污泥干化特性影響因素的實驗研究

郭延軍，邱　銳，余　莉，鄒　瀚，王　飛

（1.深圳市水務工程建設管理中心，廣東深圳518048；2.浙江大學熱能工程研究所，能源清潔利用國家重點實驗室，浙江杭州310027）

污泥干化特性影響因素的實驗研究

郭延軍1，邱銳1，余莉1，鄒瀚2，王飛2

（1.深圳市水務工程建設管理中心，廣東深圳518048；2.浙江大學熱能工程研究所，能源清潔利用國家重點實驗室，浙江杭州310027）

對深圳市3座污水處理廠的旱季污泥進行了泥質分析，并采用槳葉式污泥干化機對熱源溫度和攪拌轉速對污泥干化效果的影響進行了研究。結果表明：熱源溫度越高，干化速率越高；提高攪拌轉速可以在一定程度上提高干化速率，但并不是轉速越快，干化速率越高，過高的攪拌轉速甚至會對干化過程帶來不利影響。

旱季污泥；槳葉式污泥干化機；熱源溫度；攪拌轉速

目前，我國大多數污水處理廠進行脫水處理后的污泥含水率仍有80%左右，不能達到衛生填埋、堆肥或者焚燒等后續處理處置的要求。污泥干化是將脫水污泥轉化為固體的有效方式，干化后的污泥能便于運輸、貯存、利用，且不影響其進一步的農用、填埋和焚燒等處理處置［1］。為探索污泥干化過程的影響因素，筆者對深圳3座生活污水處理廠的旱季污泥樣品進行了干化特性的測試。

1　試驗裝置和方法

1.1污泥樣品

采用的污泥樣品是于旱季（12月）取自深圳市濱河、平湖和橫崗3座生活污水處理廠的脫水污泥，每次取樣后立即對各污泥樣品進行泥質分析，結果見表1。

表1　各污泥泥質分析結果%

1.2試驗裝置

槳葉式干化機是一種有效的間接接觸式熱干化設備，本研究運用了小型槳葉式污泥干化機（見圖1，以下簡稱干化機）。干化機主要由夾套和空心槳葉組成，空心槳葉焊接在2根可水平轉動的中空軸上，轉速可由調速電機控制。空心槳葉、軸和夾套內充有導熱油，以加熱棒加熱并維持油溫穩定，干化機的換熱面積（夾套內壁面積、中空轉軸和槳葉表面積的總和）為0.144 m2。試驗采用序批式進料方式，每次處理1.6 kg污泥（含水率80%左右）。

圖1　槳葉式污泥干化機示意

1.3試驗工況

將攪拌轉速設定為5 r/min，采用120、140、160、180℃4種導熱油溫度來探究熱源溫度對污泥干化過程的影響；將導熱油溫度設定為160℃，采用5、10、20 r/min 3種轉速來探究攪拌轉速對污泥干化的影響。

1.4試驗數據計算方法

試驗時將污泥放入干化機中，用導熱油作為熱源進行干化，干化過程中用真空泵抽取干化機內蒸發出的水蒸氣，水蒸氣經冷凝后收集，并用電子天平實時記錄冷凝液質量的增加，污泥含水率和干化速率可以實時計算得出。污泥含水率計算公式為：

式中：m為污泥含水率，%；m0為污泥初始含水率，%；w0為污泥初始質量，g；wd，t為冷凝水實時質量，g。

污泥干化速率的計算公式為：

式中：rt為污泥實時干化速率，g/min；w為實時收集的冷凝水總質量，t為時間，min。

2　結果分析與討論

2.1熱源溫度的影響

不同熱源溫度條件下，污泥在干化機內的干化速率特性見圖2。相關研究指出，脫水污泥的干化過程會先后經歷2個降速區和1個粘滯區［2-3］，粘滯區出現在含水率55%～70%范圍內，在粘滯區內，污泥包裹在換熱表面形成較厚的污泥層，傳熱條件變差，干化速率會出現顯著的波動。本研究中3種脫水污泥的干化過程也符合這一特征。

從試驗結果可以看出，在污泥的整個干化過程中，熱源溫度越高，干化速率越高。這是由于污泥干化過程中，熱源溫度越高，換熱面與污泥層之間的溫差越大，在假設傳熱系數和換熱面積相同的情況下，熱源向污泥傳熱的熱通量就越大，水分蒸發能力就越強，即干化速率越高。

當熱源溫度為120℃時，干化速率的波動不顯著。當熱源溫度提高至140、160、180℃時，干化速率在粘滯區出現較為顯著的波動。這是由于低溫干化時，干化速率較低，粘滯區產生的不利影響不足以在干化速率上有較顯著的表現。比如粘滯區污泥中水分傳質效果降低，使污泥層內水分傳質效率大大小于污泥層表面蒸發速率，從而影響干化速率。而較低溫度下干化時，污泥層表面蒸發速率本身也較低，內部傳質效率不足以成為干化速率的限制因素。當熱源溫度提高時，污泥層表面蒸發速度提升，污泥層內部水分傳質效率成為限制因素后，就開始對污泥干化速率產生顯著影響。

圖2　熱源溫度對污泥干化速率的影響

2.2攪拌轉速的影響

不同攪拌轉速條件下，污泥在槳葉式干化機內的干化速率特性見圖3。

從試驗結果可以看出，在污泥干化的第一降速區和粘滯區，攪拌軸轉速對干化速率影響不大，3種污泥的干化速率都比較接近。在第一降速區，因為污泥含水率較高，具有較好的流動性，再加上攪拌槳葉也對污泥起到較好的攪拌效果，因此3種轉速條件下蒸發表面都能得到及時更新，干化速率相差無幾。在粘滯區，污泥包裹在攪拌軸上，提高轉速無法有效地增強污泥的混合，因此干化速率也差別不大。

圖3　攪拌轉速對干化速率的影響

當污泥干化進入第二降速區，不同的攪拌軸轉速條件下，污泥的干化速率出現明顯的分化。攪拌軸轉速為10 r/min時干化速率最高，20 r/min次之，5 r/min時干化速率最低。進入第二降速區的污泥已從換熱表面剝離，形成大小不一的團塊，提高轉速可以增強污泥團塊的剪切和混合，從而提高干化速率；攪拌轉速如果太高，會增加污泥暴露表面與氣相的換熱效率，使污泥層溫度降低，反而影響水分遷移和蒸發速率。因此，提高攪拌轉速可以一定程度上提高干化速率，但不是越高的轉速就能得到越高的干化速率，轉速過高甚至可能帶來不利影響。

3　結論

1）提高污泥干化的熱源溫度，可以增大換熱面與污泥層之間的溫差，在假設傳熱系數和換熱面積相同的情況下，增大熱源向污泥傳熱的熱通量，可以增強水分的蒸發能力，提高干化速率。

2）提高攪拌轉速可以增強污泥團塊的剪切與混合，但過高的轉速會造成污泥溫度降低。因此，不是越高的轉速就能得到越高的干化速率，過高的轉速甚至可能帶來不利影響。

［1］Arlabosse P，Chavez S，Prevot C．Dry of municipal sewage sludge：From a laboratory scale batch indirect to the paddle dryer［J］．Braz J Chem Eng，2005，22（2）：227-232．

［2］Jiang Q，Yeovg W Y，Pil S Y，et al.Drying characteristics of sewage sludge［J］.Korean J Chem Eng，2011，28（7）：1636-1640.

［3］Li B，Wang F，Chi Y，et al.Adhesion and cohesion characteristics ofsewagesludgeduringdrying［J］.DryTechnol，2014，32（13）：1598-1607.

Influencing Factors of Drying Characteristics of Sludge

Guo Yanjun1，Qiu Rui1，Yu Li1，Zou Han2，Wang Fei2
（1．Shenzhen Water Engineering Construction Management Center，Shenzhen Guangdong518048；2．State Key Laboratory

The characteristics of dry season sludge from three sewage treatment plants in Shenzhen were analyzed.The influences of the heating temperature and stirring speed on the sludge drying process in paddle sludge dryer were also studied. Results showed that the higher the heating temperature，the higher the drying rate.Drying rate can be improved by increasing the stirring speed to some extent，but over high stirring speed can even bring adverse effectson the drying process.

dry season sludge；paddle dryer；heating temperature；stirring speed

X705

A

1005-8206（2016）03-0041-03of Clean Energy Utilization，Institute for Thermal Power Engineering，Zhejiang University，Hangzhou Zhejiang310027）

郭延軍（1968—），高級工程師，主要從事水污染治理。

2015-07-30