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活性污泥干燥過程中水分傳遞控制條件研究

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，我國(guó)城鎮(zhèn)化水平的不斷提高，生活污水和生產(chǎn)污水排放量不斷增加。污泥是污水處理廠在凈化污水時(shí)得到的固體沉淀物質(zhì)，含有混入生活污水或工業(yè)廢水中的泥沙、纖維、動(dòng)植物殘?bào)w等固體顆粒及其凝結(jié)的絮狀物，是各種膠體、有機(jī)質(zhì)及吸附的金屬元素、微生物、病菌、蟲卵等物質(zhì)的綜合體，組成十分復(fù)雜，變異性大，有機(jī)物含量高，容易腐化發(fā)臭。由此可見，如果不對(duì)生活污水處理的過程產(chǎn)生的污泥進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚硖幹?，則會(huì)對(duì)其堆放地區(qū)的水體、土壤和大氣等周圍環(huán)境產(chǎn)生極大的破壞，也會(huì)對(duì)生活在周圍的人們和棲息在附近的動(dòng)物的健康造成一定的危害。妥善處置污泥，使其減量化、穩(wěn)定化、無害化、資源化已成為關(guān)注的課題，而污泥處理的過程中zui為重要的一步即是污泥的脫水，本文嘗試以某污水處理廠中的生活污泥為例，探索污泥中水分傳遞的過程和機(jī)理，為污泥處理提供有益的參考。

城市污泥是污水處理過程中的副產(chǎn)物，污泥脫水是污泥處理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文以成都污水處理廠的污泥為研究對(duì)象，在探討污泥含水率、黏度等基本參數(shù)的基礎(chǔ)上，將一定厚度的平鋪的污泥作為主體，取其中的一定體積大小的污泥球?yàn)檠芯繉?duì)象，探討污泥球中的水分傳遞過程以及深圳冠亞的SFY-50在污泥行業(yè)中的應(yīng)用，結(jié)果表明水分在污泥中的傳遞過程分為兩種情況：

1. 污泥主體水分?jǐn)U散到表面的擴(kuò)散速率大于等于表面蒸發(fā)速率時(shí)，即污泥表面處于充分潤(rùn)濕狀態(tài)，水分傳遞經(jīng)歷了三個(gè)過程：

  ①污泥中的水分從污泥主體擴(kuò)散到污泥表面;

  ②污泥表面會(huì)形成一層氣膜，默認(rèn)為污泥表面的水分的傳遞阻力集中于這層氣膜;

  ③水分從污泥表面?zhèn)鬟f到氣相主體;

(2)隨著脫水的進(jìn)行，污泥主體水分?jǐn)U散到表面的擴(kuò)散速率小于污泥表面水分蒸發(fā)速率，污泥表面會(huì)形成致密的硬殼，由于外界熱量的作用，使污泥殼體內(nèi)部水分汽化，水汽沖破殼體，殼體皸裂，形成新的傳質(zhì)界面，新的傳質(zhì)界面形成后，重復(fù)進(jìn)行水分遷移的①②③三個(gè)過程。而且實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，污泥球體直徑越大、外界溫度越高，越易形成硬殼，水分傳遞阻力越大。所以，建議污泥廠家配備冠亞水分儀的SFY-50污泥水分測(cè)定儀來快速測(cè)定污泥中的水份含量，以達(dá)到隨時(shí)監(jiān)控水份的目的。

污泥的含水率及其粘度的測(cè)定

影響污泥中水分遷移的主要因素有污泥中的水分含量、水分的存在狀態(tài)、污泥的濃度、風(fēng)速、溫度、污泥的平鋪厚度等等，單以污泥中水分存在狀態(tài)考慮，可分為自由水和結(jié)合水，自由水比較容易脫除，而結(jié)合水多是由于污泥中的細(xì)胞壁所含有的親水性物質(zhì)的對(duì)水分的親和束縛所產(chǎn)生的水的另一種存在狀態(tài)，相對(duì)難以脫除。而污泥作為變粘度流體，污泥的粘度是污泥濃度、溫度以及攪拌速度等因素的函數(shù)，粘度越大，污泥對(duì)分子的束縛力越大，干燥過程中污泥表面越易結(jié)殼，水分遷移阻力越大，因此測(cè)定污泥含水率及其粘度顯得尤為重要。深圳冠亞的科研人員針對(duì)此問題，推出的SFY-50污泥水分測(cè)定儀，可以快速的解決測(cè)水的問題。一下是一些實(shí)驗(yàn)案例，給大家參考：

1.1實(shí)驗(yàn)儀器及方法，

電熱鼓風(fēng)干燥箱;電子天平;數(shù)字式粘度計(jì)

1.2按照國(guó)標(biāo)CJ/T 221-2005所給的方法對(duì)成都市的生活污泥進(jìn)行測(cè)定，前后三批污泥樣品的含水率穩(wěn)定在75%左右。

采用數(shù)字粘度計(jì)測(cè)定污泥的粘度，考慮污泥的溫度、濃度及轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速對(duì)污泥的粘度的影響，室溫下污泥粘度隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速及污泥濃度的變化規(guī)律。

1. 室溫下的同一濃度的污泥在不同轉(zhuǎn)速下的粘度變化，得出了污泥的粘度隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的變化趨勢(shì)：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速越大，則污泥的粘度越小;
2. (2)室溫下同一轉(zhuǎn)速下不同濃度的污泥的粘度的變化趨勢(shì)：污泥濃度越大，則污泥的粘度越大。即同一溫度下，污泥的粘度是污泥的濃度及其所受剪切力的函數(shù)。

2污泥中水分傳遞機(jī)理研究（傳統(tǒng)法）

污泥中的水分傳遞受到空氣的溫度、風(fēng)速及污泥的平鋪厚度的影響，實(shí)驗(yàn)過程中，在空氣靜止?fàn)顟B(tài)下，考察不同的空氣溫度及污泥平鋪厚度對(duì)污泥中水分傳遞的影響。將一定厚度的平鋪的污泥作為主體，取其中的一定體積大小的污泥球?yàn)檠芯繉?duì)象，探討污泥球中的水分傳遞過程。

2.1實(shí)驗(yàn)儀器：電熱鼓風(fēng)干燥箱;

2.2實(shí)驗(yàn)方案

將污泥樣品捏成規(guī)則的直徑為5cm和7cm的球體，在60℃、70℃、80℃、90℃的烘箱內(nèi)，烘干5～10h后，取出污泥球，分別同時(shí)取厚度為0.3cm、0.6cm、0.9cm的殼體，稱取質(zhì)量為m，放入烘箱內(nèi)，于103～104℃進(jìn)行干燥，取出冷卻至室溫，稱重，反復(fù)多次，直至恒重為止，此時(shí)稱取質(zhì)量為m0。根據(jù)如下公式計(jì)算出所取殼體的含水率W：

W=(m-m0)/m×100% 式(1)

3.1實(shí)驗(yàn)儀器：深圳冠亞的SFY-50污泥水份測(cè)定儀

將污泥樣品取一部分倒入儀器，按照烘箱一樣的條件測(cè)試，測(cè)試水分值結(jié)果基本吻合，但是測(cè)量時(shí)間大大的縮短了，有烘箱法的幾個(gè)小時(shí)縮短至幾分鐘，大大的提高了污泥含水率的檢測(cè)。

污泥球體在干燥的過程中，表面會(huì)產(chǎn)生收縮，而且經(jīng)驗(yàn)性地認(rèn)為縮芯界面的含水率為污泥含水率的0.68倍，即51.99%。認(rèn)為污泥的含水率隨著殼體厚度呈線性變化，根據(jù)內(nèi)插法，計(jì)算得到縮芯界面處殼體厚度分別為：

由上表可以大致看出：在污泥球體的直徑相對(duì)恒定的時(shí)候，污泥球體結(jié)殼的殼體厚度在60℃-90℃的范圍內(nèi)，呈現(xiàn)出先增加大后減小的趨勢(shì)。這個(gè)趨勢(shì)在污泥球體直徑偏大的時(shí)候體現(xiàn)得比較明顯，在80℃時(shí)結(jié)殼厚度達(dá)到zui大值，這可能是在相對(duì)較低溫度(60℃)條件下，污泥內(nèi)部水分傳遞到干化界面的速率略小于污泥表面水蒸發(fā)的速率，污泥中的水分緩緩到達(dá)界面得以脫除，污泥表面結(jié)殼厚度相對(duì)較小;而在高溫(90℃)條件下，球體表面迅速形成堅(jiān)實(shí)的外殼，殼內(nèi)水分汽化速度大，殼內(nèi)外溫差較80℃時(shí)大，沖破污泥表層殼體，形成不規(guī)則的有一定深度的裂縫，裂縫的出現(xiàn)使污泥干燥面積增加，形成新的固氣接觸面，從而使殼體覆蓋下的球體內(nèi)部污泥中的水分得以脫除，一定程度上避免了殼體向污泥球徑向方向發(fā)展，降低了殼體的厚度。

溫度恒定的條件下，直徑為7cm的球體在60℃-90℃的范圍內(nèi)，結(jié)殼的厚度比直徑為5cm的球體偏大，可見球體直徑對(duì)結(jié)殼的厚度有重要影響，這點(diǎn)告訴我們，為了使污泥地脫水，有必要降低污泥餅的實(shí)際厚度，以提高污泥的脫水效率，降低干化過程中的能耗。

3結(jié)論

一定溫度下，當(dāng)水分由污泥主體傳向污泥表面的速率大于等于水分在污泥表面的蒸發(fā)速率時(shí)，即污泥表面處于充分潤(rùn)濕時(shí)，污泥中的水分由污泥主體傳遞到大氣主體經(jīng)歷了三個(gè)過程：(1)水分由污泥主體擴(kuò)散到污泥表面;(2)水分在污泥表面氣化，形成一層氣膜，傳質(zhì)阻力主要集中在氣膜內(nèi);(3)水蒸氣由氣膜擴(kuò)散到大氣主體。水分由污泥主體傳向污泥表面的速率小于水分在污泥表面的蒸發(fā)速率時(shí)，污泥表面在外部熱量作用下持續(xù)蒸發(fā)，形成一層致密的硬殼，并且隨著時(shí)間的推移，殼體厚度增大。殼體作為熱導(dǎo)體，污泥主體和外部環(huán)境溫差作為傳熱推動(dòng)力，將熱量*地沿徑向方向向污泥球球心處傳遞，污泥主體的水分在球體內(nèi)部氣化，沖破殼體的束縛，直接向氣相主體擴(kuò)散。與此同時(shí)，形成新的傳質(zhì)界面，新形成的傳質(zhì)界面處于潤(rùn)濕狀態(tài)，水分傳遞重復(fù)(1)(2)(3)三個(gè)過程，即傳質(zhì)阻力集中在氣膜-殼體-氣膜，如此循環(huán)往復(fù)，直至污泥內(nèi)部水分全部蒸出或污泥內(nèi)部水分不足以沖破殼體束縛，污泥內(nèi)部蒸汽壓強(qiáng)與殼體束縛力達(dá)到平衡，而固定在殼體內(nèi)。