脱水污泥热干化和微波干化过程及机理比较分析(2)

图4

脱水率与脱水时间的关系曲线

由图4可知，随微波加热功率的提高，污泥的脱水速率逐渐变大，脱水时间逐渐缩短。无论是哪种功率条件下，在3～10ｍin脱水速率增加变化很大。此间，污泥孔隙水、吸附水、毛细水、内部水同时脱除，污泥中微生物细胞膜被破坏，内部水全部流出。

在700，800和900W下，加热10ｍin，污泥的水分脱除率都达到99.20%以上。经过对干化污泥的显微镜分析可知，在微波功率为700W，加热3ｍin时，微生物细胞膜被破坏，内在水被脱出，见图5。在微波功率为900W，加热5ｍin后，微生物被碳化，污泥水分几乎全部脱除，见图6。

图5

细胞膜破裂

图6微生物碳化

从实验结果可以看出，微波干化法具有快速、脱水率高的特点。

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

17

2.3恒温加热干化与微波干化机理分析

分析恒温加热干化与微波干化过程的差异，其

原因主要在于微波加热脱水与恒温加热脱水的传质、传热机理不同，见图7。

热传导

液态水及蒸汽迁移

对流或传导水分

输入能量

基质

（ａ）热干化

液态水及热传导

蒸汽迁移

介质加热

水分

基质

（b）微波干化

图7微波脱水与恒温脱水传热、传质机理比较

热干化过程中，水分从干化污泥表面开始蒸发，内部水慢慢扩散到污泥表面，热量是由物料表面向内部传递，温度梯度是传热的推动力，因此，常常需要较高的表面温度才能形成所需的温度差；而水分在物料内部和表面之间的浓度差则是传质的推动力，由此可知热干化过程中传质和传热的方向相反。微波干化依赖于微波加热。当微波照射到含水物料时，水分子排列从杂乱无章非极性状态变成有序排列。当外加电场方向反复变动时，极性分子的排列也相应随之反复转换，频繁摆动，在此过程中，由于分子间的热运动产生大量热量，物料温度随之升高。微波干化就是利用介电损耗原理将微波能转化成为水分子汽化所需要的热能。由于水的电介质损耗因子比其他物质大，所以水分子优先吸收微波能并汽化，由物料内部向表面移动变成水蒸汽被排出，从而达到迅速干燥的目的。可见，微波干化过程中，在脱水污泥内部产生热量，干化污泥内部产生蒸汽形成的压力梯度是传质推动力。因为脱水污泥初始含水率较高，达到78.04%，因此脱水污泥内部压力升高将非常快，液体在压力梯度推动下从物料中被排出，因此传热和传质的方向是相同的。所以微波加热具有热效率高，速度快的特点。除此之外，微波辐射过程

是高频电磁波穿透的过程。由于脱水污泥中的微生物吸收了微波能，细胞内部的温度将迅速上升，从而使细胞内部的压力超过细胞壁膨胀所能承受的能力，细胞破裂，其胞内水分流出，加快了脱水污泥的干燥过程。

3结论

（1）热干化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。而加热温度低于100℃时，短时间的加热干化无法达到较高脱水率的目的。

（2）微波干化法具有脱水速率快、脱水率高的特点，在微波功率为500～900W，干燥时间为5～10

ｍin内可实现脱水污泥的干化。

（3）热干化与微波干化在脱水速率与时间上的

巨大差别在于2种不同干化方式的传质与传热机理不同。热干化是以温度梯度为传热的推动力，水分的浓度差为传质的推动力，传质与传热方向相反；微波干化时靠水分子的热运动获得热能，以压力梯度为

传质推动力，传热和传质的方向相同。

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（责任编辑

王淑侠）

脱水污泥热干化和微波干化过程及机理比较分析

作者：

作者单位：薛红艳， 张鑫， 姜文涛， 宋志伟， XUE Hong-yan， ZHANG Xin， JIANG Wen-tao， SONG Zhi-wei薛红艳,宋志伟,XUE Hong-yan,SONG Zhi-wei(黑龙江科技大学环境与化工学院,黑龙江 哈尔滨,150022)， 张鑫

,ZHANG Xin(荆门市洋丰中磷肥业有限公司,湖北 荆门,448000)， 姜文涛,JIANG Wen-tao(黑龙江龙煤矿业集团

股份有限公司,黑龙江 哈尔滨,150010)

环境科技

Environmental Science and Technology

2014(6)刊名：英文刊名：年，卷(期)：

引用本文格式：薛红艳.张鑫.姜文涛.宋志伟.XUE Hong-yan.ZHANG Xin.JIANG Wen-tao.SONG Zhi-wei 脱水污泥热干化和微波干化过程及机理比较分析[期刊论文]-环境科技 2014(6)

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