CN113860700A - 一种污泥快速干化的方法 - Google Patents
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Abstract
一种污泥快速干化的方法，生物质灰与污泥按重量比不低于1:1混合后进行干化；所述物质灰中的金属氧化物质量含量为：K2O不超过4.0%、ZnO不超过0.1%、MnO不超过0.1%、Fe2O3不超过3.4%、CuO不超过0.1%、CaO不超过10.0%、MgO不超过1.7%、Na2O不超过7.0%。本发明操作简单，生产成本低，同时污泥干化效果明显，能满足其污泥综合利用的要求。
Description
技术领域
本发明涉及到污泥处置技术领域，提供一种污泥快速干化的方法，利用生物质灰将污泥中的结合水转化为自由水，提高污泥脱水效率。
背景技术
近年来由于环境保护越来越严，各城市、工业园区都建设了生化污水处理厂。在污水处理过程中，又产生了活性污泥，其含水达60％以上，且污泥中的水极难脱除，大城市污水处理厂的活性污泥90％以上都是采用燃烧发电处理，二次处理费用高且难度大。随着城市的发展，人口增多，污水处理量加大，污泥量也随之增多，若放置3天后，污泥腐烂出现异味，不利于污泥的运输、堆积、综合利用等。必须进一步脱水和干化后保存。
污泥干化又称污泥脱水，是指通过渗滤或蒸发等作用，从污泥中去除水的过程。污泥脱水的目的在于进一步降低污泥的含水量,为其综合利用提供条件。目前市场上脱水的技术主要是板框挤压脱水、带式压虑脱水，但脱去的都是游离水，脱水后一般水分在60％以上。另外泥中40％的结合水则要通过热能干燥，其方法有自然干化和热干燥法。
活性污泥处理前其含水量在90％以上，两种存在形式，自由水和结合水。自由水在55％-59％范围内，结合水在40％左右。自由水通过过滤和机械抗压等方法可以脱除，然而结合水则需要通过热能处理。因此污泥焚烧或综合利用前如何脱去结合水是技术难题。
目前市场传统污泥脱水方法是“机械脱水+自然干燥(或热干燥)脱水”。市场上90％以上采用“机械脱水+自然干燥”，自然干燥时间6个月以上，干燥后的污泥块大且特别坚硬，很难破碎，不利于综合利用；若污泥综合利用，一般水分要求低于30％；若采用热风干燥，能耗很高，且干燥后的污泥坚硬，不易粉碎，给综合利用带来难度。
发明内容
解决的技术问题：针对上述存在的技术问题，本发明提供一种污泥快速干化的方法，该方法操作简单，生产成本低，同时污泥干化效果明显，能满足其污泥综合利用的要求。
技术方案：生物质灰在加速污泥干化中的应用。
一种污泥快速干化的方法，生物灰与污泥按重量比不低于1:1混合后进行干化。
上述生物质灰是农作物秸秆、种子壳体以及林业的根、径、枝、叶等混合在800℃以上燃烧产生的灰组成；其pH值在10-13。
上述生物质灰中的金属氧化物质量含量为：K2O 0.0-4.0％、ZnO 0.0-0.1％、MnO0.0-0.1％、Fe2O3 0.0-3.4％、CuO 0.0-0.1％、CaO 0.0-10.0％、MgO 0.0-1.7％、Na2O 0.0-7.0％。
生物质灰与活性污泥按重量比1:1均匀混合(大于1:1效果更佳)，灰中的金属氧化物遇到污泥中的胶体颗粒，胶体解体，破坏水与污泥颗粒之间的作用力，从而使结合水转换为游离水。混拌均匀后的活性污泥，放在阳光棚下，利用太阳能进行水分蒸发晾干待用，达到快速污泥脱水的目的。
污泥中大部分水与污泥颗粒形成胶体，胶体中水份为结合水，胶体颗粒带负电性，向泥中掺混生物质灰时，灰中带正电荷的电解质K2O、CaO、Na2O等与负电性的胶粒中和，使污泥中的胶体物质分解，进而破坏水与污泥颗粒之间的作用力，使胶体破坏，其中的结合水转化为游离水，增大污泥中的水移动，污泥与生物质灰接触后，加速污泥脱水与水分移动，迅速降低污泥中水分。
有益效果：利用生物质灰中含有金属氧化物，呈碱性，能破坏活性污泥中的胶体，使胶体中的结合水变成游离水；同时利用干灰吸附游离水，来降低污泥混拌后中的水分，使污泥中的80％水迅速变成40％，此水在自然蒸发或阳光棚下容易蒸发，如在太阳能大棚下干化，24小时内就能达到30％以下的水分，满足污泥综合利用的目的。不要用煤或天然气来烘干污泥，大大降低成本，提高效率，达到污泥综合利用水分的要求。本发明主要装置为铲车、搅拌机等。具有流程简单、操作方便、投资小、脱水效果明显等优点，实现污泥的综合利用，具有较好的经济、生态和社会效益。
附图说明
图1污泥与生物质灰1:0.5混合水分及重量变化图；
图2污泥与生物质灰1:1混合水分及重量变化图；
图3污泥与生物质灰1:2混合水分及重量变化图；
图4污泥与生物质灰1:0.5混合阳光棚下水分及重量变化图；
图5污泥与生物质灰1:1混合阳光棚下水分及重量变化图；
图6污泥与生物质灰1:2混合阳光棚下水分及重量变化图；
图7活性污泥自然条件下水分及重量变化图。
具体实施方式
生物质灰是农作物秸秆、种子壳体以及林业的根、径、枝、叶等混合在800℃以上燃烧产生的灰组成；其pH值在10-13。生物质灰是秸秆发电后的副产物。其制备流程是将农作物秸秆、种子壳体以及林业的根、径、枝、叶等混合，投放入锅炉内在800℃以上进行燃烧，燃烬后所得到的固体产物。
实施例1
生物质灰掺混污泥干化实验
1.污泥在自然条件下脱水干化
1)污泥与生物质灰1:0.5混合
含水80％的活性污泥100kg与含水1％的生物质灰100kg按照1:0.5的重量比例进行均匀混拌，在自然条件下摊平20cm厚度晾晒，水分及空气湿度、湿度实验记录见下表1。
表1污泥与生物质灰1:0.5混合水分及重量记录表
由表可知，在连续五天对混合样品进行水分测量，水分含量可降到26％。在一定程度上，生物质灰在降低污泥自由水和结合水中起到作用。但为使脱水效果更加显著，需对混合比例再次调整实验。
2)污泥与生物质灰1:1混合
在客观因素相同水平下，现将活性污泥100kg与生物质灰100kg按照1:1的重量比例进行均匀混拌，记录实验过程中水分及空气湿度、湿度见下表2。
表2污泥与生物质灰1:1混合水分及重量记录表
如表所示，污泥原水分达到80％，在与生物质灰掺混均匀后，连续五天取样检测水分发现，混拌后水分含量逐渐减少。放置一周后，水分可减少到15.2％。正常水分达25％以下就满足综合利用的要求。由此可见，自然条件下按照1：1混合，所得到的混合样已满足市场生产要求，大大提高活性污泥利用率。
3)污泥与生物质灰1:2混合
为达到更加有效脱水干化目的，现将活性污泥与生物质灰按照1：2均匀混合，在自然条件下对混合物取样，进行水分测量。
表3污泥与生物质灰1:2混合水分及重量记录表
表中数据显示，活性污泥与生物质灰按照1：2进行掺混，自然条件下掺混两天后，水分可降到15％，此时已满足市场要求。连续五天后，水分可达到10.9％，此时生物质灰内金属氧化物不断使污泥胶体颗粒解体，破坏水与污泥颗粒之间的作用力，使结合水转换为游离水，提高脱水干化效率。
2.污泥在阳光棚脱水干化
1)污泥与生物质灰1:0.5混合
为降低时间成本，提高脱水率，将含水80％的污泥100kg与含水1％的生物质灰按1:0.5比例进行掺混均匀，放置于阳光棚内摊平20cm厚度晾晒利用太阳能提供能量，进行水分测定。
表4污泥与生物质灰1:0.5混合阳光棚下水分及重量记录表
由表知，活性污泥与生物质灰按照1：0.5掺混在阳光棚下脱水干化，脱水率与在自然条件下按照1：1掺混的效果相当。由此可见，一定条件下，利用阳光棚提供能量，可达到降低物料用量，减少成本的目的。
2)污泥与生物质灰1:1混合
现将活性污泥与生物质灰按照1：1比例进行掺混，对其水分含量、温湿度及重量变化记录如表5。
表5污泥与生物质灰1:1混合阳光棚下水分及重量记录表
如表所示，将掺混物在阳光棚下干化，与自然条件下污泥与生物质灰1:2掺混效果比较，污泥脱水干化率水平相当。阳光棚内温度高于30℃以上，提高污泥胶体内的结合水转换成游离水的速度，从而提高水分蒸发效率，大大降低成本。
3)污泥与生物质灰1:2混合
将污泥与生物质灰按照1：2比例掺混，在阳光棚下晾晒，水含量记录如表6。
表6污泥与生物质灰1:2混合阳光棚下水分及重量记录表
在阳光棚下进行晾晒后，发现水分含量会快速降低，连续晾晒五天后，水分可达到5.3％。按照1：2掺混下，使得污泥胶体颗粒中结合水充分转化为游离水。
由此可见，相比较市场上传统污泥的脱水干化工艺，采用掺混生物质灰的方法不仅保证污泥干化效率，并且大大降低生产成本。对比几组试验数据，可选择活性污泥与生物质灰按照1：1比例进行掺混，并在阳光棚下晾晒，此时干化效率最为明显，更加能够满足市场需求。
3.空白对照试验
为增加试验对比性及消除试验的误差，现将100kg含水80％的活性污泥堆放20cm厚，自然晾晒，并进行水分测定。
表7活性污泥自然条件下水分及重量记录表
如表所示发现，100kg含水80％的活性污泥在自然条件下晾晒，前四天左右，污泥表面的游离水部分蒸发；在后续观察中，水分维持在60％左右后难以再下降，污泥胶体中结合水难以去除，水分很难再降低。
4.能量核算
以室温下25℃为例，含80％水分污泥100kg干燥至水分含量14％:
80％水分＝20kg绝干物+80kg水
干燥到14％水分＝20kg绝干物+3kg水
所以100kg污泥从80％水分到14％需要蒸发掉的水质量M＝80-3＝77kg
水的比热容C＝4.182KJ/kg·℃
水的蒸发焓ΔH＝2257KJ/kg
所需热量Q＝CMΔt+MΔH＝77×4.182×(100-25)+77×2257＝197940.05KJ
所以干燥100kg含80％水分的污泥到含水分14％需要197940.05/100＝1979KJ/kg热量。
由此看来，将普通污泥从含水量80％脱水干化到14％，每千克需要1979千焦热量；即若将1t污泥脱水干化到14％，则需要1t蒸汽，此时所需热量太高，造成投资成本大。因此，本发明首先利用生物质灰将污泥的凝胶结构破坏，使其内部结合水快速大量转化成游离水；再利用成本低、易操作的太阳能作为热源，使水分大量蒸发，从而达到污泥快速干化的目的，具有效率高、成本低的优点。
Claims (4)
1.生物质灰在加速污泥干化中的应用。
2.一种污泥快速干化的方法，其特征在于，生物质灰与污泥按重量比不低于1:1混合后进行干化。
3.根据权利要求2所述污泥快速干化的方法，其特征在于，所述生物质灰是农作物秸秆、种子壳体以及林业的根、茎、枝、叶混合在800℃以上燃烧产生的灰组成，pH值在10-13。
4.根据权利要求3所述污泥快速干化的方法，其特征在于，所述物质灰中的金属氧化物质量含量为：K2O 不超过4.0%、ZnO不超过0.1%、MnO不超过0.1%、Fe2O3不超过3.4%、CuO不超过0.1%、CaO不超过10.0%、MgO不超过1.7%、Na2O不超过7.0%。
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