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      污泥干化特性分析

      發布時間:2022-3-11 9:33:00  中國污水處理工程網

        污泥是污水處理過程的副產物,具有含水量高(一般約98%)、體積大、不易處置的特點,且污泥成分復雜,含有大量的有機物質、重金屬、鹽類、難降解物質及病原微生物、寄生蟲卵等。隨著污水處理的深化,污泥的合理處理處置日益重要,未處理的污泥是環境的一大威脅。

        根據E20研究院數據可知,目前我國污水處理廠產生的污泥,一半以上是采用衛生填埋的方式進行處理處置,超過18%的污泥不知去向。超過50%的含水率80%的脫水污泥使用填埋的簡易方法處置,這種處置方法不但環境二次污染嚴重,而且占地大,長此以往將無地可埋!八畻l”、“十三五”規劃中關于污泥處理處置要求的提出,政策利好的條件下促進了污泥處理處置市場的增長,相關的處理技術和設備也隨之迅速發展。

        《污水處理廠污泥處理處置最佳可行技術導則》認為:污泥干化焚燒是今后我國提倡的方向。為實現污泥高效、低能耗干化焚燒,需要多角度對污泥干化前后的特征進行系統的研究。本文以上海市青浦區脫水污泥為原料,從基本分析、微觀形態、基本成分及熱值等方面研究了脫水污泥干化前后的性狀差異,為實現污泥的干化焚燒提供基礎數據。

        1、實驗設備

        利用薄層干化機對市政脫水污泥進行干化,薄層干化機結構圖如圖1所示。薄層干化機由殼體、轉子、驅動裝置三大部分組成,在殼體夾套內壁上轉子將脫水污泥攤鋪成薄層,依靠夾套內的高溫蒸汽或導熱油來干化污泥。

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        2、實驗結果及分析討論

        2.1 污泥干化前后的基本分析比較

        將160℃、0.6Mpa的過熱蒸汽通入薄層干化機將含水率約80%的脫水污泥干化至含水率為30%以下,對干化前后的污泥進行了多次取樣分析,所得結果如表1所示。

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        由表1可知,污泥經過干化后,揮發分含量有所降低,干燥基揮發分含量降低了4.53%~8.66%,同時污泥的灰分含量有所上升,干燥基高位熱值降低了0.335~1.15MJ/kg。這主要是因為在熱干化過程中,污泥中的易揮發性有機物、部分細小污泥顆粒隨干化的水蒸氣一并成為了干化尾氣,進入了后續的尾氣處理工段。

        2.2 污泥干化前后的微觀結構比較

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        圖2展示了污泥干化前后的微觀結構圖。從圖中可以看出,干化前的污泥結構較為松散,大量胞外聚合物包裹聚集于膠體外部,形成明顯的團聚結構,這樣使得污泥中的結合水、間隙水和胞內水被包裹在污泥絮體中,從而較難通過物理化學作用進一步脫水。相對于干化后的污泥,干化前的污泥孔隙率較高,比表面積較大,有較強的可壓縮性,施加較低的機械作用力或提供熱量,污泥絮體即可被破壞。隨著污泥中水分的蒸發,污泥絮體結構逐漸坍塌,形成右圖中表面結構緊密、空隙逐漸縮小的團聚結構。但是水分蒸發效率也會隨著污泥空隙率的減小而降低。

        2.3 污泥干化前后的成分比較

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        圖3為污泥干化前后紅外光譜掃描分析的結果。污泥干基的代表官能團主要為游離H2O、-OH、-CH2、-CH3、芳環、C=C、CO、鹵代烴等。表明污泥中的有機物含量較高,有機物類型可能為蛋白質、脂類、淀粉和纖維素等。研究表明,污泥的有機物中蛋白質含量超過60%,脂類約為20%,淀粉和纖維素類約為15%,這些有機物質的分解會產生NH3、H2S及VOCs等惡臭氣體。

        EPS是由蛋白質、多糖以及少量的脂類、核酸和腐殖質類等多種化合物組成的高聚物。EPS特征化合物的檢出表示了污泥中大量EPS的存在。EPS作為污泥的重要有機組成部分,其含量高低決定了污泥特征官能團的紅外吸收強度。對比污泥干化前后的紅外光譜,排除分析過程中污泥中雜質的差別對透光率的細微干擾,可以看出干化前污泥的紅外吸收強度明顯高于干化后污泥。相比于干化前的污泥,干化后污泥的光譜圖中顯示位于1654和1543cm-1(C=C)、2924cm-1(C-H)和1076cm-1(C-O)處的肩峰變小,這表示污泥干化過程中類蛋白物質的分解。這也解釋了污泥干化后有機質含量降低、揮發分含量降低的現象。

        2.4 污泥干化前后含水率、有機質及熱值的比較

        污泥中的有機質是污泥熱值的主要提供者,而污泥的水分含量對熱值也有極大影響。污泥含水率過高,其低位熱值較低,這必然影響污泥的焚燒。并且,污泥干化過程中的系統能耗主要用于蒸發污泥中的水分。表2列出了污泥干化前后含水率、有機質含量和熱值的對應關系。由表2可知,干化后的污泥有機質含量略有下降,相應的干基高位熱值也略有下降。

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        分別對污泥含水率和熱值相關性、污泥有機質和熱值的相關性進行研究,通過線性回歸得到各變量之間的相關系數,并進行相關性分析。

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        圖4為干污泥含水率與其低位熱值的線性回歸模型圖。由圖4可知,干污泥含水率與其低位熱值呈負相關關系,低位熱值隨含水率的增加而降低。但是,干污泥含水率和低位熱值相關系數為0.882,在置信度95%下,F檢驗P值為0.061;由于F檢驗P值大于0.05,干污泥含水率與低位熱值并未顯示出顯著的線性相關關系。

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        圖5為原污泥有機質含量與其干基高位熱值的回歸模型圖。原污泥有機質含量與其干基高位熱值的相關系數為0.997,在置信度95%下,F檢驗P值為0.0033;F檢驗P值小于0.05,因而原污泥有機質含量與其干基高位熱值具有顯著相關性。

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        圖6為干污泥有機質含量與其干基高位熱值的回歸模型圖。干污泥有機質含量與干基高位熱值呈正相關,干基高位熱值隨有機質含量的增加而升高。并且,干污泥有機質含量和干基高位熱值的相關系數為0.973,在置信度95%下,F檢驗P值為0.014;由于F檢驗P值小于0.05,可見干污泥有機質含量與干基高位熱值具有顯著的相關性。

        從以上分析可知,污泥的熱值與含水率、有機質含量密切相關,且污泥有機質含量與污泥干基熱值存在顯著的正相關關系。這也說明若污水處理廠出廠污泥采用大量無機添加劑進行調理脫水,雖能起到顯著的脫水效果,但引入的大量無機物不僅會提高污泥干化過程的系統負荷,還會顯著降低污泥的有機質含量,對后續污泥的干化和焚燒都會造成不利影響。

        3、結語

        本文以上海市青浦區脫水污泥為原料,分析了脫水污泥干化前后的特征,發現:

        (1)隨著干化的進行,污泥表面結構逐漸緊密、其空隙逐漸縮小,干化效率逐漸降低。

        (2)污泥的干化過程會發生少量有機物質的分解,使得干化后的污泥有機質含量、揮發分含量略有降低。

        (3)污泥的低位熱值與其含水率呈負相關,但沒有明顯的線性關系;污泥的高位熱值與其有機質含量呈明顯的線性正相關關系;因此,污泥熱值的保證需要降低污泥含水率,減少污泥中有機質含量的損失。(來源:上?岛悱h境股份有限公司)

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