最新城市污泥特性及烘箱微波干化处理技术的对比与研究毕业doc.docx
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城市污泥特性及烘箱微波干化处理技术的对比与研究毕业....doc
摘要
污泥（包括市政污泥、河湖污泥、工业污泥等）作为环境治理的一大“顽疾”，事实上是导致我们水体生态环境恶化的元凶之一。
污泥作为污水处理的产物具有高污染、高毒性、不稳定等特点，特别是由于其界于泥水之间的不稳定性，如果处置不当，极易重新回到水体中，使系统治理“富复杂化”，产生严重的二次污染。
污泥已成为影响城市发展的重要环境问题之一。
污泥干化是解决污泥处置难题的关键所在。
污泥干化是利用热能将污泥中的水分快速蒸发去除的一种工艺技术，经过干化后的污泥性能得到改善，利用价值提高，为后续的处理创造了条件。
而在实验室中，微波、烘箱干化污泥的方法最为常见。
本文主要论述污泥在各种情况下用烘箱、微波及两者结合干化的结果及结论，以及对污泥特性（含水率、灰分、挥发分）的简单测试。
此次课题通过比较微波和烘箱干化，研究烘箱干化及微波干化对污泥含水率及干化速率曲线的影响。
此次试验得到的大致结论如下：
1、污泥特性：
含水率约为83.3%；灰分约为38.8%；挥发分约为46.2%。
2、烘箱干化：
110℃为本实验最佳烘箱温度；相同温度（110℃）下，1cm，2cm，3cm三种厚度的泥饼在整个干化过程中厚度为1cm的泥饼干化速率最大；相同温度和厚度下，2cm，2.5cm，3cm三种直径的泥饼在整个干化过程中厚度为2cm的泥饼干化速率最大。
3、微波干化：
480W为本实验最佳微波功率；功率相同的情况下，厚度越小，单位能耗越大；最佳微波功率（480W）时，直径相同时，1cm、2cm、3cm厚度中，3cm厚度的泥饼干化效果较好；最佳微波功率（480W）时，相同功率下，泥饼直径越大，干化速率越大；质量一定功率一定的情况下，柱状的干化速率最大。
4、微波烘箱结合：
在污泥厚度、直径、质量都相同的情况下，相对于全程烘箱和全程微波，先烘箱再微波结合或先微波后烘箱干化的能耗小，干化速率也较快。
关键词：
污泥特性烘箱干化微波干化烘箱微波结合干化速率
ABSTRACT
Sludge（includingmunicipalsludgeandindustrialsludge,sludge,etc.）asa"stubbornenvironmentalgovernance"，Infactistheresultofoneoftheculpritswewaterthedeteriorationoftheecologicalenvironment.Asaproductofthesewagetreatmentsludgewithhighpollution,hightoxicity,unstablecharacteristics,Especiallybecauseofinstabilityinitsfieldinthemud,Ifnotproperlyhandled,extremelyeasytoreturntothewater.Thesystemofgovernance"richcomplex",havetwotimesofseriouspollution.Sludgehasbecomeoneoftheimportantenvironmentalproblemsaffectingthedevelopmentofcity.Thesludgedryingisthekeytosolvetheproblemofsludgedisposal。
Sludgedryingistheuseofthermalenergywillbeatechnologyrapidevaporationofmoistureinthesludgeremoval,Afterthedrysludgepropertiesafterimproved,usingthevalueincrease,createdtheconditionsforthefollow-uptreatment.
Inthelaboratory,Themethodofmicrowave,ovendriedsludgeisthemostcommon.ThispapermainlydiscussesSludgecombineddryingresultsandconclusionwithoven,microwaveandtwoineachcase,Andthecharacteristicsofsludge（watercontent,ash,volatilematter）ofsimpletest.Thistopicthroughthecomparisonofmicrowaveandovendrying,Studyontheovendryingandmicrowavedryingeffectonsludgemoisturecontentanddryingratecurve.
Conclusionthistestareobtainedasfollows：
1、Thesludgecharacteristics:
moisturecontentofabout83.3%toabout38.8%;ash;volatilematterisabout46.2%.。
2、Ovendrying:
110℃forthebestoventemperature;thesametemperature（110℃）,1cm,2cm,3cmthreekindofthicknessofmudcakeinthewholestemthicknessintheprocessof1cmmudcookiesratemaximum;Thesametemperatureandthickness,2cm,2.5cm,3cmthreekindsofmudcakediameterinthewholestemthicknessintheprocessof2cmmudcookiesratemaximum.3、Microwavedrying:
480Wisthebestmicrowavepower;thesamepower,thethicknessissmall,theunitenergyconsumptionislarger;thebestmicrowavepower（480W）,diameteratthesametime,1cm,2cm,3cmthickness,3cmthicknessofthemudcookiesbettereffect;thebestmicrowavepower（480W）,underthesamepower,thebiggerthediameterofmudcake,thedryingrateishigh;qualityofcertainpower,columnardryingrate.4、Microwaveovenwith:
inthesludgethickness,diameter,qualityunderthesameconditions,relativetotheovenandmicrowaveovenandmicrowavecombinedwiththefirst,beforeoraftermicrowaveovendryingenergyconsumptionissmall,thedryingrateisfaster.
Keywords：
ThecharacteristicsofsludgeOvendryMicrowavedrying
MicrowavecombinationovenThedryingrate
前言1
1、所属领域的发展状况2
1.1国外趋势2
1.2我国现状2
1.3现实出路2
、3
2、研究技术路线3
3、污泥特性的研究4
3.1实验材料4
3.2实验仪器与设备4
3.3污泥基本特性的测定4
3.3.1含水率的测定4
3.3.2挥发分的测定4
3.3.3灰分的测定5
3.4结果与分析5
3.4.1含水率测定结果分析5
3.4.2挥发分和灰分测定结果分析5
4、烘箱干化6
4.1实验材料及设备6
4.2不同温度对污泥干化速率的影响6
4.2.1实验方法6
4.2.2实验结果6
4.2.3分析与结论7
4.3泥饼的厚度对污泥干化过程的影响8
4.3.1实验方法8
4.3.2实验结果8
4.3.3分析与结论9
4.4污泥饼的直径对污泥干化过程的影响9
4.4.1实验方法9
4.4.2实验结果10
4.4.3分析与结论11
5、微波干化11
5.1实验材料及设备11
5.2不同微波功率对污泥干化速率的影响11
5.2.1实验方法11
5.2.2实验结果11
5.2.3能耗比较21
5.2.4分析和结论22
5.3污泥饼的厚度对污泥干化过程的影响22
5.3.1实验方法22
5.3.2实验结果23
5.3.3分析和结论24
5.4污泥饼的直径对污泥干化过程的影响24
5.4.1实验方法24
5.4.2实验结果24
5.4.3结论与分析25
5.5污泥形状对干化速率的影响25
5.5.1实验方法25
5.5.2实验结果25
5.5.3分析和结论26
6、微波烘箱结合干化27
6.1实验材料及设备27
6.2先烘箱再微波结合干化实验27
6.2.1实验方法27
6.2.2实验结果27
6.2.3分析与结论29
6.3先微波再烘箱结合干化实验29
6.3.1实验方法29
6.3.2实验结果29
6.3.3分析和结论31
7、总结31
7.1污泥特性31
7.2烘箱干化31
7.2.1不同温度对污泥干化速率的影响31
7.2.2泥饼的厚度对污泥干化过程的影响31
7.2.3污泥饼的直径对污泥干化过程的影响31
7.3微波干化32
7.3.1不同微波功率对污泥干化速率的影响32
7.3.2污泥饼的厚度对污泥干化过程的影响32
7.3.3污泥饼的直径对污泥干化过程的影响32
7.3.4污泥形状对干化速率的影响32
7.4烘箱微波结合32
7.4.1先烘箱再微波结合干化32
7.4.2先微波再烘箱结合干化32
参考文献32
致谢33
前言
污泥作为污水处理的产物具有高污染、高毒性、不稳定等特点，特别是由于其界于泥水之间的不稳定性，如处置不当，极易重新回到水体中，使系统治理“富复杂化”，产生严重的二次污染。
污泥问题也成了污水处理业进一步发展进而生态环境进一步改善的“瓶颈”，试想，如果耗费巨资将污水处理达标，而污泥又从另一端将污水处理的成果化为乌有，这不很荒诞吗？
污水处理率再提高又有何意义呢？
因此，随着我国城市污水处理率的加速上升，如何科学、合理地治理污泥，已成为目前我国水体保护亟待解决的环境问题。
污泥处置方式主要有填埋、干化、焚烧和土地利用等。
污泥处置方式主要有填埋、干化、焚烧和土地利用等。
污泥的后续利用主要取决于含水率的高低，污泥含水率低于50%才适合进行焚烧，含水率低于60%才可以进行堆肥，城市污泥含水率较高，机械脱水后的含水率仍在80%以上，因此，污泥干化是解决污泥处置难题的关键所在。
污泥干化是利用热能将污泥中的水分快速蒸发去除的一种工艺技术，经过干化后的污泥性能得到改善，利用价值提高，为后续的处理创造了条件。
污泥干化处理意义如下：
1、污泥干化处理是保护健康协调的生态环境，保持资源与环境有序利用的需要；2、污泥干化是解决污泥处置难题的关键所在。
污泥干化是利用热能将污泥中的水分快速蒸发去除的一种工艺技术，经过干化后的污泥性能得到改善，利用价值提高，为后续的处理创造了条件；3、对污泥进行干化处理过程也是对污泥有害菌群、虫卵的灭菌过程，对环境生态具有重大意义。
在实验室中，微波、烘箱干化污泥的方法最为常见。
本文主要论述污泥在各种情况下用烘箱、微波及两者结合干化的结果、结论及对比，以及对污泥特性（含水率、灰分、挥发分）的简单测试。
此次课题通过比较微波和烘箱干化，研究烘箱干化及微波干化对污泥含水率及干化速率曲线的影响。
1、所属领域的发展状况
1.1国外趋势
西方先进国家的市政污泥处理至今已有几十年的历程，欧、美、日等国的市政污泥大致采取焚烧、农用及填埋（含海抛）三种方式。
随着西方各国处理技术的成熟及环保要求的加强，填埋越来越受限制，农用范围也逐渐受相关法规的约束，而焚烧（包括干化焚烧与直接焚烧）的比重越来越大，因此污泥处理总的趋势是向焚烧方向发展。
1.2我国现状
由于与西方发达国家的社会经济发展有几十年的差距，因此我国污泥处理也有20年左右的差距，这一方面可以让我们避免走西方国家污泥治理中的种种曲折历程，另一方面也可以让我们从中遴选少数几种适合国情的先进技术，直接“拿来”，为我所用。
应该说，我国近10年来污泥治理技术的应用和发展基本上沿用这种思路，经过国内众多科研院校、民营企业和有识之士几年来的探索和实践，在污泥处理问题上取得了一定的认识和积累，例如上海石洞口的污泥干化焚烧项目、常州与的污泥热电厂掺烧试验、北京清河污泥干化项目、重庆唐家坨污泥两段式干燥项目、深圳南山热电污泥带干项目，以及其他许多地方正在尝试的试验性或不成功的项目等。
由于对污泥认识上的差异或不足，导致很多污泥治理项目在技术出路的论证、确定及实施中出现了较大的偏差，至最终效果不理想，这也是上述众多项目目前难以作为我国污泥治理示范借鉴的原因。
必须突破目前我国污泥治理没有主流技术出路和主流工艺路线的窘状。
1.3现实出路
我国城市生活垃圾治理走过了从填埋到堆肥到最后焚烧的曲折的技术历程，当初甚至目前还有很多人将垃圾认作“放错地方的资源”，垃圾首先必须从对环境的威胁中将它遏止，“放错地方的资源”本身是个伪命题，当垃圾源源不断地大量产生（目前很多大中城市面临的现状）而又没有很好的解决方案时，唯一的办法就是“付之一炬”，但认识到这点环境代价很大。
与当初垃圾治理出路一样，目前污泥治理正经历着从填埋到堆肥到最后焚烧的出路论证，对大多数大中城市来说，最终最现实的出路是显而易见的，但希望这种论证时间越短越好，越短环境代价越小。
污泥首先必须“无害化减量化”，“资源化”只是顺带结果。
干化与焚烧是满足上述条件的必然途径，考虑经济对污泥进行适度干化然后作焚烧处置是下一阶段我国大多数大中城市污泥治理的主流出路。
与1988年深圳在我国首次成功实施垃圾焚烧项目一样，目前深圳已借鉴国内外先进技术与成功经验，面临现实确立了污泥干化焚烧的技术出路，正付诸实施，可望成为我国污泥治理的又一个成功典范。
、
2、研究技术路线
3、污泥特性的研究
3.1实验材料
试验用污泥取自武汉市汤逊湖污水处理厂。
武汉市汤逊湖污水处理厂设计规模为10万吨/日，一期工程日处理污水5万吨/日。
3.2实验仪器与设备
仪器名称及型号
生产厂家
电热鼓风干化箱ST368-1
武汉松涛分析仪器有限公司制造
微波炉G80F20CSL-B8（R0）
佛州市德顺区格兰仕微波炉电器有限公司
箱式电阻炉SX2-4-10
上海索谱仪器有限公司
分析天平
北京赛多利斯仪器系统有限公司
3.3污泥基本特性的测定
3.3.1含水率的测定
取两个新鲜污泥样品分别放置于两个洁净的并通过高温灼烧过的坩埚内，称重，放入恒温干化箱内，在105℃下烘干2h，取出后放在干化器内冷却0.5h，称重;再放入恒温干化箱内烘2h，再在干化器内冷却0.5h，称重，直至恒重，计算即得污泥含水率WC。
污泥含水率计算公式：
WC=M/（M+S）×100%
其中：
WC为污泥含水率，%
M为污泥中水分含量，g
S为污泥中总固体的重量，g
3.3.2挥发分的测定
将50mL瓷坩埚置于550±50℃的马弗炉中灼烧1h，稍冷却后取出于干化器中冷却至室温，称重记M1；称取一定量干污泥于恒重的坩埚中，称重质量为M2；将恒重的污泥在马弗炉中（550±50℃）中灼烧1h，待炉内温度降至200℃左右时取出，放入干化器中，冷却后称重为M3。
污泥挥发分含量α计算公式：
α％=（M2－M3）/（M2－M1）×100％
其中：
α为污泥挥发分含量
M1为恒重的坩埚质量，g
M2为瓷坩埚加干污泥的质量，g
M3为瓷坩埚加灼烧后污泥的质量，g
3.3.3灰分的测定
将50mL瓷坩埚置于550±50℃的马弗炉中灼烧1h，稍冷却后取出于干化器中冷却至室温，称重记G1；称取一定量干污泥于恒重的坩埚中，称重质量为G2；将恒重的污泥在马弗炉中,在马弗炉中30min内缓慢升温至500℃，然后在815±10℃中灼烧1h，待炉内温度降至200℃左右时取出，放入干化器中，冷却后称重为G3。
污泥挥分含量β计算公式：
β％=（G3－G1）/（G2－G1）×100％
其中：
α为污泥挥分含量
G1为恒重的坩埚质量，g
G2为瓷坩埚加干污泥的质量，g
G3为瓷坩埚加灼烧后污泥的质量，g
3.4结果与分析
3.4.1含水率测定结果分析
表3-1武汉市汤逊湖污水处理厂脱水污泥含水率测定
坩埚号
坩埚质量g
污泥+坩埚质量g
恒重后污泥+坩埚质量g
含水率
平均含水率
1
47
80.0
52.5
83.3%
83.3%
8
36.9
47.6
38.7
83.2%
由表可得，汤逊湖污水处理厂脱水污泥含水率约为83.3%。
3.4.2挥发分和灰分测定结果分析
表3-2武汉市汤逊湖污水处理厂脱水污泥挥发分和灰分测定
坩埚号
坩埚质量g
污泥+坩埚质量g
微波干化至恒重g
马弗炉灼烧至恒重g
灰分
挥发分
6
30.5
65.5
36.3
32.8
39.7%
60.3%
9
36.4
71.4
42.2
38.6
37.9%
62.1%
由表可得，汤逊湖污水处理厂脱水污泥的灰分约为38.8%，挥发分约为46.2%。
4、烘箱干化
4.1实验材料及设备
实验材料：
实验污泥取自于武汉市汤逊湖污水处理厂，脱水污泥呈褐色，含水率为83.3%。
实验器材：
坩埚，电子天平和烘箱。
4.2不同温度对污泥干化速率的影响
4.2.1实验方法
将新鲜脱水污泥做成12克湿污泥，直径2厘米，厚度2厘米，分别放入恒温80℃，110℃的烘箱中，每隔30分钟，同样放入130℃、150℃的烘箱中每隔20分钟，对污泥的重量进行测定，记录污泥的失重过程，根据干化速率公式：
干化速率[Kg水/（㎡·h）]=蒸发水分质量[Kg]÷污泥表面积[㎡]÷干化时间[h]计算出每个测量点的干化速率，根据记录的数据绘制在不同温度下泥饼干化速率的影响曲线图。
4.2.2实验结果
表4-1不同烘箱温度下污泥的含水率与干化速率的变化
温度80℃
温度110℃
温度130℃
时间/min
含水率/%
干化速率[Kg水/（Kg污泥·h）]
含水率/%
干化速率[Kg水/（Kg污泥·h）]
时间/min
含水率/%
干化速率[Kg水/（Kg污泥·h）]
0
83.3
0.000
83.3
0.000
0
83.3
0.000
30
82.1
0.200
81.2
0.367
20
81.9
0.300
60
79.8
0.200
78.1
0.267
40
79.0
0.300
90
77.2
0.217
73.7
0.300
60
75.9
0.267
120
74.5
0.217
68.1
0.250
80
71.4
0.217
150
71.6
0.150
60.2
0.200
100
65.7
0.200
180
68.2
0.117
50.8
0.133
120
58.6
0.150
210
64.1
0.100
39.0
0.083
140
49.6
0.117
240
59.2
0.117
24.4
0.050
160
39.2
0.050
270
53.9
0.100
12.2
0.000
180
25.7
0.050
300
48.6
0.050
2.8
0.000
200
13.7
0.470
330
41.9
0.067
1.0
0.000
220
4.6
0.000
360
34.0
0.050
1.0
0.000
240
4.6
0.000
390
26.8
0.033
1.0
温度80℃
时间/min
含水率/%
干化速率[Kg水/（Kg污泥·h）]
420
19.0
0.017
450
12.4
0.000
480
9.4
0.000
510
6.2
0.000
根据实验结果制出不同烘箱温度对污泥干化的速率变化的曲线图（图2-1）如下：
图4-1不同烘箱温度对干化速率的影响比较
4.2.3分析与结论
由图2-1可知，污泥干化过程基本分为三个阶段：
加速阶段、恒速阶段、和减速阶段。
由于污泥含水率高，随着温度升高自由水分含量大，表面自由水分很容易被蒸发，因此存在一个干化速度加快的阶段；之后污泥内外部温度相同，污泥表面水分蒸发速率几乎与内部水分向外部扩散的速率相同所以干化速率基本稳定；当含水率降低到一定时，外干化层变厚会阻碍水分向外扩散，污泥开始毛细水和吸附水的蒸发，因此干化速率减慢。
由干化速率曲线可得出：
结论：
在温度为80℃、110℃、130℃的情况下，烘箱温度为110℃时的干化速率最快。
故选择110℃为本实验最佳烘箱温度。
4.3泥饼的厚度对污泥干化过程的影响
4.3.1实验方法
将新鲜脱水污泥做成直径为3cm，厚度分别为1c
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