脱水污泥热干化和微波干化过程及机理比较分析

脱水污泥热干化和微波干化过程及机理比较分析

第27卷第6期2014年12月

环境科技

EnｖiｒonｍentａｌScienceａnｄＴechnoｌoｇｙ

Voｌ.27Ｎo.6Dec.2014

脱水污泥热干化和微波干化过程及机理比较分析

薛红艳1，

张鑫2，

姜文涛3，

黑龙江

宋志伟1

哈尔滨

（1.黑龙江科技大学环境与化工学院，150022；

黑龙江

哈尔滨

2.荆门市洋丰中磷肥业有限公司，湖北荆门448000；3.黑龙江龙煤矿业集团股份有限公司，

摘

要：

150010）

以脱水污泥为原料，分别采用恒温热干化和微波干化2种不同的方法考察脱水污泥的干化情况；对不同干化

阶段的污泥进行显微观察，分析干化过程；并对2种干化过程的机理进行了探讨。实验结果表明随着加热温度的升高，污泥中水分脱除速度加快。加热温度低于100℃时，在120ｍin以内，热干化无法达到较高的脱水率。加热温度在140℃以上，加热时间120ｍin时，脱水污泥的脱水率可达到98.26%。微波干化法在功率为500～900W，5～10ｍin内可使脱水污泥的脱水率到达99.20%以上。机理分析表明热干化传质与传热方向相反，微传热和传质的方向相同，因此微波干化具有更快速、高效的特点。关键词：

脱水污泥；

脱水率；

微波干化；

热干化

中图分类号:Ｘ7文献标识码:Ａ文章编号:1674-4829（2014）06-0014-04

ＸUE

ProcessandMechanismComparativeAnalysisof

DewateredSludge'sThermalDryingandMicrowaveDrying

Ｈonｇ-ｙａn1，ＺＨＡＮＧＸin2，ＪIＡＮＧWen-tａo3，SOＮＧＺhi-wei1

（1.ＨeiｌonｇjiａnｇUniｖeｒsitｙoｆScienceａnｄＴechnoｌoｇicａｌ,Ｈａｒbin150022,Chinａ；2.ＪinｇｍenSitｙPhosphａteFeｒtiｌiｚeｒInｄｕstｒｙCo.,Ltｄ,

Ｊinｇｍen448000,Chinａ；3.ＨeiｌonｇjiａnｇLonｇｍｒｙMininｇＧｒoｕpCo.,Ltｄ.，Ｈeｒbin150010,Chinａ）

Abstract:Inoｒｄeｒtoinｖestiｇａteｄewａteｒeｄsｌｕｄｇeｄｒｙinｇpｒocessａnｄitsｍechａnisｍ，thetheｒｍａｌｄｒｙinｇｍethoｄａnｄ

ｍicｒowａｖeｄｒｙinｇｍethoｄａｒeｕseｄtoｄetecttheｒeｌａtionshipbetweenｄehｙｄｒａtionｒａteａnｄｄｒｙinｇconｄitions.Ｔheｄｒｙinｇpｒocessisobseｒｖeｄbｙｍicｒoscope.Ｔheｒesｕｌtsshowthａtｄewａteｒeｄsｌｕｄｇeｍoistｕｒeｒeｍoｖａｌisspeｄｕpwiththeincｒeａseoｆheａtinｇteｍpeｒａtｕｒe.Whenheａtinｇteｍpeｒａtｕｒeisbeｌow100℃,thetheｒｍａｌｄｒｙinｇpｒocesscａnnotａttａinａhiｇheｒｄehｙｄｒａtionｒａtewithin120ｍinｕtes.Whenheａtinｇteｍpeｒａtｕｒeisａboｖe140℃ａnｄheａtinｇｆoｒ120ｍinｕtes，theｄehｙｄｒａtionｒａteoｆｄewａteｒeｄsｌｕｄｇecａncoｍeｕpto98.26%.Unｄeｒconｄitionsｆｒoｍ500to900wwithin5to10ｍinｕtes,theｄehｙｄｒａtionｒａteoｆｄewａteｒeｄsｌｕｄｇe,bｙｍethoｄoｆｍicｒowａｖeｄｒｙinｇ,coｕｌｄｒeａchａboｖe99.20%.Viａｍechａnisｍａnａｌｙsis,itissｕｇｇesteｄthａtｍａsstｒａnsｆeｒａnｄheａttｒａnsｆeｒｄiｒectionsoｆtheｒｍａｌｄｒｙinｇｍethoｄａｒeoppositewhiｌetheｍａsstｒａnsｆeｒａnｄheａttｒａnsｆeｒｄiｒectionsoｆｍicｒowａｖeｄｒｙinｇpｒocessａｒeconsistent.Ｔheｒeｆoｒe,ｍicｒowａｖeｄｒｙinｇpｒocesshａsthechａｒａcteｒisticsoｆｆａstａnｄhiｇheｆｆiciencｙ.

Keywords:Dewａteｒeｄsｌｕｄｇe；Dehｙｄｒａtionｒａte；Micｒowａｖeｄｒｙinｇ；Ｔheｒｍａｌｄｒｙinｇ

近年来，随着污水深度处理技术的广泛利用，脱水污泥产量呈明显的增加趋势，据统计，我国2010年污泥产量近6388万t[1]。脱水污泥中含有大量水分、营养成分、病原体、寄生虫卵以及重金属和难降解的有机污染物等。因此脱水污泥的减量化、无害

收稿日期：2014-09-16

基金项目：黑龙江省教育厅项目(12531580).

作者简介：薛红艳(1965-)，女，黑龙江齐齐哈尔人，硕士，教授，现从事

煤炭洁净利用方向的研究.

化、资源化利用成为了人们广泛关注的问题。脱水污泥的干化是一种有效的污泥减量方法，也是污泥资源化利用的前提。

目前，脱水污泥干化的方法主要有直接热脱水干化、太阳能干化技术、超声波干化技术，微波干化热解技术等[2-6]。如ＪIＡＮＧ等[7]研究发现，将污泥在

190℃，2ｍPａ的热水蒸气条件下反应30ｍin，通过24h自然干化，污泥的含水率可以降低到20%以

:

第27卷第6期

薛红艳等脱水污泥热干化和微波干化过程及机理比较分析

15

下，且污泥热值没有减少。SEEＨＲＡ等[8]的研究中发现微波与普通的加热方式相比具有良好的脱水效果，ＹUＱＹ等[9]使用微波预处理来改善污泥的脱水特性，孙林波等[10]采用太阳能-中水热泵污泥干化系统，实现了污泥含水率降至55%的时间仅用2～3

22.1

实验结果分析与讨论

脱水污泥恒温加热干化结果分析

对脱水污泥原样进行恒温加热干化实验，测得

的脱水污泥随时间的脱水率见图1。

10080

脱水率/%

ｄ，提高了污泥的干化速率。为了研究快速、有效的污

泥干化方法，本文对脱水污泥进行了热干化和微波干化，分析了2种不同干化方法的脱水速率及原因，并对热干化和微波干化的机理进行了探讨。

60℃80℃100℃120℃140℃160℃

6040200

11.1

材料和方法污泥来源

实验选用黑龙江科技大学污水处理厂压滤后的

20406080100120

脱水污泥，含水率为78.04%。

t/ｍin

1.2仪器

DM1000型LEICＡ电子显微镜（德国莱卡公司），101-1Ａ型电热恒温鼓风干燥箱（鹤壁市仪表

厂），FＡ2004分析天平（河北省宏宇一次设备有限公司），BＸS12-SＸL9-1型微波反应器（北京北信科仪分析仪器有限公司）

图1

不同温度条件下脱水污泥脱水率随时间的变化曲线

由图1可以看出，干化污泥在恒温加热温度为

60℃和80℃时，脱水效果相似。随着干化时间的增加，脱水率基本呈现线性变化，干化120ｍin后，脱水速率分别为18.11%和32.27%，脱水率较低，分析

原因在于，低温加热时，干化污泥中的吸附水和内部水很难被脱除，仅是间隙水和部分毛细水被蒸发掉，因此脱水效率较低。

脱水污泥在加热温度为100℃和120℃时，脱水效果相似。在该温度条件下，40～60ｍin脱水速率较大，而在60～80ｍin中脱水速率变化平缓，在

1.3实验方法

恒温加热：取5个洗净烘干后的称量瓶，称量其

各自的质量并标记，再分别装入一定质量（10ｇ左右）的脱水污泥样品，摊平后盖盖称量质量。当电热恒温鼓风干燥箱温度为60±2℃时，将5个试验样品全部放入其中，并开始计时，在时间为40，60，80，100，120

ｍin分别取出放入干燥器内冷却至室温后称量质

量。此实验在电热恒温鼓风干燥箱温度为

80，100，120，140，160℃下重复实验。

微波干化：取3个洗净烘干的称量瓶，称量其各自的质量，再分别装入一定质量（10ｇ左右）的脱水污泥样品，摊平后盖盖称量质量记录数据。调节微波炉功率为500W，将3个试验样品全部放入其中，微波加热时间分别为1，3，5，10，15，20，25ｍin时称量各自的质量，记录数据。此实验在微波炉的600，

80～120ｍin中脱水速率又变大。分析原因在于：40～60ｍin时，脱除的是污泥的间隙水，由于干化温度的升高，间隙水脱除所需的时间相比于60℃和80℃的加热条件时间也相应减少，但在60～80ｍin

干燥期间，污泥中的间隙水分基本已经失去，这一温度和加热时间过程中，吸附水没有获得的足以克服电荷吸引作用的热量，而微生物的细胞膜在这一阶段也没有完全破裂，内部水也不会释放出来，所以会出现脱水速率变化不大的平缓阶段，见图2。在80

700，800，900W下重复操作。1.4污泥脱水率计算

实验中，不同方法和条件对污泥的干化效果以污泥脱水率进行表征，其污泥脱水率计算公式如下：

～120ｍin脱水速率又变大，是因为污泥获得了足够

的热量，使毛细水分大量脱除，而吸附水获得了足够的热量，热运动加强，克服了电荷吸附作用，并且污泥中微生物的细胞膜在这一阶段也出现了收缩，胞内水分流出，脱水速率随之上升，直至脱水率达到

η=

脱水污泥质量-干化污泥质量脱水污泥质量×脱水污泥含水率

×100%

79.46%，见图3。

在恒温加热140℃时，在40～80ｍin中脱水率较大，而在80～120ｍin中，脱水速率变小，因为加

16

环境热温度变高，间隙水、毛细水和部分吸附水均在该阶段获得了较多的热量同时脱除，所以脱水速率较大，而随着水分的流失，脱水率在80～120ｍin变小，直

至脱水率达到98.26%。在恒温加热160℃时，在40

～100ｍin范围内中脱水率呈线性变化，在100～120ｍin范围内脱水率基本保持不变，这是因为加

热温度变高，系统提供了足够的热能，污泥微生物内的水分吸热膨胀，细胞膜被破坏，水分大量排出细胞壁，同间隙水、毛细水、吸附水一同被脱除，脱水率急剧增大，直至100ｍin，脱水率达到99.32%。

实验表明：随着恒温加热温度的升高，污泥的间隙水、毛细水能被更快脱出，污泥中微生物细胞膜被破坏时间缩短，污泥内在水脱除速度加快。所以，温度的升高能加快污泥脱水速度，提高污泥脱水率。而加热温度低于100℃时，因吸附水和内部水的存在，短时间的加热干化无法达到较高脱水率的目的。

图2污泥内存在的微生物—

钟形虫

图3120℃恒温加热80min

细胞壁收缩

2.2脱水污泥微波干化结果分析

对脱水污泥原样进行微波加热干化实验，根据

不同功率条件下脱水率的平均数据分别绘制脱水率与脱水时间的关系曲线，见图4。

科

技

2014年12月

10080

500W

%

/60率600W水脱40700W800W20900W

13510152025

t/ｍin

bbs.99jianzhu.com内容：建筑图纸、PDF/word 流程，表格，案例，最新,施工方案、工程书籍、建筑论文、合同表格、标准规范、CAD图纸等内容。