剩余污泥低温半干化过程的实验研究

马 剑

（天津泰达环保有限公司，天津 300350）

1 实验方法

为模拟低温半干化污泥过程，实验采用常用的电饼铛作为加热干燥设备。实验中污泥样品A取自天津经济技术开发区某污水处理厂，其成分如表1所示。2种污泥添加剂分别为有机添加剂M和无机添加剂N。实验过程中将污泥直接或与添加剂按照比例混合均匀并搅拌后摊成不同厚度的泥饼，放置在加热装置上加热干燥，干燥方式包括单面不搅拌加热、双面不搅拌加热以及双面搅拌加热过程等，待干燥至不同时间取出样品送入干燥箱测定含水率。

表1 污泥A成分测定分析 %

2 实验结果及分析

2.1 单面不搅拌干燥实验

为模拟圆盘式干燥器的干燥效果，本实验采用单面不搅拌干燥污泥的实验方法，将污泥与添加剂混合，摊成1、1.5、2 cm厚度的泥饼，用单面加热干化的方式干燥。图1是加入10%添加剂M的污泥A样品不同厚度单面加热干化温度变化曲线。干燥前泥饼含水率为75.26%，干燥30 min后，1、1.5、2 cm厚的泥饼的含水率分别为65.71%、69.45%、71.15%。可见，泥饼厚度对污泥干化速率影响较大，厚度小的泥饼干化速率快，泥饼越薄，泥饼表面温度相对越高，热量和水分的传递途径越短。实验表明单面不搅拌干燥时，泥饼厚度控制在1 cm左右为宜。

图1 加入10%添加剂M的污泥A单面加热干化温度变化曲线

图2 是加入不同比例添加剂N的污泥A样品在单面加热不搅拌、泥饼厚度1 cm时的干化温度变化曲线。可以看出，纯污泥A与加入10%添加剂N的污泥A样品的曲线较相似，均是从升温到4.5 min左右后，温度曲线变平滑，温度维持在65～66℃。而加入15%和20%添加剂N的2个样品的曲线较为相似，拐点均在4 min左右，平均温度分别为72.6℃和74.1℃。

图2 加入不同比例添加剂N的污泥A单面加热干化温度变化曲线

表2是几种样品干燥30 min后的含水率，可以看出，加入添加剂对污泥干化效果明显，在添加剂N的加入量为10%和15%时，对干化效果影响较小，但添加剂N的加入量为20%时，样品干化后含水率明显降低，达到50.77%，含水率降低18.36%。通过比较添加剂N和添加剂M对污泥A干化效果的影响可以看出，2种添加剂加入量均为10%时，干化效果差别不大。

表2 污泥A与不同比例添加剂单面加热干化后含水率变化 %

2.2 双面不搅拌干燥实验

通过双面不搅拌干燥污泥的实验方法，模拟多盘式干燥器的干燥过程，测试其干燥效果。图3是污泥A、污泥A加入5%添加剂N、污泥A加入5%添加剂M双面不搅拌加热时的含水率变化曲线，3个样品的初始含水率分别为81.10%、78.42%、78.83%，每隔5 min取出部分样品检测含水率，对比样品含水率的变化。由图3可以看出，干燥过程在0～20 min时，加入添加剂N和添加剂M对污泥干燥效果影响不明显；干燥过程在20～50 min时，加入5%添加剂M的污泥样品含水率降低明显；3个样品干燥50 min后，最终含水率分别降到56.58%、54.98%、48.06%，比初始含水率分别降低了24.52%、23.44%、31.74%。可见，添加剂M对污泥干燥改善效果明显，而添加剂N效果较差。

图3 加入不同添加剂污泥A双面不搅拌干化曲线

图4 是污泥A样品在单、双面不搅拌加热时的含水率变化曲线。实验采取2种不同方式对含水率80.43%的污泥A样品进行加热，每隔5 min取出部分样品检测含水率，对比样品含水率的变化。由图4可以看出，在干燥10 min时，2个样品含水率之差约为10%，随着干燥时间的变化，基本维持不变，在干燥40 min时，2个样品含水率分别为65.14%、49.73%。

图4 污泥A单、双面干化曲线比较

2.3 双面搅拌干燥实验

实验利用双面搅拌干燥污泥的方法，模拟空心桨叶干燥器的干燥过程，测试其干燥效果。图5是污泥A、污泥A加入5%添加剂N、污泥A加入5%添加剂M双面搅拌加热的含水率变化曲线，3个样品的初始含水率分别为81.10%、78.42%、78.83%，每隔2 min搅拌1次，每隔5 min取出部分样品检测含水率。从图5可以发现，在干燥0～20 min时，加入添加剂N和添加剂M对污泥干燥效果影响不明显；在干燥20～40 min时，加入添加剂的2个污泥样品含水率急剧下降；在干燥40 min时，3个样品的最终含水率分别为49.73%、17.14%、21.40%，比初始含水率分别降低了31.37%、 61.28%、57.44%。由此可见，搅拌破碎对剩余污泥的半干化过程有明显改善效果，空心桨叶干燥方式相对最为适合污泥的低温半干化过程。尤其是在加入添加剂的情况下，在干燥时间为32 min之前，添加剂M的干燥效果好于添加剂N，但之后恰好相反。

图5 加入不同添加剂污泥A双面搅拌干化曲线

图6 是加入5%添加剂N的污泥A样品双面搅拌加热干燥效果示意。由于污泥具有高含水率、高孔隙率的特性，在干化过程中有较大变形，因此其干化特性比通常固定骨架的多孔介质复杂，污泥干化过程中由于收缩和开裂的共同作用，使污泥存在急剧变形。从图6可以看出，在0～15 min样品主要为粘在一起的膏状物，20～30 min主要为分散的弹性块状物，35～40 min主要为脆性颗粒物。

图6 加入5%添加剂N的污泥A双面搅拌加热干燥效果示意

图7 是加入5%添加剂N和加入10%添加剂N的污泥A样品在双面搅拌加热时含水率变化曲线，2个样品的初始含水率分别为78.42%、77.94%，每隔2 min搅拌1次，每隔5 min取出部分样品检测含水率。由图7可以看出，在0～20 min的干燥过程中，添加剂掺量对干燥效果影响不明显；在20～35 min的干燥过程中，加入10%添加剂N的污泥A样品含水率下降明显；在干燥35 min时，2个样品的含水率分别为32.35%、22.56%，相差约10%，但干燥到40 min时，2个样品含水率又非常接近，可见添加剂加入量控制在5%左右即可。

图7 加入不同添加剂N的污泥A混合搅拌双面干化曲线

3 结论

1）由单面不搅拌干燥实验可以看出，采用圆盘干燥方式低温半干化污泥时，泥饼厚度越小干化速率越快，添加剂加入量在20%以上时，对污泥干化效果影响明显。

2）由双面不搅拌干燥实验可以看出，多盘干燥方式干燥效果明显好于圆盘干燥方式，此时，添加剂加入量控制在5%左右即可，且有机添加剂优于无机添加剂。

3）双面搅拌干燥实验结果显示，污泥样品由膏状物干化为脆性颗粒物，干燥效果较单、双面不搅拌干燥效果有大幅提高，因此空心桨叶干燥方式是相对最为适合污泥的低温半干化过程。