve uma correlação linear positiva entre o alto poder calorífico do lodo e seu teor de matéria orgânica. Portanto, é necessário reduzir o teor de umidade do lodo e a perda de matéria orgânica para garantir seu poder calorífico.