Исследование характеристик сушки муниципальных осадочных отходов
Взяв обезвоживание осадкамуниципалитета района Цинпу Очистка сточных вод В данной работе, используя растительные компоненты в качестве сырья, изучаются различия в характеристиках осадка до и после сушки с точки зрения промышленного анализа, микроморфологии, основного состава и теплотворной способности, а также приводятся основные данные для осуществления сушки и сжигания осадка.
Осадок является побочным продуктом процесс очистки сточных водОсадок характеризуется высоким содержанием воды (обычно около 98%), большим объемом, сложностью утилизации, а также сложным составом, содержащим большое количество органических веществ, тяжелых металлов, солей, трудноразлагаемых веществ, патогенных микроорганизмов, яиц паразитов и т.д. С углублением процессов очистки сточных вод все большее значение приобретает рациональная обработка и утилизация осадка, а необработанный осадок представляет собой серьезную угрозу для окружающей среды.
Согласно данным научно-исследовательского института E20, более половины осадка, образующегося на очистных сооружениях, обрабатывается и утилизируется на санитарных полигонах, при этом более 18% осадка теряется. Более 50% содержания воды в 80% обезвоженного осадка утилизируется простым методом захоронения на полигонах. Этот метод утилизации не только приводит к серьезному вторичному загрязнению окружающей среды, но и занимает большую площадь, и в долгосрочной перспективе не останется земли для захоронения. Предложение Обработка осадка Требования к утилизации, изложенные в программах «Водная десятка» и «13-й пятилетке», способствовали росту рынка обработки и утилизации осадка в условиях благоприятной политики, а также быстрому развитию соответствующих технологий и оборудования для обработки.
В документе «Наиболее целесообразные технические рекомендации по обработке и утилизации осадка на очистных сооружениях» утверждается, что сушка и сжигание осадка — это направление, которое наша страна будет поддерживать в будущем. Для обеспечения высокоэффективной и энергосберегающей сушки и сжигания осадка необходимо систематически изучать характеристики осадка до и после сушки с разных сторон.
В данной работе были изучены характеристики обезвоженного осадка до и после сушки с точки зрения базового анализа, микроморфологии, основного состава и теплотворной способности, что послужило основой для реализации сушки и сжигания осадка.
Экспериментальное оборудование
Муниципальный обезвоживание осадка Сушка производится с использованием тонкопленочной сушилки, а схема тонкопленочной сушилки показана на рисунке. Тонкопленочная сушильная машина состоит из корпуса, ротора и приводного устройства. Ротор распределяет обезвоженный осадок тонким слоем по внутренней стенке оболочки и высушивает его высокотемпературным паром или теплопроводящим маслом в рубашке.
Базовый анализ и сравнение до и после сушки осадка.
Перегретый пар при температуре 160℃ и давлении 0,6 МПа пропускали через тонкопленочную сушилку для сушки обезвоженного осадка с содержанием влаги около 80% до содержания влаги менее 30%. Образцы осадка до и после сушки отбирали и анализировали многократно. Результаты показали, что содержание летучих веществ в осадке после сушки снизилось, а содержание летучих веществ в сушильной основе уменьшилось на 4,53%–8,66%. В то же время содержание золы в осадке увеличилось, а теплотворная способность сушильной основы снизилась на 0,335–1,15 МДж/кг. Это происходит главным образом потому, что в процессе термической сушки летучие органические соединения в осадке и некоторые мелкие частицы осадка вместе с водяным паром попадают в отходящие газы после сушки и проходят последующую обработку.
Сравнение микроструктуры осадка до и после сушки
На следующем рисунке показана микроструктура осадка до и после сушки. Как видно из рисунка, структура осадка до сушки относительно рыхлая, и большое количество внеклеточных полимеров обернуты и собраны снаружи коллоида, образуя отчетливую агрегатную структуру. Таким образом, связанная вода, межклеточная вода и внутриклеточная вода в осадке заключены в хлопья, что затрудняет дальнейшее обезвоживание под действием физических и химических сил. По сравнению с осадком после сушки, осадок до сушки имеет более высокую пористость, большую удельную площадь поверхности, высокую сжимаемость, и хлопья осадка могут быть разрушены при приложении меньшей механической силы или нагревании. По мере испарения воды из осадка структура хлопьев постепенно разрушается, образуя агрегатную структуру с плотной поверхностной структурой и постепенно уменьшающимися пустотами, как показано на рисунке справа. Однако эффективность испарения воды также снижается с уменьшением коэффициента пустотности осадка.
Сравнительный анализ состава осадка до и после сушки.
На рисунке показаны результаты анализа инфракрасного спектрального сканирования до и после сушки осадка. Типичными функциональными группами высушенного осадка являются в основном свободные H2O, -OH, -CH2, -CH3, ароматические кольца, C=C, CO, галогенированные углеводороды и др. Это указывает на высокое содержание органических веществ в осадке, причем к типам органических веществ могут относиться белки, липиды, крахмал и целлюлоза. Исследования показали, что содержание белка в органических веществах осадка составляет более 60%, липидов — около 20%, крахмала и целлюлозы — около 15%. Разложение этих органических веществ приводит к образованию NH3, H2S, летучих органических соединений и других пахучих газов.
ЭПС (внеклеточные полимеры) — это высокополимерные соединения, состоящие из белка, полисахарида и небольшого количества липидов, нуклеиновых кислот и гумуса. Обнаружение характерных соединений ЭПС указывает на наличие большого количества ЭПС в осадке. Как важный органический компонент осадка, содержание ЭПС определяет интенсивность инфракрасного поглощения характерных функциональных групп осадка. Сравнивая инфракрасные спектры осадка до и после сушки и исключая незначительное влияние примесей в осадке в процессе анализа, можно увидеть, что интенсивность инфракрасного поглощения осадка до сушки значительно выше, чем у осадка после сушки. По сравнению со спектром осадка до сушки, спектр осадка после сушки показал, что пики на 1654 и 1543 см⁻¹ (C=C), 2924 см⁻¹ (CH) и 1076 см⁻¹ (CO) стали меньше, что указывает на разложение белкоподобных веществ в процессе сушки осадка. Это также объясняет снижение содержания органических веществ и летучих веществ после сушки осадка.
Сравнение содержания влаги, органических веществ и теплотворной способности осадка до и после сушки.
Органические вещества в осадке являются основным фактором, определяющим его теплотворную способность, в то время как содержание влаги также оказывает значительное влияние на теплотворную способность. Высокое содержание влаги в осадке приводит к низкой теплотворной способности, что неизбежно влияет на процесс его сжигания. Кроме того, энергопотребление системы в процессе сушки осадка в основном расходуется на испарение воды из осадка.
Содержание органического вещества в осадке после сушки незначительно снизилось, и, соответственно, высокая теплотворная способность сухого вещества также незначительно снизилась. Была изучена корреляция между содержанием влаги в осадке и его теплотворной способностью, а также корреляция между содержанием органического вещества в осадке и его теплотворной способностью. Коэффициент корреляции между переменными был получен методом линейной регрессии, после чего был проведен корреляционный анализ.
Между содержанием влаги в сухом осадке и его низкой теплотворной способностью существует отрицательная корреляция, которая уменьшается с увеличением содержания влаги. Однако коэффициент корреляции между содержанием влаги в сухом осадке и низкой теплотворной способностью составляет 0,882, а значение P F-критерия равно 0,061 при 95% доверительном уровне. Поскольку значение P F-критерия больше 0,05, содержание влаги в сухом осадке не демонстрирует значимой линейной корреляции с низкой теплотворной способностью.
Коэффициент корреляции между содержанием органического вещества в сыром осадке и высокой калорийностью в пересчете на сухое вещество составил 0,997, а значение P F-критерия равно 0,0033 при уровне доверия 95%. Значение P F-критерия меньше 0,05, следовательно, содержание органического вещества в сыром осадке имеет значительную корреляцию с его высокой калорийностью в пересчете на сухое вещество.
Содержание органического вещества в сухом осадке положительно коррелировало с высокой теплотворной способностью сухого основания, при этом высокая теплотворная способность сухого основания увеличивалась с увеличением содержания органического вещества. Более того, коэффициент корреляции между содержанием органического вещества в сухом осадке и высокой теплотворной способностью сухого субстрата составил 0,973, а значение P F-критерия равно 0,014 при уровне доверия 95%. Поскольку значение p F-критерия меньше 0,05, можно сказать, что существует значительная корреляция между содержанием органического вещества в сухом осадке и высокой теплотворной способностью сухого основания.
Из приведенного выше анализа видно, что теплотворная способность осадка тесно связана с содержанием влаги и органического вещества, и существует значительная положительная корреляция между содержанием органического вещества в осадке и теплотворной способностью сухого осадка. Это также показывает, что если для кондиционирования и обезвоживания осадка с очистных сооружений используется большое количество неорганических добавок, то, хотя они и могут оказывать значительный обезвоживающий эффект, введение большого количества неорганических веществ не только повысит нагрузку на систему процесса сушки осадка, но и значительно снизит содержание органического вещества в осадке, что окажет неблагоприятное воздействие на последующую сушку и сжигание осадка.
Заключение
В данной работе были проанализированы характеристики обезвоженного осадка до и после сушки с использованием в качестве сырья обезвоженного осадка из района Цинпу города Шанхая.
(1) По мере высыхания поверхностная структура осадка постепенно сближается, зазоры постепенно уменьшаются, а эффективность сушки постепенно снижается.
(2) В процессе сушки осадка происходит небольшое разложение органических веществ, в результате чего содержание органических и летучих веществ в осадке после сушки незначительно снижается.
(3) Низкая теплотворная способность осадка отрицательно коррелирует с его влажностью, но явной линейной зависимости нет; между высокой теплотворной способностью осадка и содержанием в нем органических веществ наблюдается положительная линейная корреляция. Поэтому необходимо снизить влажность осадка и уменьшить потери органических веществ в осадке, чтобы обеспечить его теплотворную способность.