Belediye çamuru kurutma özellikleri üzerine çalışma

Almak susuzlaştırma çamuruQingpu İlçe Belediyesi Atıksu Arıtma Bu çalışmada, hammadde olarak bitkisel çamurun kurutulmadan önce ve kurutulduktan sonra özelliklerindeki farklılıklar endüstriyel analiz, mikromorfoloji, temel bileşim ve kalorifik değer açılarından incelenmiş ve çamurun kurutulması ve yakılmasının gerçekleştirilmesi için temel veriler sağlanmıştır.

Çamur, bir yan üründür atık su arıtma işlemiYüksek su içeriğine (genellikle yaklaşık %98), büyük hacme, bertarafı zor özelliklere ve karmaşık bir çamur bileşimine sahip olup çok sayıda organik madde, ağır metal, tuz, parçalanması zor maddeler ve patojen mikroorganizmalar, parazit yumurtaları vb. içerir. Atık su arıtma sistemlerinin derinleşmesiyle birlikte, çamurun makul bir şekilde arıtılması ve bertarafı giderek daha önemli hale gelmekte ve arıtılmamış çamur çevre için büyük bir tehdit oluşturmaktadır.

E20 Araştırma Enstitüsü verilerine göre, atık su arıtma tesislerinde oluşan çamurun yarısından fazlası düzenli depolama sahalarında arıtılıp bertaraf edilmekte ve çamurun %18'inden fazlası kaybolmaktadır. Susuzlaştırılan çamurun %80'inin su içeriğinin %50'sinden fazlası basit depolama yöntemiyle bertaraf edilmektedir. Bu bertaraf yöntemi ciddi çevresel ikincil kirliliğe yol açmanın yanı sıra, geniş bir alanı kaplar ve uzun vadede gömülecek arazi kalmaz. Öneri: Çamur Arıtma "Su On" ve "13. Beş Yıllık Plan"da yer alan bertaraf ve atık su gereksinimleri, uygun politikalar uygulanması koşuluyla çamur arıtma ve atık su bertaraf pazarının büyümesini teşvik etmiş ve ilgili arıtma teknolojisi ve ekipmanları da hızla gelişmiştir.

"Atıksu arıtma tesislerinde çamur arıtımı ve bertarafı için en uygun teknik kılavuz", çamur kurutma ve yakmanın gelecekte ülkemizin benimseyeceği bir yöntem olduğuna inanmaktadır. Çamur kurutma ve yakmayı yüksek verimlilik ve düşük enerji tüketimiyle gerçekleştirmek için, çamurun kurutma öncesi ve sonrası özelliklerinin çeşitli açılardan sistematik olarak incelenmesi gerekmektedir.

Bu çalışmada, kurutulmuş çamurun kurutma öncesi ve sonrası özellikleri, çamurun kurutulması ve yakılması için temel veriler sağlayan temel analiz, mikromorfoloji, temel bileşim ve kalorifik değer açılarından incelenmiştir.

Deneysel ekipman

Belediye susuzlaştırma çamuru İnce film kurutucu kullanılarak kurutulur ve ince tabaka kurutucunun yapı şeması Şekil'de gösterilmiştir. İnce film kurutma makinesi, gövde, rotor ve tahrik ünitesinden oluşur. Rotor, susuzlaştırılmış çamuru gövde ceketinin iç duvarında ince bir tabaka halinde yayar ve ceketteki yüksek sıcaklıktaki buhar veya ısı iletim yağı ile çamuru kurutur.

Çamur kurutma öncesi ve sonrası temel analiz ve karşılaştırma

160℃ ve 0,6Mpa'lık aşırı ısıtılmış buhar, yaklaşık %80 nem içeriğine sahip susuzlaştırılmış çamuru %30'dan daha düşük bir nem içeriğine kurutmak için ince film kurutucusuna geçirildi. Çamur, kurutulmadan önce ve sonra defalarca örneklendi ve analiz edildi. Sonuçlar, çamurun uçucu madde içeriğinin kurutmadan sonra azaldığını ve kurutma tabanının uçucu madde içeriğinin %4,53-%8,66 oranında azaldığını gösterdi. Aynı zamanda, çamurun kül içeriği arttı ve kurutma tabanının yüksek kalorifik değeri 0,335-1,15MJ/kg azaldı. Bunun temel nedeni, termal kurutma işleminde çamurdaki uçucu organik bileşiklerin ve bazı ince çamur parçacıklarının, kurutma su buharıyla birlikte kurutma kuyruk gazı haline gelerek sonraki kuyruk gazı arıtma bölümüne girmesidir.

Çamurun kurutulmadan önce ve sonra mikro yapısının karşılaştırılması

Aşağıdaki şekil, kurutmadan önce ve sonra çamurun mikro yapısını göstermektedir. Şekilde görülebileceği gibi, kurutmadan önce çamur yapısı nispeten gevşektir ve çok sayıda hücre dışı polimer kolloidin dışında sarılıp toplanarak belirgin bir agregat yapısı oluşturur. Bu şekilde, çamurdaki bağlı su, interstisyel su ve hücre içi su, çamur flokuna sarılır, böylece fiziksel ve kimyasal etkilerle daha fazla susuz kalması zorlaşır. Kurutma sonrası çamurla karşılaştırıldığında, kurutma öncesi çamur daha yüksek gözenekliliğe, daha büyük özgül yüzey alanına, güçlü sıkıştırılabilirliğe sahiptir ve çamur floku daha düşük mekanik kuvvet uygulanarak veya ısı verilerek yok edilebilir. Çamurdaki suyun buharlaşmasıyla, çamur flok yapısı yavaş yavaş çökerek, sağdaki şekilde sıkı bir yüzey yapısına ve giderek küçülen boşluklara sahip bir agregat yapısı oluşturur. Ancak, çamur boşluk oranının azalmasıyla su buharlaşma verimliliği de azalacaktır.

Kurutmadan önce ve sonra çamurun bileşim karşılaştırması

Şekil, çamur kurutma öncesi ve sonrası kızılötesi spektral tarama analizinin sonuçlarını göstermektedir. Çamur kuru grubunun temsili fonksiyonel grupları çoğunlukla serbest H2O, -OH, -CH2, -CH3, aromatik halka, C=C, CO, halojenli hidrokarbon vb.'dir. Bu, çamurdaki organik madde içeriğinin yüksek olduğunu ve organik madde türlerinin protein, lipit, nişasta ve selüloz olabileceğini göstermektedir. Yapılan çalışmalar, çamur organik maddesinin protein içeriğinin %60'tan fazla, lipit içeriğinin yaklaşık %20, nişasta ve selüloz içeriğinin yaklaşık %15 olduğunu ve bu organik maddelerin ayrışması sonucu NH3, H2S, VOC'ler ve diğer koku gazlarının ortaya çıktığını göstermiştir.

EPS, protein, polisakkarit ve az miktarda lipit, nükleik asit ve humustan oluşan yüksek bir polimerdir. EPS karakteristik bileşiklerinin tespiti, çamurda büyük miktarda EPS bulunduğunu gösterir. Çamurun önemli bir organik bileşeni olan EPS içeriği, çamur karakteristik fonksiyonel gruplarının kızılötesi emilim yoğunluğunu belirler. Çamurun kurutulmadan önceki ve sonraki kızılötesi spektrumları karşılaştırıldığında ve analiz işlemi sırasında çamurdaki safsızlıkların ince müdahalesi hariç tutulduğunda, çamurun kurutulmadan önceki kızılötesi emilim yoğunluğunun, kurutulduktan sonraki çamurdan önemli ölçüde daha yüksek olduğu görülebilir. Kurutmadan önceki çamurla karşılaştırıldığında, kurutulduktan sonraki çamur spektrumları, 1654 ve 1543 cm-1 (C=C), 2924 cm-1 (CH) ve 1076 cm-1 (CO) omuz piklerinin daha küçük olduğunu gösterdi; bu da çamur kurutma işlemi sırasında protein benzeri maddelerin ayrıştığını gösterdi. Bu durum aynı zamanda çamur kurutulduktan sonra organik madde içeriğinde ve uçucu madde içeriğinde meydana gelen azalmayı da açıklamaktadır.

Çamurun kurutulmadan önce ve kurutulduktan sonra nem içeriği, organik madde ve kalorifik değerinin karşılaştırılması

Çamurdaki organik madde, çamurun kalorifik değerinin ana sağlayıcısıdır ve çamurun nem içeriği de kalorifik değer üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Çamurun yüksek nem içeriği, düşük kalorifik değere sahip olduğundan, çamurun yakılmasını kaçınılmaz olarak etkileyecektir. Ayrıca, çamur kurutma işleminde sistem enerjisi tüketimi esas olarak çamurdaki suyu buharlaştırmak için kullanılır.

Kurutma işleminden sonra çamurun organik madde içeriği ve buna bağlı olarak kuru bazdaki yüksek kalorifik değer de hafifçe azalmıştır. Çamur nem içeriği ile kalori değeri arasındaki korelasyon ve çamur organik maddesi ile kalori değeri arasındaki korelasyon sırasıyla incelenmiş ve değişkenler arasındaki korelasyon katsayısı doğrusal regresyon ile elde edilmiş ve korelasyon analizi yapılmıştır.

Kuru çamurun nem içeriği ile düşük kalorifik değeri arasında negatif bir korelasyon vardır ve bu korelasyon, nem içeriğinin artmasıyla azalır. Ancak, kuru çamur nem içeriği ile düşük kalorifik değer arasındaki korelasyon katsayısı 0,882'dir ve F testinin P değeri %95 güven aralığında 0,061'dir. F testinin P değeri 0,05'ten büyük olduğundan, kuru çamurun nem içeriği düşük kalorifik değerle anlamlı bir doğrusal korelasyon göstermemektedir.

Ham çamurun organik madde içeriği ile kuru bazda yüksek kalori değeri arasındaki korelasyon katsayısı 0,997, F testinin P değeri ise %95 güven aralığının altında 0,0033 olarak bulunmuştur. F testinin P değeri 0,05'ten küçük olduğundan ham çamurun organik madde içeriği ile kuru bazda yüksek kalori değeri arasında anlamlı bir korelasyon vardır.

Kuru çamurun organik madde içeriği, kuru bazın yüksek kalorifik değeriyle pozitif korelasyon göstermiş ve kuru bazın yüksek kalorifik değeri, organik madde içeriğinin artmasıyla birlikte artmıştır. Ayrıca, kuru çamurun organik madde içeriği ile kuru substratın yüksek kalorifik değeri arasındaki korelasyon katsayısı 0,973 ve F testinin P değeri %95 güven aralığının altında 0,014 olarak bulunmuştur. F testinin p değeri 0,05'ten küçük olduğundan, kuru çamurun organik madde içeriği ile kuru bazın yüksek kalorifik değeri arasında anlamlı bir korelasyon olduğu görülebilir.

Yukarıdaki analizden, çamurun kalori değerinin nem ve organik madde içeriğiyle yakından ilişkili olduğu ve çamurun organik madde içeriği ile çamur kuru baz kalori değeri arasında anlamlı ve pozitif bir korelasyon olduğu görülebilir. Bu ayrıca, atık su arıtma tesisinden çıkan çamurun şartlandırılması ve kurutulması için çok sayıda inorganik katkı maddesi kullanılması durumunda, önemli bir kurutma etkisine sahip olmasına rağmen, çok sayıda inorganik maddenin eklenmesinin sadece çamur kurutma işleminin sistem yükünü iyileştirmekle kalmayıp, aynı zamanda çamurun organik madde içeriğini de önemli ölçüde azaltacağını ve bunun da sonraki çamur kurutma ve yakma işlemleri üzerinde olumsuz etkilere neden olacağını göstermektedir.

Çözüm

Bu çalışmada, hammadde olarak Şanghay'ın Qingpu Bölgesi'nden alınan kurutulmuş çamur kullanılarak, kurutulmuş çamurun kurutulmadan önceki ve sonraki özellikleri analiz edilmiştir.

(1) Kurutma ilerledikçe çamurun yüzey yapısı giderek kapanır, boşluk giderek azalır ve kurutma verimliliği giderek azalır.

(2) Çamur kurutma işlemi sırasında az miktarda organik madde ayrışması meydana gelir, böylece kurutmadan sonra çamurun organik madde ve uçucu madde içeriği biraz azalır.

(3) Çamurun düşük kalori değeri, nem içeriğiyle negatif korelasyona sahiptir, ancak belirgin bir doğrusal ilişki yoktur; çamurun yüksek kalori değeri ile organik madde içeriği arasında pozitif bir doğrusal korelasyon vardır. Bu nedenle, çamurun kalori değerini sağlamak için çamurun nem içeriğini ve çamurdaki organik madde kaybını azaltmak gerekmektedir.