剩余污泥低溫半干化過程的實驗研究

馬 劍

（天津泰達環保有限公司，天津 300350）

1 實驗方法

為模擬低溫半干化污泥過程，實驗采用常用的電餅鐺作為加熱干燥設備。實驗中污泥樣品A取自天津經濟技術開發區某污水處理廠，其成分如表1所示。2種污泥添加劑分別為有機添加劑M和無機添加劑N。實驗過程中將污泥直接或與添加劑按照比例混合均勻并攪拌后攤成不同厚度的泥餅，放置在加熱裝置上加熱干燥，干燥方式包括單面不攪拌加熱、雙面不攪拌加熱以及雙面攪拌加熱過程等，待干燥至不同時間取出樣品送入干燥箱測定含水率。

表1 污泥A成分測定分析 %

2 實驗結果及分析

2.1 單面不攪拌干燥實驗

為模擬圓盤式干燥器的干燥效果，本實驗采用單面不攪拌干燥污泥的實驗方法，將污泥與添加劑混合，攤成1、1.5、2 cm厚度的泥餅，用單面加熱干化的方式干燥。圖1是加入10%添加劑M的污泥A樣品不同厚度單面加熱干化溫度變化曲線。干燥前泥餅含水率為75.26%，干燥30 min后，1、1.5、2 cm厚的泥餅的含水率分別為65.71%、69.45%、71.15%?？梢姡囡灪穸葘ξ勰喔苫俾视绊戄^大，厚度小的泥餅干化速率快，泥餅越薄，泥餅表面溫度相對越高，熱量和水分的傳遞途徑越短。實驗表明單面不攪拌干燥時，泥餅厚度控制在1 cm左右為宜。

圖1 加入10%添加劑M的污泥A單面加熱干化溫度變化曲線

圖2 是加入不同比例添加劑N的污泥A樣品在單面加熱不攪拌、泥餅厚度1 cm時的干化溫度變化曲線。可以看出，純污泥A與加入10%添加劑N的污泥A樣品的曲線較相似，均是從升溫到4.5 min左右后，溫度曲線變平滑，溫度維持在65～66℃。而加入15%和20%添加劑N的2個樣品的曲線較為相似，拐點均在4 min左右，平均溫度分別為72.6℃和74.1℃。

圖2 加入不同比例添加劑N的污泥A單面加熱干化溫度變化曲線

表2是幾種樣品干燥30 min后的含水率，可以看出，加入添加劑對污泥干化效果明顯，在添加劑N的加入量為10%和15%時，對干化效果影響較小，但添加劑N的加入量為20%時，樣品干化后含水率明顯降低，達到50.77%，含水率降低18.36%。通過比較添加劑N和添加劑M對污泥A干化效果的影響可以看出，2種添加劑加入量均為10%時，干化效果差別不大。

表2 污泥A與不同比例添加劑單面加熱干化后含水率變化 %

2.2 雙面不攪拌干燥實驗

通過雙面不攪拌干燥污泥的實驗方法，模擬多盤式干燥器的干燥過程，測試其干燥效果。圖3是污泥A、污泥A加入5%添加劑N、污泥A加入5%添加劑M雙面不攪拌加熱時的含水率變化曲線，3個樣品的初始含水率分別為81.10%、78.42%、78.83%，每隔5 min取出部分樣品檢測含水率，對比樣品含水率的變化。由圖3可以看出，干燥過程在0～20 min時，加入添加劑N和添加劑M對污泥干燥效果影響不明顯；干燥過程在20～50 min時，加入5%添加劑M的污泥樣品含水率降低明顯；3個樣品干燥50 min后，最終含水率分別降到56.58%、54.98%、48.06%，比初始含水率分別降低了24.52%、23.44%、31.74%?？梢姡砑觿㎝對污泥干燥改善效果明顯，而添加劑N效果較差。

圖3 加入不同添加劑污泥A雙面不攪拌干化曲線

圖4 是污泥A樣品在單、雙面不攪拌加熱時的含水率變化曲線。實驗采取2種不同方式對含水率80.43%的污泥A樣品進行加熱，每隔5 min取出部分樣品檢測含水率，對比樣品含水率的變化。由圖4可以看出，在干燥10 min時，2個樣品含水率之差約為10%，隨著干燥時間的變化，基本維持不變，在干燥40 min時，2個樣品含水率分別為65.14%、49.73%。

圖4 污泥A單、雙面干化曲線比較

2.3 雙面攪拌干燥實驗

實驗利用雙面攪拌干燥污泥的方法，模擬空心槳葉干燥器的干燥過程，測試其干燥效果。圖5是污泥A、污泥A加入5%添加劑N、污泥A加入5%添加劑M雙面攪拌加熱的含水率變化曲線，3個樣品的初始含水率分別為81.10%、78.42%、78.83%，每隔2 min攪拌1次，每隔5 min取出部分樣品檢測含水率。從圖5可以發現，在干燥0～20 min時，加入添加劑N和添加劑M對污泥干燥效果影響不明顯；在干燥20～40 min時，加入添加劑的2個污泥樣品含水率急劇下降；在干燥40 min時，3個樣品的最終含水率分別為49.73%、17.14%、21.40%，比初始含水率分別降低了31.37%、 61.28%、57.44%。由此可見，攪拌破碎對剩余污泥的半干化過程有明顯改善效果，空心槳葉干燥方式相對最為適合污泥的低溫半干化過程。尤其是在加入添加劑的情況下，在干燥時間為32 min之前，添加劑M的干燥效果好于添加劑N，但之后恰好相反。

圖5 加入不同添加劑污泥A雙面攪拌干化曲線

圖6 是加入5%添加劑N的污泥A樣品雙面攪拌加熱干燥效果示意。由于污泥具有高含水率、高孔隙率的特性，在干化過程中有較大變形，因此其干化特性比通常固定骨架的多孔介質復雜，污泥干化過程中由于收縮和開裂的共同作用，使污泥存在急劇變形。從圖6可以看出，在0～15 min樣品主要為粘在一起的膏狀物，20～30 min主要為分散的彈性塊狀物，35～40 min主要為脆性顆粒物。

圖6 加入5%添加劑N的污泥A雙面攪拌加熱干燥效果示意

圖7 是加入5%添加劑N和加入10%添加劑N的污泥A樣品在雙面攪拌加熱時含水率變化曲線，2個樣品的初始含水率分別為78.42%、77.94%，每隔2 min攪拌1次，每隔5 min取出部分樣品檢測含水率。由圖7可以看出，在0～20 min的干燥過程中，添加劑摻量對干燥效果影響不明顯；在20～35 min的干燥過程中，加入10%添加劑N的污泥A樣品含水率下降明顯；在干燥35 min時，2個樣品的含水率分別為32.35%、22.56%，相差約10%，但干燥到40 min時，2個樣品含水率又非常接近，可見添加劑加入量控制在5%左右即可。

圖7 加入不同添加劑N的污泥A混合攪拌雙面干化曲線

3 結論

1）由單面不攪拌干燥實驗可以看出，采用圓盤干燥方式低溫半干化污泥時，泥餅厚度越小干化速率越快，添加劑加入量在20%以上時，對污泥干化效果影響明顯。

2）由雙面不攪拌干燥實驗可以看出，多盤干燥方式干燥效果明顯好于圓盤干燥方式，此時，添加劑加入量控制在5%左右即可，且有機添加劑優于無機添加劑。

3）雙面攪拌干燥實驗結果顯示，污泥樣品由膏狀物干化為脆性顆粒物，干燥效果較單、雙面不攪拌干燥效果有大幅提高，因此空心槳葉干燥方式是相對最為適合污泥的低溫半干化過程。