活性污泥干燥(zao)過程中水分傳遞控制條件研(yan)究
隨著經(jing)濟社會的(de)(de)(de)快速發展，我國城鎮(zhen)化(hua)水(shui)(shui)平的(de)(de)(de)不斷提高，生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)活污(wu)(wu)水(shui)(shui)和生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)(chan)污(wu)(wu)水(shui)(shui)排放(fang)量(liang)不斷增加。污(wu)(wu)泥(ni)是污(wu)(wu)水(shui)(shui)處(chu)(chu)理廠(chang)在(zai)(zai)凈化(hua)污(wu)(wu)水(shui)(shui)時得到(dao)的(de)(de)(de)固(gu)體(ti)沉(chen)淀(dian)物(wu)質，含有混入生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)活污(wu)(wu)水(shui)(shui)或(huo)工業(ye)廢(fei)水(shui)(shui)中的(de)(de)(de)泥(ni)沙(sha)、纖維(wei)、動植物(wu)殘體(ti)等固(gu)體(ti)顆粒及其凝結的(de)(de)(de)絮狀物(wu)，是各種膠體(ti)、有機(ji)質及吸附的(de)(de)(de)金屬(shu)元素、微(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)、病菌、蟲卵等物(wu)質的(de)(de)(de)綜合(he)體(ti)，組(zu)成十(shi)分復雜(za)，變(bian)異性大(da)，有機(ji)物(wu)含量(liang)高，容易腐化(hua)發臭。由此(ci)可(ke)見，如果不對生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)活污(wu)(wu)水(shui)(shui)處(chu)(chu)理的(de)(de)(de)過(guo)程(cheng)產(chan)(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)污(wu)(wu)泥(ni)進行適當的(de)(de)(de)處(chu)(chu)理處(chu)(chu)置，則會對其堆放(fang)地(di)區的(de)(de)(de)水(shui)(shui)體(ti)、土(tu)壤和大(da)氣(qi)等周圍環境產(chan)(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)極大(da)的(de)(de)(de)破壞(huai)，也會對生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)活在(zai)(zai)周圍的(de)(de)(de)人(ren)們(men)和棲息在(zai)(zai)附近(jin)的(de)(de)(de)動物(wu)的(de)(de)(de)健康(kang)造成一定(ding)的(de)(de)(de)危(wei)害。妥善處(chu)(chu)置污(wu)(wu)泥(ni)，使(shi)其減量(liang)化(hua)、穩定(ding)化(hua)、無害化(hua)、資(zi)源化(hua)已成為關注的(de)(de)(de)課題(ti)，而污(wu)(wu)泥(ni)處(chu)(chu)理的(de)(de)(de)過(guo)程(cheng)中zui為重要的(de)(de)(de)一步即(ji)是污(wu)(wu)泥(ni)的(de)(de)(de)脫水(shui)(shui)，本文嘗試以某污(wu)(wu)水(shui)(shui)處(chu)(chu)理廠(chang)中的(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)活污(wu)(wu)泥(ni)為例(li)，探索(suo)污(wu)(wu)泥(ni)中水(shui)(shui)分傳遞的(de)(de)(de)過(guo)程(cheng)和機(ji)理，為污(wu)(wu)泥(ni)處(chu)(chu)理提供(gong)有益的(de)(de)(de)參考。
城市(shi)污(wu)(wu)(wu)泥(ni)是污(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)處理(li)過程中(zhong)的(de)副(fu)產物，污(wu)(wu)(wu)泥(ni)脫水(shui)(shui)是污(wu)(wu)(wu)泥(ni)處理(li)的(de)關鍵(jian)環(huan)節。本(ben)文以成都污(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)處理(li)廠的(de)污(wu)(wu)(wu)泥(ni)為(wei)(wei)研(yan)究對象，在探討污(wu)(wu)(wu)泥(ni)含(han)水(shui)(shui)率、黏度等基(ji)本(ben)參數的(de)基(ji)礎(chu)上(shang)，將一(yi)(yi)定厚度的(de)平鋪的(de)污(wu)(wu)(wu)泥(ni)作為(wei)(wei)主體，取(qu)其中(zhong)的(de)一(yi)(yi)定體積大小的(de)污(wu)(wu)(wu)泥(ni)球為(wei)(wei)研(yan)究對象，探討污(wu)(wu)(wu)泥(ni)球中(zhong)的(de)水(shui)(shui)分傳遞過程以及深(shen)圳(zhen)冠亞的SFY-50在污泥行業中的應(ying)用(yong)，結果表明水(shui)分在污(wu)泥中的傳遞過(guo)程分為兩種情況(kuang)：
①污(wu)(wu)泥中的水分從污(wu)(wu)泥主體(ti)擴散到污(wu)(wu)泥表面;
②污泥(ni)表(biao)面(mian)(mian)會形成(cheng)一(yi)層(ceng)(ceng)氣(qi)膜(mo)，默認為(wei)污泥(ni)表(biao)面(mian)(mian)的水分的傳(chuan)遞阻力集中于這層(ceng)(ceng)氣(qi)膜(mo);
③水分(fen)從污泥表面傳遞(di)到氣相主體;
(2)隨著脫水(shui)的(de)進行，污(wu)(wu)泥(ni)主體(ti)水(shui)分(fen)擴散到表面(mian)(mian)(mian)的(de)擴散速率(lv)小(xiao)于污(wu)(wu)泥(ni)表面(mian)(mian)(mian)水(shui)分(fen)蒸發(fa)速率(lv)，污(wu)(wu)泥(ni)表面(mian)(mian)(mian)會形(xing)成(cheng)致密的(de)硬殼(ke)，由(you)于外(wai)界(jie)熱量的(de)作用，使(shi)污(wu)(wu)泥(ni)殼(ke)體(ti)內部(bu)水(shui)分(fen)汽(qi)化，水(shui)汽(qi)沖破殼(ke)體(ti)，殼(ke)體(ti)皸裂(lie)，形(xing)成(cheng)新的(de)傳質界(jie)面(mian)(mian)(mian)，新的(de)傳質界(jie)面(mian)(mian)(mian)形(xing)成(cheng)后，重(zhong)復進行水(shui)分(fen)遷移的(de)①②③三(san)個過程。而且實(shi)驗數(shu)據顯示，污(wu)(wu)泥(ni)球(qiu)體(ti)直(zhi)徑(jing)越大、外(wai)界(jie)溫度(du)越高，越易形(xing)成(cheng)硬殼(ke)，水(shui)分(fen)傳遞阻力越大。所以，建議污(wu)泥(ni)廠家配備(bei)冠亞水分儀(yi)的(de)SFY-50污(wu)泥水分測(ce)定(ding)儀來快速測(ce)定(ding)污(wu)泥中的(de)水份含量，以(yi)達到隨時監控水份的(de)目的(de)。
污泥的含水(shui)率及其粘度的測定(ding)
影響(xiang)污(wu)(wu)(wu)泥(ni)中(zhong)水(shui)(shui)分(fen)遷(qian)移(yi)的(de)(de)(de)主要(yao)因素(su)(su)有(you)(you)污(wu)(wu)(wu)泥(ni)中(zhong)的(de)(de)(de)水(shui)(shui)分(fen)含量、水(shui)(shui)分(fen)的(de)(de)(de)存(cun)在狀(zhuang)(zhuang)態(tai)、污(wu)(wu)(wu)泥(ni)的(de)(de)(de)濃(nong)(nong)度(du)(du)(du)、風速、溫(wen)度(du)(du)(du)、污(wu)(wu)(wu)泥(ni)的(de)(de)(de)平(ping)鋪(pu)厚度(du)(du)(du)等等，單以污(wu)(wu)(wu)泥(ni)中(zhong)水(shui)(shui)分(fen)存(cun)在狀(zhuang)(zhuang)態(tai)考慮，可分(fen)為(wei)自由(you)水(shui)(shui)和(he)(he)結合水(shui)(shui)，自由(you)水(shui)(shui)比(bi)較容易脫(tuo)(tuo)除，而(er)結合水(shui)(shui)多是(shi)由(you)于污(wu)(wu)(wu)泥(ni)中(zhong)的(de)(de)(de)細胞壁所含有(you)(you)的(de)(de)(de)親水(shui)(shui)性物質(zhi)的(de)(de)(de)對(dui)(dui)水(shui)(shui)分(fen)的(de)(de)(de)親和(he)(he)束縛所產生的(de)(de)(de)水(shui)(shui)的(de)(de)(de)另一(yi)種存(cun)在狀(zhuang)(zhuang)態(tai)，相對(dui)(dui)難以脫(tuo)(tuo)除。而(er)污(wu)(wu)(wu)泥(ni)作為(wei)變粘(zhan)度(du)(du)(du)流體，污(wu)(wu)(wu)泥(ni)的(de)(de)(de)粘(zhan)度(du)(du)(du)是(shi)污(wu)(wu)(wu)泥(ni)濃(nong)(nong)度(du)(du)(du)、溫(wen)度(du)(du)(du)以及攪(jiao)拌速度(du)(du)(du)等因素(su)(su)的(de)(de)(de)函數，粘(zhan)度(du)(du)(du)越大，污(wu)(wu)(wu)泥(ni)對(dui)(dui)分(fen)子的(de)(de)(de)束縛力越大，干燥(zao)過程中(zhong)污(wu)(wu)(wu)泥(ni)表面越易結殼，水(shui)(shui)分(fen)遷(qian)移(yi)阻力越大，因此測定污(wu)(wu)(wu)泥(ni)含水(shui)(shui)率(lv)及其(qi)粘(zhan)度(du)(du)(du)顯(xian)得尤(you)為(wei)重(zhong)要(yao)。深圳(zhen)冠亞的科研人員針對(dui)此問(wen)題，推出的SFY-50污泥水(shui)分(fen)測定儀，可(ke)以快速的解決測水(shui)的問(wen)題(ti)。一(yi)下是一(yi)些(xie)實驗(yan)案例，給大(da)家(jia)參(can)考：
1.1實(shi)驗儀器及方法，
電(dian)熱鼓(gu)風干燥(zao)箱;電(dian)子天平;數(shu)字式粘度計
1.2按照(zhao)國標CJ/T 221-2005所給(gei)的(de)(de)方法(fa)對(dui)成都市的(de)(de)生(sheng)活污(wu)泥(ni)進行測定，前后三批污(wu)泥(ni)樣品(pin)的(de)(de)含水率穩(wen)定在75%左右。
采用數字粘(zhan)度(du)計測定污(wu)泥的(de)(de)(de)粘(zhan)度(du)，考(kao)慮污(wu)泥的(de)(de)(de)溫(wen)度(du)、濃度(du)及轉(zhuan)子的(de)(de)(de)轉(zhuan)速對污(wu)泥的(de)(de)(de)粘(zhan)度(du)的(de)(de)(de)影響(xiang)，室(shi)溫(wen)下污(wu)泥粘(zhan)度(du)隨著轉(zhuan)子轉(zhuan)速及污(wu)泥濃度(du)的(de)(de)(de)變(bian)化規律。
2污泥中水分(fen)傳遞機理研究(jiu)（傳統(tong)法）
污泥(ni)中的水分(fen)傳遞受到空(kong)氣的溫(wen)度、風速及(ji)污泥(ni)的平鋪厚度的影(ying)響，實驗過(guo)程(cheng)中，在空(kong)氣靜止狀態下，考察不同的空(kong)氣溫(wen)度及(ji)污泥(ni)平鋪厚度對污泥(ni)中水分(fen)傳遞的影(ying)響。將一(yi)定厚度的平鋪的污泥(ni)作為主(zhu)體，取(qu)其中的一(yi)定體積大小(xiao)的污泥(ni)球為研(yan)究對象(xiang)，探討污泥(ni)球中的水分(fen)傳遞過(guo)程(cheng)。
2.1實驗儀器：電熱鼓風干(gan)燥箱;
2.2實驗(yan)方案
將污(wu)泥樣品捏成規則的(de)直徑(jing)為(wei)5cm和7cm的(de)球體(ti)(ti)，在(zai)60℃、70℃、80℃、90℃的(de)烘(hong)箱內(nei)，烘(hong)干5～10h后，取(qu)(qu)出污(wu)泥球，分別同時取(qu)(qu)厚度為(wei)0.3cm、0.6cm、0.9cm的(de)殼(ke)體(ti)(ti)，稱(cheng)取(qu)(qu)質(zhi)量為(wei)m，放入烘(hong)箱內(nei)，于103～104℃進行干燥，取(qu)(qu)出冷卻至(zhi)室溫(wen)，稱(cheng)重(zhong)，反復多次，直至(zhi)恒重(zhong)為(wei)止(zhi)，此(ci)時稱(cheng)取(qu)(qu)質(zhi)量為(wei)m0。根據如(ru)下公式(shi)計算出所取(qu)(qu)殼(ke)體(ti)(ti)的(de)含水率(lv)W：
W=(m-m0)/m×100% 式(1)
3.1實驗儀(yi)(yi)器(qi)：深(shen)圳冠(guan)亞的SFY-50污泥水份測定儀(yi)(yi)
將污泥樣品取(qu)一(yi)部(bu)分(fen)倒入儀器，按(an)照烘箱(xiang)一(yi)樣的(de)條件測(ce)(ce)試，測(ce)(ce)試水分(fen)值結(jie)果基(ji)本吻合，但是測(ce)(ce)量時間大(da)(da)(da)大(da)(da)(da)的(de)縮短(duan)了(le)，有烘箱(xiang)法的(de)幾個小時縮短(duan)至(zhi)幾分(fen)鐘，大(da)(da)(da)大(da)(da)(da)的(de)提高了(le)污泥含水率的(de)檢測(ce)(ce)。
污(wu)泥(ni)球體在(zai)干(gan)燥的(de)過程(cheng)中(zhong)，表(biao)面會產生收縮(suo)，而且經驗性地認為縮(suo)芯(xin)界面的(de)含(han)水率為污(wu)泥(ni)含(han)水率的(de)0.68倍，即51.99%。認為污(wu)泥(ni)的(de)含(han)水率隨著殼(ke)體厚(hou)度呈線性變化(hua)，根據內插法，計算得到(dao)縮(suo)芯(xin)界面處殼(ke)體厚(hou)度分別為：
由上表可以大(da)致看出：在污泥球(qiu)(qiu)體的(de)(de)(de)直徑相(xiang)(xiang)對恒定的(de)(de)(de)時候，污泥球(qiu)(qiu)體結殼的(de)(de)(de)殼體厚(hou)度(du)在60℃-90℃的(de)(de)(de)范圍內，呈現(xian)(xian)出先增加(jia)大(da)后減小的(de)(de)(de)趨勢。這(zhe)個(ge)趨勢在污泥球(qiu)(qiu)體直徑偏大(da)的(de)(de)(de)時候體現(xian)(xian)得比較(jiao)明顯，在80℃時結殼厚(hou)度(du)達(da)到zui大(da)值，這(zhe)可能(neng)是在相(xiang)(xiang)對較(jiao)低(di)溫(wen)度(du)(60℃)條件下(xia)，污泥內部水分(fen)傳遞到干化(hua)(hua)界面(mian)的(de)(de)(de)速(su)(su)率略小于污泥表面(mian)水蒸(zheng)發的(de)(de)(de)速(su)(su)率，污泥中的(de)(de)(de)水分(fen)緩(huan)(huan)緩(huan)(huan)到達(da)界面(mian)得以脫(tuo)除，污泥表面(mian)結殼厚(hou)度(du)相(xiang)(xiang)對較(jiao)小;而在高溫(wen)(90℃)條件下(xia)，球(qiu)(qiu)體表面(mian)迅速(su)(su)形(xing)成堅(jian)實的(de)(de)(de)外殼，殼內水分(fen)汽化(hua)(hua)速(su)(su)度(du)大(da)，殼內外溫(wen)差較(jiao)80℃時大(da)，沖破污泥表層(ceng)殼體，形(xing)成不規則的(de)(de)(de)有一定深度(du)的(de)(de)(de)裂縫，裂縫的(de)(de)(de)出現(xian)(xian)使污泥干燥(zao)面(mian)積增加(jia)，形(xing)成新的(de)(de)(de)固(gu)氣接觸面(mian)，從而使殼體覆蓋下(xia)的(de)(de)(de)球(qiu)(qiu)體內部污泥中的(de)(de)(de)水分(fen)得以脫(tuo)除，一定程度(du)上避免了殼體向污泥球(qiu)(qiu)徑向方向發展，降低(di)了殼體的(de)(de)(de)厚(hou)度(du)。
溫度恒(heng)定(ding)的(de)條件下，直徑為7cm的(de)球體在60℃-90℃的(de)范圍內，結殼的(de)厚(hou)度比(bi)直徑為5cm的(de)球體偏大，可見球體直徑對結殼的(de)厚(hou)度有重要影響，這(zhe)點告訴我們(men)，為了使污(wu)泥地脫水，有必(bi)要降(jiang)低污(wu)泥餅的(de)實際厚(hou)度，以提高污(wu)泥的(de)脫水效率(lv)，降(jiang)低干化(hua)過程中的(de)能耗。
3結論(lun)
一定(ding)溫(wen)(wen)度下，當水(shui)分(fen)(fen)由(you)(you)(you)污(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)主(zhu)(zhu)(zhu)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)傳(chuan)(chuan)向(xiang)污(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)表面(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)速(su)率(lv)(lv)大于等(deng)于水(shui)分(fen)(fen)在(zai)污(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)表面(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)蒸(zheng)(zheng)發(fa)速(su)率(lv)(lv)時(shi)(shi)，即污(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)表面(mian)(mian)(mian)(mian)處(chu)于充(chong)分(fen)(fen)潤濕時(shi)(shi)，污(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)中(zhong)的(de)水(shui)分(fen)(fen)由(you)(you)(you)污(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)主(zhu)(zhu)(zhu)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)傳(chuan)(chuan)遞到(dao)大氣(qi)(qi)主(zhu)(zhu)(zhu)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)經(jing)歷了三個過程(cheng)：(1)水(shui)分(fen)(fen)由(you)(you)(you)污(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)主(zhu)(zhu)(zhu)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)擴(kuo)(kuo)散(san)(san)到(dao)污(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)表面(mian)(mian)(mian)(mian);(2)水(shui)分(fen)(fen)在(zai)污(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)表面(mian)(mian)(mian)(mian)氣(qi)(qi)化(hua)，形(xing)(xing)成(cheng)一層氣(qi)(qi)膜，傳(chuan)(chuan)質阻力(li)主(zhu)(zhu)(zhu)要集(ji)中(zhong)在(zai)氣(qi)(qi)膜內;(3)水(shui)蒸(zheng)(zheng)氣(qi)(qi)由(you)(you)(you)氣(qi)(qi)膜擴(kuo)(kuo)散(san)(san)到(dao)大氣(qi)(qi)主(zhu)(zhu)(zhu)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)。水(shui)分(fen)(fen)由(you)(you)(you)污(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)主(zhu)(zhu)(zhu)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)傳(chuan)(chuan)向(xiang)污(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)表面(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)速(su)率(lv)(lv)小于水(shui)分(fen)(fen)在(zai)污(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)表面(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)蒸(zheng)(zheng)發(fa)速(su)率(lv)(lv)時(shi)(shi)，污(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)表面(mian)(mian)(mian)(mian)在(zai)外部(bu)(bu)熱(re)量(liang)作(zuo)(zuo)用下持續蒸(zheng)(zheng)發(fa)，形(xing)(xing)成(cheng)一層致密的(de)硬殼(ke)，并(bing)且(qie)隨著時(shi)(shi)間(jian)的(de)推移，殼(ke)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)厚度增大。殼(ke)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)作(zuo)(zuo)為熱(re)導體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)，污(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)主(zhu)(zhu)(zhu)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)和外部(bu)(bu)環境(jing)溫(wen)(wen)差作(zuo)(zuo)為傳(chuan)(chuan)熱(re)推動力(li)，將(jiang)熱(re)量(liang)*地(di)沿徑向(xiang)方(fang)向(xiang)向(xiang)污(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)球球心(xin)處(chu)傳(chuan)(chuan)遞，污(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)主(zhu)(zhu)(zhu)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)水(shui)分(fen)(fen)在(zai)球體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)內部(bu)(bu)氣(qi)(qi)化(hua)，沖破殼(ke)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)束縛，直接向(xiang)氣(qi)(qi)相主(zhu)(zhu)(zhu)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)擴(kuo)(kuo)散(san)(san)。與此同時(shi)(shi)，形(xing)(xing)成(cheng)新的(de)傳(chuan)(chuan)質界面(mian)(mian)(mian)(mian)，新形(xing)(xing)成(cheng)的(de)傳(chuan)(chuan)質界面(mian)(mian)(mian)(mian)處(chu)于潤濕狀態(tai)，水(shui)分(fen)(fen)傳(chuan)(chuan)遞重復(fu)(1)(2)(3)三個過程(cheng)，即傳(chuan)(chuan)質阻力(li)集(ji)中(zhong)在(zai)氣(qi)(qi)膜-殼(ke)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)-氣(qi)(qi)膜，如(ru)此循環往復(fu)，直至(zhi)污(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)內部(bu)(bu)水(shui)分(fen)(fen)全(quan)部(bu)(bu)蒸(zheng)(zheng)出或污(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)內部(bu)(bu)水(shui)分(fen)(fen)不足以沖破殼(ke)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)束縛，污(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)內部(bu)(bu)蒸(zheng)(zheng)汽壓強(qiang)與殼(ke)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)束縛力(li)達到(dao)平衡，而(er)固定(ding)在(zai)殼(ke)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)內。
