污泥的太阳能干燥实验研究

第 25 卷 　第 4 期 2004 年 8 月 太　阳　能　学　报 ACTA ENERGIAE SOLARIS SINICA Vol125 , No14 Aug1 , 2004 　　收稿日期 : 2003209223 文章编号 : 025420096 (2004) 0420479204 污泥的太阳能干燥实验研究 雷海燕 , 李惟毅 , 郑宗和 (天津大学机械 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院 ,天津 300072) 摘 　要 : 采用自行 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 制造的混合型污泥太阳能干燥装置对污水处理厂机械脱水后含水率在 80 %左右的污泥进行干 燥。通过实验研究探索了利用混合型太阳能干燥器干燥污泥的可行性及污泥的干燥特性 , 并对污泥在干燥过程中外 形发生变化的规律及其与干燥过程的关系作了描述 , 研究结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明污泥形变、空气参数及太阳辐射强度是影响污泥 干燥过程的主要因素 , 对太阳能污泥干燥的工业化生产具有参考价值。 关键词 : 干燥 ; 干燥特性 ; 污泥 ; 曲线拟合 中图分类号 : TK51 　　　　文献标识码 : A 0 　引　言 目前 , 全国污水处理厂每年排放湿污泥 500 万 吨以上。大量未经稳定化、无害化处理的污泥已成 为污水处理厂的沉重负担 , 同时又对环境产生了二 次污染。而污泥中含有许多有益的成分 , 可以经过 处理加以利用。一般机械脱水后的污泥含水率在 80 %左右 , 为了便于运输、存放及利用 , 需作进一 步脱水处理。对此 , 国外已有研究 , 如英国的 Wes2 sex 供水公司采用热风干燥法处理污泥 , 德国的科隆 公司采用太阳能干燥污泥等。我国污水处理中的污 泥处理和处置技术才刚刚起步 , 与国外先进技术差 距很大。我国一些中小城市基本没有污水处理设施 , 而建有污水处理设施的大中城市中 90 %以上的污泥 处理设施不配套。已建成的污水处理厂中 , 污泥处 理方法较为简单 , 污泥未经任何处理直接农用的占 70 %以上。造成二次污染。随着污水处理厂的兴建 投产 , 污泥的产生量将会大幅增加 , 对污泥的处置 必须重视。 目前国内主要利用带式压滤机将污泥含水率降 至 70～80 % , 而关于此后进一步干燥的报道很少。 本文采用太阳能空气集热器将机械脱水后的含水率 为 80 %的污泥干燥到 60 %以下 , 通过不同工况下 的干燥实验得到污泥的干燥方程 , 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 了干燥过程 的影响因素。 1 　实验装置简介 图 1 　实验装置系统图 Fig11 　Experimentation equipment system 图 1 为污泥的太阳能干燥实验装置系统图 , 其 中干燥室内设有隔板 , 将干燥室分为上下两个通 道 , 污泥置于上通道内的传输带上 , 与来自空气集 热器的热风进行对流换热 ; 下通道接一燃气加热 器 , 用以在太阳辐射量不足时补热 , 保证干燥过程 的正常进行 (在本实验中未使用) 。实验中测量太阳 能空气集热器进出口温度 , 干燥室空气温湿度及风 速 , 太阳辐射量及污泥重量等参数。 2 　污泥干燥特性实验 211 　实验工况安排 为便于实验分析 , 将污泥预制成球状 , 每个重 约 5g。考虑到风速过大会使污泥表面结壳 , 本实 验风速控制在 012m/ s～110m/ s , 干燥室内湿度通 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 过排气阀门控制。实验工况见表 1。 表 1 　实验工况安排 Table 1 　Working state of experimentation 工况编号 1 2 3 4 5 6 温度 T/ ℃ 4010 4010 4010 4715 5310 4715 风速 V/ m·s - 1 015 017 012 017 017 017 相对湿度/ % 1911 2114 1913 1910 1911 1917 212 　干燥特性实验实验对象选取天津某污水处理厂机械脱水后含水率为 80 %左右的污泥。预热系统后开始实验。 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 空气集热器进出口温度、环境温湿度、风速、干燥室进出口温度、风速及湿度 , 太阳辐射量和污泥重量变化值。当污泥重量变化不超过 0101g/ h 时 ,终止实验 , 然后通过绝干实验测得污泥终含水率。 213 　污泥的干燥曲线 214 　实验结果分析 实验结果表明 , 污泥形变、空气参数及太阳辐 射强度是影响干燥过程的主要因素。 21411 　污泥干燥过程中的外形变化 在污泥的干燥过程中 , 我们观察到其外形在不 断发生变化。整个形变过程分为 3 个阶段 : 1) 裂缝发展段 干燥开始后 , 经过一段时间 , 污泥表面开始有裂 缝产生 , 随着干燥过程的进行裂缝不断增加。这一段 时间大致对应于干燥速率曲线的近似恒速段。实验中 观察到 , 污泥表面很湿润时就会出现裂缝。裂缝容易 发生在表面有缺陷或局部含水率较低的地方。这两种 地方的水分散失较快 , 由于局部收缩而产生裂缝。污 泥一旦裂开 , 裂缝处及临近区域水分蒸发将变快 , 从 而使裂缝继续增大。此时 , 裂缝的增大还不足以影响 干燥速率 , 干燥速率曲线呈下降趋势。 2) 裂缝收缩段 裂缝发展段后的一段时间内 , 污泥表面大部分水 084 　　　　　　　　　　　　　　　　　太 　　阳 　　能 　　学 　　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　25卷 　 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 分脱掉 , 形成有许多裂缝的硬壳 , 这时内部水分主要 从裂缝中脱出。随着水分的脱出 , 裂缝将收缩合拢 , 又会使临近的裂缝增大。这一阶段的变化十分复杂 , 由于裂缝变化的不规则性 , 使污泥的干燥速度有较大 的波动。这一阶段大致对应于降速干燥段。 3) 整体收缩段 实验结束前一段时间 , 对应于干燥速率曲线上 干燥速度急剧降低后较平缓的一段。污泥形变表现 为整体收缩 , 裂缝减小 , 各个裂块相互靠拢 , 这一 现象是污泥干燥过程中特有的现象。通过对干燥后 的污泥块观察发现 , 各个裂块之间有许多丝状纤维 连接物 , 有的裂缝之间仅靠这种丝状纤维连接 , 这 些丝状纤维的两端在不同的裂块中 , 由于裂块内部 的干燥收缩造成裂块变形 , 通过丝状纤维使得裂块 相互靠拢 , 当然 , 丝状纤维并非裂块最后相互靠拢 的唯一原因。污泥块内部干燥收缩也是原因之一 , 有关问题有待于进一步研究。 21412 　空气参数对干燥过程的影响 1) 空气温度 由图 2 可以看出 , 空气温度对干燥速率影响较 大。在某一空气流速和回流比下 (空气湿度是随时间 变化的 ,但变化不大 , 可近似认为是常数) , 空气温 度越高 , 污泥的脱水速度越快 , 这是因为空气温度 升高 , 空气与污泥之间的传热增强 , 有利于污泥内 部的水分扩散和蒸发 , 因而干燥速率增加。同时 , 也可以看出 , 干燥前期空气温度越高 , 污泥干燥速 率越高 , 而干燥后期不同空气温度下的干燥速率逐 渐接近。这是因为干燥开始时污泥的干燥速率受外 界条件影响较大 , 而到了干燥后期 , 其干燥速率主 要取决于污泥本身的结构 , 形状等 , 外界条件的影 响变小。因此 , 从节能角度考虑 , 干燥前期可采用 较高的空气温度 , 而后期可适当降低空气温度。 2) 空气流速 从图 3 可以看出 , 污泥干燥开始时 , 空气流速 对干燥速率影响较大 , 这是因为此时除去的是污泥 表面的游离态水分。随着空气流速增大 , 空气与污 泥间的换热和水汽扩散增强 , 使得干燥速度提高 ; 在干燥后期 , 污泥中深层水分向外扩散的阻力增 大 , 干燥速率主要受内部条件制约 , 而受外界条件 影响较小 , 这时 , 风速影响可以忽略。 此外 , 太阳辐射强度对干燥速率也有一定影 响 , 从污泥干燥曲线看出 , 中午时分干燥速率有增 大趋势。因为此时太阳辐射强度增大 , 进入干燥室 的空气温度升高 , 同时 , 透过干燥室透明盖板的有 效辐射增加 , 因而干燥速率增大。 3 　干燥特性方程的建立 本文采用精度较高的双项指数模型 , 该模型数 学表达式为 : MR = M - Me M0 - Me = Aexp ( - K1τ) + Bexp ( - K2τ) 经整理得 : M = Me + A1exp ( - K1τ) + A2 ( - K2τ) (1) 式中 : MR ———污泥相对含水率 ; M ———湿污 泥时刻的含湿量 , kg 水/ kg 干物质 ; Me ———湿污 泥的平衡含湿量 , kg 水/ kg 干物质 ; τ———干燥时 间 , min ; M0 ———污泥的初始干基含湿量 , kg 水/ kg 干物质 ; A1 , A2 ———常数 ; K1 , K2 ———污泥的 干燥系数。 据此模型对污泥六种工况下的实验数据用最小 二乘法及多元线性回归法得到 Me , A1 , A2 , K1 , K2 与热风温度 , 相对湿度及风速的关系 , 将这些 带入 (1) 式 , 便可得污泥干燥的双项指数模型。 表 2 　实验数据的拟合结果 Table 2 　Regression results of experimental data 工况编号 1 2 3 4 5 6 Me 01651 01132 01571 01113 01038 01050 A1 21344 21462 21284 21594 21587 21520 K1 01008 01009 01008 01011 01008 01010 A2 21344 01465 21284 21588 21587 21520 K2 01008 01009 01008 01013 01010 01010 M = Me + A1exp ( - K1τ) + A2exp ( - K2τ) 　　(1) Me = 2518803 - 018557 t - 013224V - 014319φ + 0. 0086 t2 - 014590V2 + 9713837φ2 (2) A1 = - 416550 + 011684 t + 016718V + 012631φ - 010015 t2 - 012004V2 - 68. 7459φ2 (3) K1 = 010480 + 010001 t - 010028V - 0. 0043φ + 010012 t2 + 11148φ2 　　　　　　 (4) A2 = - 412298 + 011534 t + 015721V + 012526φ - 010014 t2 - 011217V2 - 65. 4196φ2 (5) K2 = - 010118 + 010026 t + 010124φ - 010001 t2 - 210349φ2 + 0. 0465φt (6) 184　4 期 　　　　　　　　　　　　　　　　雷海燕等 : 污泥的太阳能干燥实验研究 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 式中 t , V , φ分别为空气的温度 , 速度和相对湿 度。式 (1) ～ (6) 即为污泥的干燥方程。 由图 4 中可看到 , 实验数据与理论分析结果接 近 , 此模型可作为污泥的干燥模型。同时 , 实验曲线 与拟合曲线间存在偏差 , 这可能是由模型本身误差及 数据处理过程中静态值与动态值之间的偏差造成的。 图 4 　干燥过程的曲线拟合 Fig14 　Curve regression of dry process 4 　结　论 1) 实验表明 , 利用太阳能对污泥进行干燥是 可行的。为了不受天气因素影响 , 系统中应考虑有 辅助热源。 2) 通过实验观测 , 污泥的干燥曲线没有明显 的恒速段和降速段。干燥速度在整个干燥过程中受 污泥形变及太阳辐射强度的影响 , 波动较大。 3) 通过对实验结果分析得知 , 污泥形变、空 气参数及太阳辐射强度是影响污泥干燥过程的主要 因素。 4) 通过理论分析 , 得到了污泥的干燥方程 , 可在较宽的工业化范围内预测污泥干燥的一般性规 律 , 对太阳能污泥干燥的工业化具有一定的参考价 值。 [参考文献 ] [1 ] 　Parti M1A Theoretical Model For Thin - Layer Grain Dry2 ing , Drying Technology[J ]11990 8(1) : 101 - 1221 [2 ] 　涂 　颉 , 毛润治 1 污泥干燥特性的模拟 [J ]1 天津大 学学报 , 1993 , 16(4) : 4201 [3 ] 　王敦球 , 解庆林 1 城市污水污泥的处理 [J ]1 桂林工 学院学报 1999 , 19 (4) : 3121 EXPERIMENTAL STUDY ON SOLAR SL UD GE DRYING Lei Haiyan , Li Weiyi , Zheng Zonghe ( Mechanical Engineering , Tianjin University , Tianjin 300072 , China) Abatract : A combination type solar dryer was designed for sewage sludge drying to decrease the moisture content of sewage sludge from 80 % so as to be recycled1 Feasibility of compound solar sludge dryer and dry characteristic of sewage sludge were studied by means of experiments , shape change of sewage sludge during desiccation and the relation between shape change and dry process was also described 1The results of the study have had some valuable reference for industri2 alization of solar sludge drying1 Keywords : desiccation ; dry characteristic ; sewage sludge ; curve regression 联系人 E - mail : leihy @eyou1com 284 　　　　　　　　　　　　　　　　　太 　　阳 　　能 　　学 　　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　25卷 　 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. 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