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污水厂污泥微波处理试验研究

时间:2008-01-05 21:17:42  浏览:        

在城市污水处理过程中,产生的污泥约占总污水量的0.3%~0.5%(体积),如果进行深度处理,污泥量还可能增加0.5~1.0倍。城市污水处理厂的剩余污泥经浓缩处理后含水率约为95%~97%,大、中型污水处理厂采用机械脱水可以将污泥含水率降低到75%~80%。?
  本研究旨在通过试验,分析微波在污泥脱水、干燥等方面的功效,试图将机械脱水与微波处理相结合,实现污泥农肥化、袋装化,为污水厂污泥的资源化利用探索便捷、高效的新途径。

1 污泥脱水与干燥试验

微波加热使污泥脱水和干燥的过程,从本质上说也是水吸收热量后蒸发的过程。与传统加热法相比,微波加热不是热传递过程,而是一种容积加热,没有热传递过程的热损失。因此,从理论上说,微波加热的热效率比传统加热法高。?
由于污泥是典型的混合物,除了主要成分水以外,还有氧化物、无机盐和有机物。在微波场中,无机颗粒物提供了共沸中心,会出现局部过热现象,污泥在达到水的沸点以前开始沸腾,水从污泥混合物中进入气相。因此,微波加热过程中,污泥中的水开始蒸发的温度不是100℃,而是低于100℃。?
试验用微波炉为三乐牌SL75型,输入功率为1200W,最大输出功率为750W(±10%)。将功率调节开关置于100%档,即实际输出功率约为750W。
1.1 污泥含水率测定?
  试验用污泥取自污水处理厂的污泥浓缩池,在实验室静置24h后去掉上清液,剩下的即为试验用污泥。
   含水率P的测定方法如下:?
将60 mL蒸发器放在烘箱内,在105~110 ℃的烘箱内烘干至恒重,取出放入干燥器内冷却0.5h,用万分之一天平称重,记录重量W2,代入式(2)计算含水率:

  P=20-(W2-W1)/20×100% (1)
  式中? P——污泥含水率,%?
     ?W1——第一次称重(空蒸发器重),g?
     ?W2——烘干后称重(蒸发器+样重),g?
      20——所取污泥重量,g
  用该方法测定试验用污泥的含水率为95.16%。?
  在一定的微波功率下,重量为G1的污泥辐照一定时间后,污泥试样的重量变为G2,试样原来的含水率为P0,则试样经微波辐射后的含水率P1可按式(2)计算:

  P1=G1/G2P0-[(G1-G2)/G2] (2)

1.2 污泥开始沸腾的温度
  取一定量的污泥于烧杯中,测得污泥的温度为23℃。将烧杯置于微波炉中,功率调节至100%。加热至污泥开始沸腾时,微波炉停止工作,迅速测量污泥的温度。用不同含水率的污泥重复该试验,观测污泥开始沸腾的温度,见表1。

表1 污泥开始沸腾的温度
污泥含水率(%)99.097.695.290.585.780.5
开始沸腾的温度(℃)9887787775.575.2

  结果表明,污泥开始沸腾的温度低于100 ℃。污泥含水率不同,污泥开始沸腾的温度不同,含水率越高,越接近水的沸点。当含水率降低到85%后,污泥开始沸腾的温度不再变化,为75 ℃左右。
1.3 污泥微波脱水干燥的效果
  按水量800g的要求,称取840.3g(G1)污泥(含水率95.2%),平均倒入两只800 mL经烘干的烧杯置于微波炉中加热,到设定的时间后迅速用薄膜封盖烧杯口,冷却后称得污泥的重量为G2,G1与G2之差即为微波处理后去除的水量M,根据式(2)可得到处理后污泥的含水率。?
  试验中样品的水含量为800g,可算出M和P1

  M=[p·t-c·m(T2-T1)]/H   (3)
  P1=(800-M)/(840.3-M)  (4)
  式中 m=800g,p=750W,c=4.18J/(g·℃),T2=78℃,T1=23℃,H=2280J/g

  理论计算结果与实测值基本相同,见表2。

表2 污泥微波脱水与干燥效果的理论值与实测值
微波辐照时间(min)去除水量(g)含水率(%)
理论值实测值理论值实测值
518.017.295.195.1
10116.7114.294.494.4
15215.4212.693.693.6
20314.1312.192.392.3
25412.8410.590.690.6
30511.4510.187.787.7
35610.1600.582.583.2
40708.8691.369.473.0
42748.3727.856.264.2
45807.5777.3036.0

2 经济分析?

  试验的实际能耗及能量转换效率见表3。

表3 污泥微波脱水与干燥的能耗
微波辐照时间(min)去除水量(g)污泥含水率(%)耗电量(kW.h)能量转换效率(%)
517.295.10.199.2
10114.294.40.298.7
15212.693.60.399.1
20312.192.30.499.5
25410.590.60.599.5
30510.187.70.699.8
35600.583.20.798.6
40691.373.00.897.8
42727.864.20.8497.5
45777.336.00.996.6

  若污泥的初始温度、微波炉的输出功率与输入功率之比均以本试验中的数据取值,即T1=23 ℃、η=62.5%,污泥开始沸腾的温度按表1中的数据,电费价格按1.0元/(kW·h)计算。含水率由98%降低到80%、75%、70%,处理成本分别为1012、1032、1045元/t,含水率由75%降低到50%、40%、30%,处理成本分别为583.2、667.6、728元/t。传统的机械脱水方法可以得到75%左右的污泥,而处理成本只有10元/t。因此,直接用微波对含水率为98%以上的污泥进行脱水,在经济上不可行。但是,与热空气干燥法相比,经过机械脱水的污泥用微波进行干燥,含水率由75%降低到50%以下,处理成本并不高,而且时间短,设备较回转圆筒式干燥器简单,若再考虑蒸汽的回用和干污泥的农用,还可能带来一定的经济效益。

3 结论?

  用微波来处理污水厂未经消化的污泥,直接的效应是污泥含水率的降低。理论和试验结果的综合分析表明,在机械脱水后,以微波代替传统的热空气干燥方法,对污泥进行干燥处理,在技术上是可行的,经济上与传统方法也有可比性。?

  
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