CN102338726B - 污泥干燥粘滞区的判别方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及污泥干燥技术，旨在提供一种污泥干燥粘滞区的判别方法。该方法包括：使用传热式间歇污泥干燥机对待测定污泥进行干燥，测量干燥过程中的水蒸气冷凝液质量和搅拌驱动装置扭矩的实时数据，以获取污泥的实时含水率和实时污泥干燥速率；然后绘制污泥干燥速率曲线和扭矩变化曲线，根据两条曲线的变化情况确定待测定污泥的粘滞区的实时含水率数值范围的起点和终点。本发明可为连续式污泥干燥机的设计制造提供依据，使得设备中剥离污泥机械部件的安装部位更能适应待加工污泥的含水率变化特性，准确地布置于污泥粘滞区。这样可以帮助提高设备利用效率，避免无益的设备功率浪费，节约大量能源。

Description

污泥干燥粘滞区的判别方法

技术领域

本发明涉及一种污水污泥干燥过程中粘滞区的判别方法。具体地说，本发明涉及一种利用传热式间歇污泥干燥过程中污泥搅拌装置扭矩和污泥干燥速率的变化来判别粘滞区，并以污泥含水率来表征粘滞区范围的方法。

背景技术

污水处理厂产生的浓缩污泥含水率可高达99％，质量和体积巨大，不利于运输和处理处置，需降低其含水率。根据对污泥中水分分布特性的研究，可将污水污泥中的水分分为“自由水”、“间隙水”、“表面结合水”和“内部结合水”。机械脱水只能去除污泥中的“自由水”，经机械脱水后污泥的含水率仍有80％左右，质量和体积仍比较大，为便于进一步的运输、处理和处置，需要将污泥含水率降至更低。热干燥技术是一种常用的进一步降低污泥含水率的技术，污泥热干燥过程实际上就是通过对污泥进行加热，蒸发其中水分的过程，污泥热干燥过程需要不断对污泥进行搅拌或翻动，使其表面不断更新，以增大干燥速率。

污泥热干燥一般采用专门设计的污泥干燥机，以蒸汽或经加热的导热油作为热源，采用直接或间接的方式进行加热，并辅以搅拌。污泥干燥速率对于污泥干燥机的设计至关重要，而污泥在热干燥过程中的干燥速率并不是固定不变的，是根据污泥中水分分布特点，随着污泥含水率的降低而不断变化的。大量试验表明，脱水污泥在热干燥过程中，干燥速率会经历两个下降区，同时污泥的形态经历“糊状区”、“粘滞区”和“颗粒区”。

当干燥过程进入粘滞区时，污泥会结成团，粘附在换热面和搅拌装置的表面，导致污泥团表面无法随搅拌而更新，污泥中水分传质阻力增加，污泥干燥速率显著下降。污泥粘附在搅拌装置的表面，还会使搅拌装置的阻力增加，从而增加了污泥干燥的能耗。由此可见，污泥干燥粘滞区对于污泥热干燥过程是非常不利的。

不同来源污泥在热干燥过程中的粘滞性主要由污泥自身的特性决定，还与干燥过程中与污泥的温度和含水率有关，一般采用“一定的加热温度下污泥的含水率范围”来表征粘滞区，通常污泥干燥粘滞区含水率范围在40％-70％。精确地判断污泥干燥粘滞区可为传热式连续污泥干燥机的设计与制造提供重要依据。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种污泥干燥粘滞区的判别方法，以解决现有技术中，无法准确判断传热式连续污泥干燥机中污泥干燥粘滞区的位置区间，进而导致设置用于剥离热轴或叶片上粘结污泥的机械部件时位置不准确、剥离效果不理想的问题。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种污泥干燥粘滞区的判别方法，使用传热式间歇污泥干燥机对待测定污泥进行干燥，包括以下步骤：

(1)持续收集干燥过程中的水蒸气冷凝液并进行称重，获得冷凝水质量的实时数据；持续测量以获取干燥过程中的污泥搅拌驱动装置扭矩的实时数据；

(2)根据公式(a)得到传热式间歇污泥干燥机中污泥的实时含水率：

根据公式(b)得到传热式间歇污泥干燥机中的实时污泥干燥速率：

(3)以污泥的实时含水率为横坐标、以实时的污泥干燥速率为纵坐标，绘制污泥干燥速率曲线；同时，以污泥的实时含水率为横坐标、以实时的扭矩值为副纵坐标，在污泥干燥速率曲线的基础上绘制扭矩变化曲线；

(4)根据上述两条曲线的变化情况，确定待测定污泥的粘滞区的实时含水率数值范围的起点和终点：

在该数值范围的起点处，扭矩值随含水率的下降，由平稳趋势转变为急速上升趋势并呈现一个拐点；而在该拐点对应位置，污泥干燥速率随含水率的下降，由迅速下降趋势转变为平稳趋势；

在该数值范围的终点处，扭矩值随含水率的下降，由急速下降趋势转变为平稳趋势并呈现一个拐点；而在该拐点对应位置，污泥干燥速率随含水率的下降，由急速上升趋势转变为急速下降趋势并呈现一个拐点。

作为进一步的发明目的，本发明还提供了前述方法的具体应用方法，是在设计制造传热式连续污泥干燥机时，根据生产工艺条件和设备参数获取连续污泥干燥机中污泥含水率分布数据；然后对应已获得待加工污泥的的粘滞区的实时含水率数值范围，确定在连续污泥干燥机中的具体位置，并在该位置区间内设置用于剥离螺杆或叶片上粘结污泥的机械部件。

在污泥干燥过程中，随着污泥含水率的逐步降低，污泥会始结块并粘附在搅拌装置(螺杆或叶片)的表面，污泥搅拌装置在破碎污泥块时阻力很大，污泥搅拌驱动装置的扭矩也会在此时迅速增大。随着干燥的继续进行，污泥块最终会完全破碎，污泥干燥进入颗粒区，此时污泥搅拌驱动装置的扭矩会迅速降低，表示污泥干燥离开粘滞区。污泥搅拌驱动装置的扭矩显著增大时，污泥干燥速率也会显著降低。上述现象体现在污泥干燥粘滞区判别曲线图上即为污泥搅拌驱动装置扭矩曲线向上凸起，污泥干燥速率曲线向下凹，由此即可判别污泥干燥的粘滞区。污泥干燥粘滞区判别曲线图上污泥搅拌驱动装置扭矩显著增大、污泥干燥速率显著降低时，对应的污泥含水率值即可用于表征污泥干燥粘滞区。

在污泥干燥实际工程中，应用的干燥机是连续进料运行的，污泥的含水率在干燥机内沿运动方向不断降低，污泥在机器中不同部位糊状区、粘滞区、颗粒区同时存在。并且，污泥在干燥机内每一段部位的含水率都是可以由干燥机的生产工艺条件和设备参数通过计算得到的(该计算方法已是比较成熟的技术，本发明对此不再赘述)。在某种性质均一的污泥的干燥过程中，其粘滞区的含水率范围是基本保持恒定的，因而可以在干燥机上找到对应的工艺位置。这样就可以先使用小型间歇式干燥机确定污泥干燥粘滞区的含水率范围，再在连续式干燥机中对应污泥含水率范围的污泥进入粘滞区的部位，设置用于剥离污泥块的机械部件。这样可以在干燥过程中，使污泥块脱离换热表面，并随着搅拌而破碎，使其螺杆或叶片的表面不断得以更新，从而避免干燥速率的降低和搅拌装置驱动功率的增加。

相对于现有技术，本发明的有益效果在于：

为连续式污泥干燥机的设计制造提供依据，使得设备中剥离污泥机械部件的安装部位更能适应待加工污泥的含水率变化特性，准确地布置于污泥粘滞区。这样可以帮助提高设备利用效率，避免无益的设备功率浪费，节约大量能源。

附图说明

图1是污泥干燥粘滞区判别装置系统示意图；

图2是污泥干燥速率曲线与搅拌装置扭矩曲线。

具体实施方式

本发明中，使用传热式间歇污泥干燥系统实现污泥干燥粘滞区的判别。该过程中涉及待测定污泥的持续收集干燥过程中的水蒸气冷凝液并进行称重，获得冷凝水质量的实时数据；以及持续测量以获取干燥过程中的污泥搅拌驱动装置扭矩的实时数据。

传热式间歇污泥干燥系统主要由间歇式污泥干燥机(以下简称污泥干燥机)、导热油加热和控温系统、污泥搅拌驱动装置扭矩测量系统、水蒸气冷凝收集及称重系统组成(如图1所示)。

污泥干燥机主要由机壳1、两根空心搅拌轴2和驱动装置3组成。机壳外设夹套4，夹套4内安装加热棒5和热电偶6并盛有导热油7。两根空心搅拌轴2上均安装若干只空心楔形叶片8，两根空心搅拌轴上的楔形叶片8可相互齿合，每个楔形叶片8均与空心搅拌轴2的内部联通。两根空心搅拌轴2内安装加热棒5和热电偶6并盛有导热油7，由于空心搅拌轴2和空心楔形叶片8内部联通，导热油7可在其中自由流动。加热棒5对导热油7进行加热时，热电偶6实时测量导热油7的温度，并将信号传输给控温仪表9，控温仪表9根据温度信号控制加热棒5的开关，使导热油7的温度恒定于设定的温度。驱动电机3与两根搅拌轴2之间安装扭距传感器10，可实时测量并记录电机3的扭矩。

水蒸气冷凝收集和称重系统主要由真空泵13、冷凝器14和可实时记录数据的电子天平15组成。间歇式污泥干燥机的上盖11设进气口12和出气口13，用真空泵14经冷凝器15抽取污泥干燥产生的水蒸气，冷凝器15中通冷却水16将水蒸汽冷凝、收集并由天平17在线记录冷凝水18的质量，根据收集到的冷凝水质量可计算污泥干燥机中污泥的实时含水率。

用传热式间歇污泥干燥系统对污泥进行干燥并判别污泥干燥粘滞区时，一般采用含水率80％的脱水污泥。间歇式污泥干燥机上的搅拌轴2和夹套4内的加热棒5对导热油7进行加热。间歇式污泥干燥机内的两根空心搅拌轴2由电机3驱动，相向旋转，搅拌轴上的楔形叶片8对污泥进行加热和搅拌。间歇式污泥干燥机可将污泥干燥至含水率10％左右。

在污泥干燥期间，水蒸气冷凝收集和称重系统实时记录冷凝水质量的增加。干燥结束后，可根据记录的冷凝水质量实时增加值数据，计算实时污泥干燥速率，并绘制污泥干燥速率曲线图，该曲线以污泥含水率为横坐标，以污泥干燥速率为纵坐标。间歇式污泥干燥机中污泥的实时含水率计算公式为：

污泥干燥速率的计算公式为：

在污泥干燥期间，驱动电机扭矩测量系统实时测量并记录电机的扭矩。干燥结束后，将记录的扭矩数据作为副纵坐标绘制在污泥干燥速率曲线图上，两条曲线叠加后的图即为污泥粘滞区判别曲线图(如图2所示)。

根据绘制的污泥粘滞区判别曲线图可以看出，当污泥含水率在1.6kgH₂Okg^-1DS左右时，电机3的扭矩迅速增大，表明污泥已开始结块并粘附在空心楔形叶片8的表面，空心楔形叶片8在破碎污泥块时阻力很大。随着干燥的继续进行，当污泥的含水率低于0.5kgH₂Okg^-1DS时，污泥块最终会完全破碎，此时电机3的扭矩迅速降低，表示污泥干燥离开粘滞区。通过污泥干燥速率曲线也可以看出，电机3扭矩显著增大时，污泥干燥速率也显著降低。电机3扭矩显著增大，污泥干燥速率显著降低期间，对应的污泥含水率值即可判别污泥干燥粘滞区。

最后，还需要注意的是，以上列举的间歇式污泥干燥机、导热油加热和控温系统、驱动电机扭矩测量系统、水蒸气冷凝收集和称重系统仅是本发明的具体实施例子。显然，本发明不限于以上实施例子，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种污泥干燥粘滞区的判别方法，使用传热式间歇污泥干燥机对待加工污泥进行干燥，其特征在于，该污泥干燥粘滞区的判别方法包括以下步骤：

（1）持续收集干燥过程中的水蒸气冷凝液并进行称重，获得冷凝水质量的实时数据；持续测量并获取干燥过程中的污泥搅拌驱动装置扭矩的实时数据；

（2）根据公式（a）得到传热式间歇污泥干燥机中污泥的实时含水率：

根据公式（b）得到传热式间歇污泥干燥机中的实时污泥干燥速率：

（3）以污泥的实时含水率为横坐标、以实时的污泥干燥速率为纵坐标，绘制污泥干燥速率曲线；同时，以污泥的实时含水率为横坐标、以实时的扭矩值为副纵坐标，在污泥干燥速率曲线的基础上绘制扭矩变化曲线；

（4）根据上述两条曲线的变化情况，确定待加工污泥的粘滞区的实时含水率数值范围的起点和终点：

在该数值范围的起点处，扭矩值随含水率的下降，由平稳趋势转变为急速上升趋势并呈现一个第一拐点；而在该拐点对应位置，污泥干燥速率随含水率的下降，由迅速下降趋势转变为平稳趋势；

在该数值范围的终点处，扭矩值随含水率的下降，由急速下降趋势转变为平稳趋势并呈现一个第二拐点；而在该拐点对应位置，污泥干燥速率随含水率的下降，由急速上升趋势转变为急速下降趋势并呈现一个第三拐点。

2.根据权利要求1所述一种污泥干燥粘滞区的判别方法的应用方法，其特征在于，在设计制造传热式连续污泥干燥机时，根据生产工艺条件和设备参数获取连续污泥干燥机中污泥含水率分布数据；然后对应已获得的待加工污泥的粘滞区的实时含水率数值范围，确定污泥干燥粘滞区在连续污泥干燥机中的具体位置，并在该位置区间内设置用于剥离螺杆或叶片上粘结污泥的机械部件。

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