Štúdia charakteristík sušenia komunálnych kalov
Berúc do úvahy odvodňovací kalMestského úradu okresu Čching-pchu Čistenie odpadových vôd Rastlina ako surovina, táto práca skúma rozdiely v charakteristikách kalu pred a po vysušení z hľadiska priemyselnej analýzy, mikromorfológie, základného zloženia a výhrevnosti a poskytuje základné údaje pre realizáciu sušenia a spaľovania kalu.
Kal je vedľajším produktom proces čistenia odpadových vôd, s vysokým obsahom vody (zvyčajne okolo 98 %), veľkým objemom, ťažko likvidovateľnými charakteristikami a zložením kalu, ktoré je zložité, obsahuje veľké množstvo organických látok, ťažkých kovov, solí, ťažko rozložiteľných látok a patogénnych mikroorganizmov, vajíčok parazitov atď. S prehlbovaním čistenia odpadových vôd je rozumné čistenie a likvidácia kalu čoraz dôležitejšie a nespracovaný kal predstavuje veľkú hrozbu pre životné prostredie.
Podľa údajov Výskumného ústavu E20 sa viac ako polovica kalov produkovaných čistiarňami odpadových vôd upravuje a likviduje na sanitárnych skládkach a viac ako 18 % kalov sa stráca. Viac ako 50 % obsahu vody v 80 % odvodneného kalu sa likviduje jednoduchou metódou skládkovania. Táto metóda likvidácie nielenže spôsobuje vážne sekundárne znečistenie životného prostredia, ale zaberá aj veľkú plochu a z dlhodobého hľadiska nezostane žiadna pôda na zakopanie. Návrh Čistenie kalov a požiadavky na likvidáciu v rámci „Vodnej desiatky“ a „13. päťročného plánu“ podporili rast trhu s úpravou a likvidáciou kalov za podmienok priaznivých politík a súvisiace technológie a zariadenia na úpravu sa tiež rýchlo rozvíjali.
„Najlepšie uskutočniteľné technické pokyny pre úpravu a likvidáciu KALOV v čistiarňach odpadových vôd“ sa domnieva, že sušenie a spaľovanie kalov je smer, ktorý naša krajina v budúcnosti presadzuje. Aby sa dosiahlo sušenie a spaľovanie kalov s vysokou účinnosťou a nízkou spotrebou energie, je potrebné systematicky študovať vlastnosti kalov pred a po vysušení z viacerých uhlov pohľadu.
V tejto práci boli študované charakteristiky dehydratovaného kalu pred a po vysušení z hľadiska základnej analýzy, mikromorfológie, základného zloženia a výhrevnosti, čo poskytlo základné údaje pre realizáciu sušenia a spaľovania kalu.
Experimentálne vybavenie
Mestský odvodňovací kal sa suší pomocou tenkovrstvovej sušičky a štruktúrna schéma tenkovrstvovej sušičky je znázornená na obrázku. Stroj na sušenie tenkých vrstiev sa skladá z plášťa, rotora a hnacieho zariadenia. Rotor rozprestiera dehydratovaný kal do tenkej vrstvy na vnútornej stene plášťa a suší kal pomocou vysokoteplotnej pary alebo teplonosného oleja v plášti.
Základná analýza a porovnanie pred a po vysušení kalu
Prehriata para s teplotou 160 ℃ a tlakom 0,6 MPa bola vedená do tenkovrstvovej sušičky, aby sa odvodnený kal s obsahom vlhkosti približne 80 % vysušil na obsah vlhkosti menej ako 30 %. Kal pred a po sušení bol niekoľkokrát odobratý a analyzovaný. Výsledky ukázali, že obsah prchavých látok v kale sa po vysušení znížil a obsah prchavých látok v sušiacej báze sa znížil o 4,53 % až 8,66 %. Zároveň sa zvýšil obsah popola v kale a vysoká výhrevnosť sušiacej bázy sa znížila o 0,335 až 1,15 MJ/kg. Je to hlavne preto, že počas procesu tepelného sušenia sa prchavé organické zlúčeniny v kale a niektoré jemné častice kalu stávajú spolu so sušiacou vodnou parou tvorbou sušiaceho zvyškového plynu a vstupujú do následnej sekcie čistenia zvyškového plynu.
Porovnanie mikroštruktúry kalu pred a po vysušení
Nasledujúci obrázok znázorňuje mikroštruktúru kalu pred a po sušení. Ako je z obrázku vidieť, štruktúra kalu pred sušením je relatívne voľná a veľké množstvo extracelulárnych polymérov je obalených a zhromaždených mimo koloidu, čím vytvárajú zreteľnú agregátovú štruktúru. Týmto spôsobom je viazaná voda, intersticiálna voda a intracelulárna voda v kale obalená vo vločkách kalu, takže je ťažké ho ďalej dehydratovať fyzikálnymi a chemickými procesmi. V porovnaní s kalom po sušení má kal pred sušením vyššiu pórovitosť, väčší špecifický povrch, silnú stlačiteľnosť a vločky kalu sa dajú zničiť pôsobením menšej mechanickej sily alebo tepla. S odparovaním vody z kalu sa štruktúra vločiek kalu postupne rozpadá a vytvára agregátovú štruktúru s pevnou povrchovou štruktúrou a postupne sa zmenšujúcimi dutinami na obrázku vpravo. Účinnosť odparovania vody sa však tiež znižuje so znižujúcim sa pomerom pórovitosti kalu.
Porovnanie zloženia kalu pred a po vysušení
Obrázok zobrazuje výsledky infračervenej spektrálnej skenovacej analýzy pred a po vysušení kalu. Reprezentatívne funkčné skupiny suchého kalu sú prevažne voľná H2O, -OH, -CH2, -CH3, aromatický kruh, C=C, CO, halogénované uhľovodíky atď. To naznačuje, že obsah organickej hmoty v kale je vysoký a typy organickej hmoty môžu byť bielkoviny, lipidy, škrob a celulóza. Štúdie ukázali, že obsah bielkovín v organickej hmote kalu je viac ako 60 %, lipidy sú približne 20 %, škrob a celulóza sú približne 15 %, rozklad týchto organických látok produkuje NH3, H2S a prchavé organické zlúčeniny a ďalšie zapáchajúce plyny.
EPS je vysokopevnostný polymér zložený z bielkovín, polysacharidov a malého množstva lipidov, nukleových kyselín a humusu. Detekcia charakteristických zlúčenín EPS naznačuje existenciu veľkého množstva EPS v kale. Ako dôležitá organická zložka kalu, obsah EPS určuje intenzitu infračervenej absorpcie charakteristických funkčných skupín kalu. Porovnaním infračervených spektier kalu pred a po vysušení a vylúčením jemného vplyvu nečistôt v kale počas procesu analýzy je zrejmé, že intenzita infračervenej absorpcie kalu pred sušením je výrazne vyššia ako intenzita kalu po vysušení. V porovnaní s kalom pred sušením, spektrá kalu po vysušení ukázali, že ramenné píky pri 1654 a 1543 cm-1 (C=C), 2924 cm-1 (CH) a 1076 cm-1 (CO) boli menšie, čo naznačuje rozklad látok podobných bielkovinám počas procesu sušenia kalu. To tiež vysvetľuje pokles obsahu organických látok a obsahu prchavých látok po vysušení kalu.
Porovnanie obsahu vlhkosti, organickej hmoty a výhrevnosti kalu pred a po vysušení
Organická hmota v kale je hlavným zdrojom výhrevnosti kalu, zatiaľ čo obsah vlhkosti v kale má tiež veľký vplyv na výhrevnosť. Vysoký obsah vlhkosti v kale má nízku výhrevnosť, čo nevyhnutne ovplyvní spaľovanie kalu. Okrem toho sa energia spotrebovaná systémom v procese sušenia kalu využíva hlavne na odparovanie vody v kale.
Obsah organickej hmoty v kale po vysušení mierne klesol a zodpovedajúca vysoká výhrevnosť suchej zmesi sa tiež mierne znížila. Bola skúmaná korelácia medzi obsahom vlhkosti kalu a kalorickou hodnotou a korelácia medzi organickou hmotou kalu a kalorickou hodnotou. Korelačný koeficient medzi premennými bol získaný lineárnou regresiou a bola vykonaná korelačná analýza.
Medzi obsahom vlhkosti suchého kalu a jeho nízkou výhrevnosťou existuje negatívna korelácia, ktorá klesá so zvyšujúcim sa obsahom vlhkosti. Korelačný koeficient medzi obsahom vlhkosti suchého kalu a nízkou kalorickou hodnotou je však 0,882 a hodnota P F-testu je 0,061 pri 95 % spoľahlivosti. Keďže hodnota P F-testu je väčšia ako 0,05, obsah vlhkosti suchého kalu nevykazuje významnú lineárnu koreláciu s nízkou kalorickou hodnotou.
Korelačný koeficient medzi obsahom organickej hmoty v surovom kale a vysokou kalorickou hodnotou sušiny bol 0,997 a hodnota P F-testu bola 0,0033 pri hladine spoľahlivosti 95 %. Hodnota P F-testu je menšia ako 0,05, takže obsah organickej hmoty v surovom kale má významnú koreláciu s jeho vysokou kalorickou hodnotou sušiny.
Obsah organickej hmoty v suchom kale pozitívne koreloval s vysokou výhrevnosťou suchej bázy a vysoká výhrevnosť suchej bázy sa zvyšovala so zvyšujúcim sa obsahom organickej hmoty. Okrem toho bol korelačný koeficient medzi obsahom organickej hmoty v suchom kale a vysokou výhrevnosťou suchého substrátu 0,973 a hodnota P F-testu bola 0,014 pod hladinou spoľahlivosti 95 %. Keďže hodnota P-testu je menšia ako 0,05, je zrejmé, že existuje významná korelácia medzi obsahom organickej hmoty v suchom kale a vysokou výhrevnosťou suchej bázy.
Z vyššie uvedenej analýzy vyplýva, že kalorická hodnota kalu úzko súvisí s obsahom vlhkosti a obsahom organickej hmoty a existuje významná pozitívna korelácia medzi obsahom organickej hmoty v kale a kalorickou hodnotou suchej bázy kalu. To tiež ukazuje, že ak sa na úpravu a dehydratáciu kalu z čistiarne odpadových vôd použije veľké množstvo anorganických prísad, hoci to môže mať významný dehydratačný účinok, zavedenie veľkého množstva anorganických látok nielen zlepší zaťaženie systému sušenia kalu, ale tiež výrazne zníži obsah organickej hmoty v kale, čo bude mať nepriaznivé účinky na následné sušenie a spaľovanie kalu.
Záver
V tejto práci boli analyzované vlastnosti dehydratovaného kalu pred a po vysušení s použitím dehydratovaného kalu z okresu Qingpu v Šanghaji ako suroviny.
(1) S postupom sušenia sa povrchová štruktúra kalu postupne zmenšuje, medzera sa postupne zmenšuje a účinnosť sušenia sa postupne znižuje.
(2) Počas procesu sušenia kalu dochádza k malému rozkladu organickej hmoty, takže obsah organickej hmoty a prchavých látok v kale po vysušení sa mierne zníži.
(3) Nízka kalorická hodnota kalu negatívne koreluje s jeho obsahom vlhkosti, ale neexistuje žiadny zjavný lineárny vzťah; Medzi vysokou kalorickou hodnotou kalu a jeho obsahom organickej hmoty existuje pozitívna lineárna korelácia. Preto je potrebné znížiť obsah vlhkosti v kale a znížiť stratu organickej hmoty v kale, aby sa zabezpečila jeho kalorická hodnota.