活性污泥干燥過(guò)程中水分傳遞控制條件研究

隨著(zhù)經(jīng)濟社會(huì )的快速發(fā)展，我國城鎮化水平的不斷提高，生活污水和生產(chǎn)污水排放量不斷增加。污泥是污水處理廠(chǎng)在凈化污水時(shí)得到的固體沉淀物質(zhì)，含有混入生活污水或工業(yè)廢水中的泥沙、纖維、動(dòng)植物殘體等固體顆粒及其凝結的絮狀物，是各種膠體、有機質(zhì)及吸附的金屬元素、微生物、病菌、蟲(chóng)卵等物質(zhì)的綜合體，組成十分復雜，變異性大，有機物含量高，容易腐化發(fā)臭。由此可見(jiàn)，如果不對生活污水處理的過(guò)程產(chǎn)生的污泥進(jìn)行適當的處理處置，則會(huì )對其堆放地區的水體、土壤和大氣等周?chē)h(huán)境產(chǎn)生極大的破壞，也會(huì )對生活在周?chē)娜藗兒蜅⒃诟浇膭?dòng)物的健康造成一定的危害。妥善處置污泥，使其減量化、穩定化、無(wú)害化、資源化已成為關(guān)注的課題，而污泥處理的過(guò)程中zui為重要的一步即是污泥的脫水，本文嘗試以某污水處理廠(chǎng)中的生活污泥為例，探索污泥中水分傳遞的過(guò)程和機理，為污泥處理提供有益的參考。

城市污泥是污水處理過(guò)程中的副產(chǎn)物，污泥脫水是污泥處理的關(guān)鍵環(huán)節。本文以成都污水處理廠(chǎng)的污泥為研究對象，在探討污泥含水率、黏度等基本參數的基礎上，將一定厚度的平鋪的污泥作為主體，取其中的一定體積大小的污泥球為研究對象，探討污泥球中的水分傳遞過(guò)程以及深圳冠亞的SFY-50在污泥行業(yè)中的應用，結果表明水分在污泥中的傳遞過(guò)程分為兩種情況：

1. 污泥主體水分擴散到表面的擴散速率大于等于表面蒸發(fā)速率時(shí)，即污泥表面處于充分潤濕狀態(tài)，水分傳遞經(jīng)歷了三個(gè)過(guò)程：

  ①污泥中的水分從污泥主體擴散到污泥表面;

  ②污泥表面會(huì )形成一層氣膜，默認為污泥表面的水分的傳遞阻力集中于這層氣膜;

  ③水分從污泥表面傳遞到氣相主體;

(2)隨著(zhù)脫水的進(jìn)行，污泥主體水分擴散到表面的擴散速率小于污泥表面水分蒸發(fā)速率，污泥表面會(huì )形成致密的硬殼，由于外界熱量的作用，使污泥殼體內部水分汽化，水汽沖破殼體，殼體皸裂，形成新的傳質(zhì)界面，新的傳質(zhì)界面形成后，重復進(jìn)行水分遷移的①②③三個(gè)過(guò)程。而且實(shí)驗數據顯示，污泥球體直徑越大、外界溫度越高，越易形成硬殼，水分傳遞阻力越大。所以，建議污泥廠(chǎng)家配備冠亞水分儀的SFY-50污泥水分測定儀來(lái)快速測定污泥中的水份含量，以達到隨時(shí)監控水份的目的。

污泥的含水率及其粘度的測定

影響污泥中水分遷移的主要因素有污泥中的水分含量、水分的存在狀態(tài)、污泥的濃度、風(fēng)速、溫度、污泥的平鋪厚度等等，單以污泥中水分存在狀態(tài)考慮，可分為自由水和結合水，自由水比較容易脫除，而結合水多是由于污泥中的細胞壁所含有的親水性物質(zhì)的對水分的親和束縛所產(chǎn)生的水的另一種存在狀態(tài)，相對難以脫除。而污泥作為變粘度流體，污泥的粘度是污泥濃度、溫度以及攪拌速度等因素的函數，粘度越大，污泥對分子的束縛力越大，干燥過(guò)程中污泥表面越易結殼，水分遷移阻力越大，因此測定污泥含水率及其粘度顯得尤為重要。深圳冠亞的科研人員針對此問(wèn)題，推出的SFY-50污泥水分測定儀，可以快速的解決測水的問(wèn)題。一下是一些實(shí)驗案例，給大家參考：

1.1實(shí)驗儀器及方法，

電熱鼓風(fēng)干燥箱;電子天平;數字式粘度計

1.2按照國標CJ/T 221-2005所給的方法對成都市的生活污泥進(jìn)行測定，前后三批污泥樣品的含水率穩定在75%左右。

采用數字粘度計測定污泥的粘度，考慮污泥的溫度、濃度及轉子的轉速對污泥的粘度的影響，室溫下污泥粘度隨著(zhù)轉子轉速及污泥濃度的變化規律。

1. 室溫下的同一濃度的污泥在不同轉速下的粘度變化，得出了污泥的粘度隨轉子轉速的變化趨勢：轉子轉速越大，則污泥的粘度越小;
2. (2)室溫下同一轉速下不同濃度的污泥的粘度的變化趨勢：污泥濃度越大，則污泥的粘度越大。即同一溫度下，污泥的粘度是污泥的濃度及其所受剪切力的函數。

2污泥中水分傳遞機理研究（傳統法）

污泥中的水分傳遞受到空氣的溫度、風(fēng)速及污泥的平鋪厚度的影響，實(shí)驗過(guò)程中，在空氣靜止狀態(tài)下，考察不同的空氣溫度及污泥平鋪厚度對污泥中水分傳遞的影響。將一定厚度的平鋪的污泥作為主體，取其中的一定體積大小的污泥球為研究對象，探討污泥球中的水分傳遞過(guò)程。

2.1實(shí)驗儀器：電熱鼓風(fēng)干燥箱;

2.2實(shí)驗方案

將污泥樣品捏成規則的直徑為5cm和7cm的球體，在60℃、70℃、80℃、90℃的烘箱內，烘干5～10h后，取出污泥球，分別同時(shí)取厚度為0.3cm、0.6cm、0.9cm的殼體，稱(chēng)取質(zhì)量為m，放入烘箱內，于103～104℃進(jìn)行干燥，取出冷卻至室溫，稱(chēng)重，反復多次，直至恒重為止，此時(shí)稱(chēng)取質(zhì)量為m0。根據如下公式計算出所取殼體的含水率W：

W=(m-m0)/m×100% 式(1)

3.1實(shí)驗儀器：深圳冠亞的SFY-50污泥水份測定儀

將污泥樣品取一部分倒入儀器，按照烘箱一樣的條件測試，測試水分值結果基本吻合，但是測量時(shí)間大大的縮短了，有烘箱法的幾個(gè)小時(shí)縮短至幾分鐘，大大的提高了污泥含水率的檢測。

污泥球體在干燥的過(guò)程中，表面會(huì )產(chǎn)生收縮，而且經(jīng)驗性地認為縮芯界面的含水率為污泥含水率的0.68倍，即51.99%。認為污泥的含水率隨著(zhù)殼體厚度呈線(xiàn)性變化，根據內插法，計算得到縮芯界面處殼體厚度分別為：

由上表可以大致看出：在污泥球體的直徑相對恒定的時(shí)候，污泥球體結殼的殼體厚度在60℃-90℃的范圍內，呈現出先增加大后減小的趨勢。這個(gè)趨勢在污泥球體直徑偏大的時(shí)候體現得比較明顯，在80℃時(shí)結殼厚度達到zui大值，這可能是在相對較低溫度(60℃)條件下，污泥內部水分傳遞到干化界面的速率略小于污泥表面水蒸發(fā)的速率，污泥中的水分緩緩到達界面得以脫除，污泥表面結殼厚度相對較小;而在高溫(90℃)條件下，球體表面迅速形成堅實(shí)的外殼，殼內水分汽化速度大，殼內外溫差較80℃時(shí)大，沖破污泥表層殼體，形成不規則的有一定深度的裂縫，裂縫的出現使污泥干燥面積增加，形成新的固氣接觸面，從而使殼體覆蓋下的球體內部污泥中的水分得以脫除，一定程度上避免了殼體向污泥球徑向方向發(fā)展，降低了殼體的厚度。

溫度恒定的條件下，直徑為7cm的球體在60℃-90℃的范圍內，結殼的厚度比直徑為5cm的球體偏大，可見(jiàn)球體直徑對結殼的厚度有重要影響，這點(diǎn)告訴我們，為了使污泥地脫水，有必要降低污泥餅的實(shí)際厚度，以提高污泥的脫水效率，降低干化過(guò)程中的能耗。

3結論

一定溫度下，當水分由污泥主體傳向污泥表面的速率大于等于水分在污泥表面的蒸發(fā)速率時(shí)，即污泥表面處于充分潤濕時(shí)，污泥中的水分由污泥主體傳遞到大氣主體經(jīng)歷了三個(gè)過(guò)程：(1)水分由污泥主體擴散到污泥表面;(2)水分在污泥表面氣化，形成一層氣膜，傳質(zhì)阻力主要集中在氣膜內;(3)水蒸氣由氣膜擴散到大氣主體。水分由污泥主體傳向污泥表面的速率小于水分在污泥表面的蒸發(fā)速率時(shí)，污泥表面在外部熱量作用下持續蒸發(fā)，形成一層致密的硬殼，并且隨著(zhù)時(shí)間的推移，殼體厚度增大。殼體作為熱導體，污泥主體和外部環(huán)境溫差作為傳熱推動(dòng)力，將熱量*地沿徑向方向向污泥球球心處傳遞，污泥主體的水分在球體內部氣化，沖破殼體的束縛，直接向氣相主體擴散。與此同時(shí)，形成新的傳質(zhì)界面，新形成的傳質(zhì)界面處于潤濕狀態(tài)，水分傳遞重復(1)(2)(3)三個(gè)過(guò)程，即傳質(zhì)阻力集中在氣膜-殼體-氣膜，如此循環(huán)往復，直至污泥內部水分全部蒸出或污泥內部水分不足以沖破殼體束縛，污泥內部蒸汽壓強與殼體束縛力達到平衡，而固定在殼體內。