Дослідження характеристик сушіння мулу комунального господарства

Беручи зневоднення шламумуніципалітету району Цінпу Очищення стічних вод Рослина як сировина, у цій статті досліджуються відмінності в характеристиках осаду до та після сушіння з аспектів промислового аналізу, мікроморфології, основного складу та теплотворної здатності, а також надаються основні дані для реалізації сушіння та спалювання осаду.

Шлам є побічним продуктом процес очищення стічних вод, з високим вмістом води (зазвичай близько 98%), великим об'ємом, важко утилізованими характеристиками, а склад осаду є складним, містить велику кількість органічних речовин, важких металів, солей, важкорозкладних речовин та патогенних мікроорганізмів, яєць паразитів тощо. З поглибленням очищення стічних вод, розумна обробка та утилізація осаду набувають дедалі більшого значення, а необроблений осаду становить велику загрозу для навколишнього середовища.

Згідно з даними Науково-дослідного інституту E20, понад половина осаду, що утворюється очисними спорудами, обробляється та утилізується на санітарних сміттєзвалищах, і понад 18% осаду втрачається. Понад 50% води, що міститься у 80% зневодненого осаду, утилізується простим методом захоронення. Цей метод утилізації не тільки призводить до серйозного вторинного забруднення навколишнього середовища, але й займає велику площу, і в довгостроковій перспективі не буде землі для поховання. Пропозиція Обробка осаду Вимоги до утилізації, передбачені «Водною десяткою» та «13-м п’ятирічним планом», сприяли зростанню ринку обробки та утилізації осаду за умови сприятливої ​​політики, а відповідні технології та обладнання для обробки також швидко розвивалися.

«Найкращі можливі технічні рекомендації щодо обробки та утилізації шламу на очисних спорудах» вважають, що сушіння та спалювання шламу є напрямком, який наша країна пропагує в майбутньому. Для того, щоб реалізувати сушіння та спалювання шламу з високою ефективністю та низьким споживанням енергії, необхідно систематично вивчати характеристики шламу до та після сушіння з різних точок зору.

У цій роботі досліджено характеристики зневодненого осаду до та після сушіння з аспектів базового аналізу, мікроморфології, основного складу та теплотворної здатності, що надало основні дані для реалізації сушіння та спалювання осаду.

Експериментальне обладнання

Муніципальний зневоднення шламу сушиться за допомогою тонкоплівкової сушарки, а структурна схема тонкошарової сушарки показана на рисунку. Тонкоплівкова сушарка складається з корпусу, ротора та приводного пристрою. Ротор розподіляє дегідратований шлам тонким шаром на внутрішній стінці кожуха корпусу та сушить шлам за допомогою високотемпературної пари або теплопровідної оливи в кожусі.

Базовий аналіз та порівняння до та після сушіння осаду

Перегріту пару з температурою 160℃ та тиском 0,6 МПа подавали в тонкоплівкову сушарку для сушіння зневодненого шламу з вмістом вологи близько 80% до вмісту вологи менше 30%. Проби шламу до та після сушіння відбирали та аналізували багато разів. Результати показали, що вміст летких речовин у шламі зменшився після сушіння, а вміст летких речовин у сушильній основі зменшився на 4,53%~8,66%. Водночас вміст золи в шламі збільшився, а висока теплотворна здатність сушильної основи зменшилася на 0,335~1,15 МДж/кг. Це головним чином пов'язано з тим, що в процесі термічного сушіння леткі органічні сполуки в шламі та деякі дрібні частинки шламу разом з водяною парою сушіння перетворюються на хвостовий газ сушіння та потрапляють у наступну секцію обробки хвостового газу.

Порівняння мікроструктури осаду до та після сушіння

На наступному рисунку показано мікроструктуру осаду до та після сушіння. Як видно з рисунка, структура осаду до сушіння є відносно пухкою, і велика кількість позаклітинних полімерів обгорнута та зібрана зовні колоїду, утворюючи чітку агрегатну структуру. Таким чином, зв'язана вода, міжклітинна вода та внутрішньоклітинна вода в осаді обгортаються у флокули осаду, що ускладнює його подальше зневоднення внаслідок фізичних та хімічних дій. Порівняно з осадом після сушіння, осаду до сушіння вища пористість, більша питому площа поверхні, сильна стисливість, і флокули осаду можуть бути зруйновані шляхом застосування менших механічних зусиль або нагрівання. З випаровуванням води в осаді структура флокулів осаду поступово руйнується, утворюючи агрегатну структуру з щільною поверхневою структурою та поступовим зменшенням пустот на рисунку праворуч. Однак ефективність випаровування води також зменшується зі зменшенням коефіцієнта пустотності осаду.

Порівняння складу осаду до та після сушіння

На рисунку показано результати інфрачервоного спектрального скануючого аналізу до та після сушіння осаду. Репрезентативними функціональними групами сухого осаду є переважно вільна H2O, -OH, -CH2, -CH3, ароматичне кільце, C=C, CO, галогеновані вуглеводні тощо. Це вказує на високий вміст органічних речовин у осаді, і типи органічних речовин можуть бути білками, ліпідами, крохмалем та целюлозою. Дослідження показали, що вміст білка в органічних речовинах осаду становить понад 60%, ліпідів – близько 20%, крохмалю та целюлози – близько 15%, розкладання цих органічних речовин призведе до утворення NH3, H2S, летких органічних сполук та інших газів із запахом.

EPS – це високополімер, що складається з білка, полісахариду та невеликої кількості ліпідів, нуклеїнової кислоти та гумусу. Виявлення характерних сполук EPS вказує на наявність великої кількості EPS у шламі. Як важливий органічний компонент шламу, вміст EPS визначає інтенсивність інфрачервоного поглинання характерних функціональних груп шламу. Порівнюючи інфрачервоні спектри шламу до та після сушіння та виключаючи незначне втручання домішок у шлам під час процесу аналізу, можна побачити, що інтенсивність інфрачервоного поглинання шламу до сушіння значно вища, ніж у шламу після сушіння. Порівняно з шламом до сушіння, спектри шламу після сушіння показали, що плечові піки при 1654 та 1543 см-1 (C=C), 2924 см-1 (CH) та 1076 см-1 (CO) були меншими, що вказує на розкладання білкоподібних речовин під час процесу сушіння шламу. Це також пояснює зменшення вмісту органічних речовин та летких речовин після сушіння шламу.

Порівняння вмісту вологи, органічної речовини та теплотворної здатності осаду до та після сушіння

Органічна речовина в шламі є основним постачальником калорійності шламу, тоді як вміст вологи в шламі також має великий вплив на калорійність. Високий вміст вологи в шламі має низьку калорійність, що неминуче впливає на спалювання шламу. Крім того, енергія, що споживається системою в процесі сушіння шламу, в основному використовується для випаровування води в шламі.

Вміст органічної речовини в осаді після сушіння дещо зменшився, а відповідна висока теплотворна здатність сухої основи також дещо зменшилася. Було досліджено кореляцію між вмістом вологи в осаді та калорійністю, а також кореляцію між органічною речовиною осаду та калорійністю відповідно, коефіцієнт кореляції між змінними було отримано за допомогою лінійної регресії та проведено кореляційний аналіз.

Існує негативна кореляція між вмістом вологи сухого осаду та його низькою калорійністю, яка зменшується зі збільшенням вмісту вологи. Однак коефіцієнт кореляції між вмістом вологи сухого осаду та низькою калорійністю становить 0,882, а значення P F-тесту становить 0,061 при 95% довірчій ймовірності. Оскільки значення P F-тесту більше 0,05, вміст вологи сухого осаду не виявляє суттєвої лінійної кореляції з низькою калорійністю.

Коефіцієнт кореляції між вмістом органічної речовини в сирому шламі та високою калорійністю сухої основи становив 0,997, а значення P для F-тесту становило 0,0033 за рівня довіри 95%. Значення P для F-тесту менше 0,05, тому вміст органічної речовини в сирому шламі має значну кореляцію з його високою калорійністю сухої основи.

Вміст органічної речовини в сухому мулі позитивно корелював з високою калорійністю сухої основи, а висока калорійність сухої основи зростала зі збільшенням вмісту органічної речовини. Більше того, коефіцієнт кореляції між вмістом органічної речовини в сухому мулі та високою калорійністю сухого субстрату становив 0,973, а значення P F-тесту становило 0,014 за рівня довіри 95%. Оскільки p-значення F-тесту менше 0,05, можна побачити, що існує значна кореляція між вмістом органічної речовини в сухому мулі та високою калорійністю сухої основи.

З наведеного вище аналізу видно, що калорійність осаду тісно пов'язана з вмістом вологи та вмістом органічних речовин, і існує значна позитивна кореляція між вмістом органічних речовин у осаді та калорійністю сухої основи осаду. Це також показує, що якщо для кондиціонування та зневоднення осаду з очисних споруд використовується велика кількість неорганічних добавок, хоча це може мати значний ефект зневоднення, введення великої кількості неорганічних речовин не тільки покращить системне навантаження процесу сушіння осаду, але й значно зменшить вміст органічних речовин у осаді, що матиме негативний вплив на подальше сушіння та спалювання осаду.

Висновок

У цій роботі проаналізовано характеристики зневодненого осаду до та після сушіння, використовуючи як сировину зневоднений осаду з району Цінпу міста Шанхай.

(1) Зі збільшенням сушіння поверхнева структура осаду поступово зменшується, зазор поступово зменшується, а ефективність сушіння поступово знижується.

(2) У процесі сушіння осаду відбувається невеликий розклад органічної речовини, завдяки чому вміст органічної речовини та летких речовин у осаді після сушіння дещо зменшується.

(3) Низька калорійність осаду негативно корелює з його вмістом вологи, але очевидної лінійної залежності немає; спостерігалася позитивна лінійна кореляція між високою калорійністю осаду та вмістом у ньому органічної речовини. Тому необхідно зменшити вміст вологи в осаді та зменшити втрати органічної речовини в осаді, щоб забезпечити його калорійність.