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吉建斌

 
 
 

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不同污泥的水分分布特性研究  

2017-12-05 07:36:12|  分类: 废水污泥处理和资 |  标签: |举报 |字号 订阅

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邓文义,李晓东,王飞,严建华,岑可法

(能源清洁利用国家重点实验室浙江大学热能工程研究所杭州310027)

(原载于“第六届亚太地区基础设施发展部长级论坛暨第二届中国城镇水务发展国际研讨会论文集”641至645页)

 

摘要:采用干燥曲线法研究了城市生活污泥、工业污泥及湖泊底泥的水分分布特性,研究发现不同的污泥其结合水含量差异并不明显,但干燥性能有较大差异,这主要是由于污泥有机质成分差异巨大造成;在相同的含水率条件下,各种污泥干燥速率大小依次为:造纸污泥>湖泊底泥>城市生活污泥>印染污泥。

关键词:污泥;水分分布特性

 

1 污泥水分特性分析

污泥的种类可以根据其来源、处理方法和污泥处理过程的不同阶段进行分类,不同种类的污泥其物理化学特性也千差万别,这主要是由于不同种类的污泥其含水率和有机质成分的差异造成的。其中污泥的水分对污泥特性的影响是非常显著的,本文着重从污泥中的水分分布的角度对污泥特性进行分析研究。

根据污泥的水分和污泥颗粒的结合方式可以将污泥中的水分分为自由水、间隙水、表面结合水、分子结合水等四种(如图1所示)。其结合强度依次为自由水<间隙水<表面结合水<分子结合水。

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研究污泥中水分分布的方法多种多样,主要包括热重-差热分析法、测膨胀法、离心沉降法、压榨法和干燥曲线法等。Tsang Vesilind(1)和Smollen等人(2)提出了采用干燥曲线法来确定污泥中水分的分布。这种方法的理论依据是:在恒温恒湿的条件下,水分蒸发速率越低,表明该水分和污泥的结合强度越大,表现在干燥速率曲线就是不同水分的蒸发速率之间存在一个转折点,通过这个转折点可以将不同结合状态的水分含量确定下来。本文采用干燥曲线法对污泥的水分分布特性进行研究。

2污泥水分分布特性研究

2.1 实验物料

实验物料采用污泥特性差异较大且具有代表性的城市生活污泥、工业污泥和湖泊底泥等四种污泥为研究对象。城市生活污泥为取自杭州的生活污水处理厂的机械脱水污泥;工业污泥分别为印染污泥和造纸污泥;湖泊底泥取自杭州西湖。污泥的工业元素分析见表1。

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2.2实验方法及原理

取5g质量的污泥于一个2.5cm×2.5cm见方的干燥皿内,放置在恒温、恒湿、恒流的干燥烘箱内,其中实验温度为30,气体流速为400mL/(min-30),污泥的质量采用分析天平进行精确的实时测量,并将测量结果自动输入电脑。待污泥质量恒定后,将污泥取出在105下烘12h,称量剩余质量。

污泥在30恒温恒压恒流的干燥条件下将会得到如图2所示的干燥曲线,根据干燥曲线的斜率变化估算污泥中自由水、间隙水、表面结合水和内部结合水的分布(1)。如图2所示,B点为自由水和间隙水的临界点,C点为间隙水和表面结合水的临界点,D点对应的为结合水的含水量。

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2.3实验结果及讨论

图3为四种污泥的干燥曲线,图中横坐标为污泥含水率,纵坐标为单位时间内每千克干基污泥的蒸发水量。由图可知,四种污泥的干燥曲线都没有恒速率区,这是由于经过机械脱水后自由水分基本已经脱除的缘故,图中可以清晰的分辨出污泥的两个降速率区域,分别对应间隙水分的干燥速率区域和表面水分的干燥速率区域,各部分水分含水率计算所得列于表2。

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根据表2,四种污泥中单位干基所含内部结合水的含量大小依次为城市污水污泥>印染污泥>湖泊底泥>造纸污泥;单位干基所含表面结合水含量大小依次为城市污水污泥>湖泊底泥>造纸污泥>印染污泥。由于表面结合水含量较大,因此表面速率对于燥速率应该有更大的影响。根据图3,当含水率率高于30%时,在相同的含水率条件下,各种污泥干燥速率大小依次为:造纸污泥>湖泊底泥>城市生活污泥>印染污泥,虽然印染污泥表面结合水分含量最少,但其干燥速率确也是最慢的,分析其原因,由于不同的污泥其有机质组成结构存在很大差异,假设两种污泥其间隙水分和结合水分的含量完全一样,由于其不同的有机质成分,干燥速率也存在差异。如图3所示,当含水率大于60%时,污泥脱除的水分为间隙水分,但不同的污泥其间隙水分的干燥速率也是明显存在差异。

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参考四种污泥的工业元素分析表,可以发现湖泊底泥和城市污水污泥的元素分布较为接近,印染污泥和造纸污泥有较明显的差异。从图3也可以看出湖泊底泥和城市污水污泥的干燥曲线较接近,印染污泥和造纸污泥则脱离较远。因此,针对性质差异非常大的污泥,其成分的差异更能反应污泥其脱水性能的差异;而对于性质较为相近的污泥,水分分布也可以作为重要的参考标准。

印染污泥和造纸污泥由于其来源的不同其有机质成分可谓千差万别。在印染工业中,印染废水是印染加工过程中各工序所排放的废水混合而成的混合废水。印染废水的特点是成分复杂、有机物含量高、色度深、化学需氧量高,生化需氧量相对较低,可生化性差,排放量低,污水中含有大量的浆料、各种助剂、油脂、蜡质等,废水呈较强的碱性;而废纸制浆工艺的造纸废水污染物主要包括半纤维素、木质素、细小纤维、无机填料、少量油墨和染料等。生产工艺决定了废水的排放特性,而废水处理过程中主要的污染物成分最终都富积于污泥之中,因此废水本身的特性及废水的处理工艺最终决定了污泥的特性。由此可见,以半纤维素、木质素、细小纤维为主要有机污染物成分的造纸污泥的热脱水性能要优于以各种浆料、助剂、油脂和蜡质为主要有机污染物成分的印染污泥,甚至要优于有机物含量相对较少的湖泊底泥。

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3 结论

(1)造纸污泥、印染污泥、湖泊底泥和城市污泥中单位干基所含内部结合水的含量大小依次为城市污水污泥>印染污泥>湖泊底泥>造纸污泥;单位干基所含表面结合水含量大小依次为城市污水污泥>湖泊底泥>造纸污泥>印染污泥。相对于水分分布,污泥的成分对污泥的脱水速率的影响更显著。

(2)以半纤维素、木质素、细小纤维为主要有机污染物成分的造纸污泥的热脱水性能要优于以各种浆料、助剂、油脂和蜡质为主要有机污染物成分的印染污泥,甚至要优于有机物含量相对较少的湖泊底泥。

(3)在相同的含水率条件下,各种污泥干燥速率大小依次为:造纸污泥>湖泊底泥>城市生活污泥>印染污泥。

Study on the moisture distributions of different slludge

Deng Wenyi, Li Xiaodong, Wang Fei, Yan Jianhua, Cen Kefa

(State Key Laboratory of Clean Energy Utilization, Zhejiang UniVersity, Hangzhou, China 310027)

Abstract:The moisture distributions of sewage sludge, industrial sludge and lake sludge were studied by the drying—curve method. It was found that the bound water content of different sludge was near the same, but the drying ability was much in difference due to organic components contribution of different sludge. The experimental results showed that the drying rates of different sludge were in the order of paper mill sludge> lake sludge> sewage sludge> printing and dyeing sludge.

Keywords:sludge; moisture distribution characteristics

参考文献

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