污泥的脱水、干燥的实验指导书

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1、实验一 污泥的脱水、干燥的实验指导书一、实验目的(1)污泥脱水实验目的:污泥处理过程中,会产生大量的污泥,其数量占处理水量的0.3%-0.5%(以 含水率为 97%计)。污泥脱水是污泥减量化中最为经济的一种方法,是污泥处理 工艺中的一个重要环节,其目的是去除污泥中的孔隙水和毛细水、降低了污泥的 含水率,为污泥的最终处置创造条件。本实验通过对活性污泥脱水,主要达到以下目的:1)了解影响污泥脱水的主要因素;2)掌握污泥脱水的基本方法和相关操作。(2)污泥干燥实验目的:热干化使污泥减容,且干化后污泥的臭味、病原物、黏度、不稳定等负面特 性得到显着改善而具有多种用途,如用作肥料、土壤改良剂、替代能源或

2、是转变 成油、气后再进一步提炼化工产品等。热干化成为污泥处理、处置重要的一步。通过污泥的干燥实验,主要达到以下目的:1)了解影响污泥干燥的主要因素;2)掌握污泥干燥的主要原理和相关操作。二、实验原理1. 污泥脱水性能的评价指标过滤比阻抗值和毛细吸水时间是被广泛用作衡量污泥脱水性能的两项指标。 然而,这两项指标考虑的只是污泥的过滤性(有些污泥的过滤性虽好,但仍有大 量的水残留在污泥中),因此,污泥脱水效果由其脱水速率和最终可脱水程度两 方面决定,因此还需考察脱水后泥饼的含固率这项指标。为了直接反应污泥的离 心性,可以用离心后上清液的体积、离心后上清液的浊度这两个指标来衡量污泥 的脱水性能,但这两

3、个指标目前还没有标准的测试方法。2. 影响污泥脱水性的因素影响污泥脱水性的因素很多,包括污泥水分的存在方式和污泥的絮体结构(粒径、密度和分析尺寸等)、E电势能、pH值以及污泥来源等。污泥颗粒因富含水分,拥有巨大表面积和高度亲水性。结合水和固体颗粒之 间存在着键结,活性较低,需借助机械力或化学反应才能除去。污泥粒径是衡量 污泥脱水效果最重要的因素。一般来讲,细小污泥颗粒所占比例越大,脱水性能 就越差。污泥密度是描述污泥品质与体积关系的参数。研究发现,pH值越低, 则离心脱水的效率较高。对于过滤脱水当 pH 值为 2.5 时,能得到含固率最高的 泥饼。不同和来源的污泥、组成成分不同,脱水性能也不同

4、。3. 污泥脱水处理新技术通过添加改性剂,在降低污泥含水量的同时,提高污泥的其他性能,从而便 于后期处理。添加矿化垃圾、粉煤灰和建筑垃圾等改性剂后,污泥含水率降低,同时污泥 持水性降低,抗压强度、抗剪强度、滲透性能、密实度和压缩性均有改善。改性 剂对污泥臭味的改善作用,粉煤灰的最好、矿化垃圾次之、建筑垃圾较差。要达 到改性后污泥的臭度降低到三家及以下,所需添加的粉煤灰、矿化垃圾、建筑垃 圾的最低比例分別为 3:10、 4:10、 7:10。综合比较,改性剂对污泥的抗压和抗剪 强度、滲透性能、压缩性和臭度等工程性质的改善情况,以粉煤灰的效果最好, 使用的最低比例最小,建筑垃圾次之,矿化垃圾最差。

5、4. 干燥机理4.1 水分-干固体的结合关系水分和固体的结合关系水分与固体的结合关系式判断干燥难易以及决定干燥速度的关键。了解污泥 中水分与干燥体的结合方式是研究干燥过程的基础。结合水,就是水附着在干物 料上的状态。目前结合水分类的标准很多,性质和数量級,将结合水分为五类: 化学结合水、吸附结合水、毛细管结合水、其中一种评价湿分和物料结合形式的 方法就是测定结合能的数值,根据结合能的滲透结合水、自由水分。这是一种根 据结合能以自由水分的饱和蒸汽压与温度的关系为基础计算其他水分结合的自 由能和释放热的计算方法,具有一定的客观分析依据。4.2 干燥过程中污泥的物理变化和结构变化随着干燥的进行,水分

6、的流失,污泥本身的结构必然会存在一定的变化,包 括硬度、黏度、热导、热容、热值、颗粒状态等物理性质以及一些化学性质的变 化,在半固化粘性颗粒状态的污泥存在一个塑性界限,是干燥过程中水分最难去 除的一个状态。对于多孔固体干燥分四个阶段:第一阶段,水分在孔内充滿,空气穴逐渐代 替了失去的水分;第二阶段,水分退到孔的腰部,水分可以沿着毛细管壁滲水, 这一过程描述为液体参与的气相传质。进一步干燥时,液体全部蒸发,仅留下吸 附水分在后面,气相无阻碍的扩散运动;最后就是解析吸附的一种。4.3 干燥过程质热传递 干燥就是一个去处湿分的过程。存在热量的传质交换和水分的蒸发。通常把 湿物料的干燥划分成两个过程,

7、质交换和热交换。由此我们来分別考察在两个传 质当中的外界影响和内部的变化。通过控制调整这些因素条件,使得外部与内部 质热传递相适应,达到最佳的干燥强度,选择合适的工况。外部质热传递主要是热量的传质和水分的吸收。针对污泥这种特殊物料的干 燥,通常选用直接干燥或间接干燥。内部质热传递过程就是湿物料的干燥过程。 普通化工工业上干燥通常分成三个阶段:物料预热期、恒速干燥阶段、降速干燥 阶段。三、实验设备与材料污泥取自龙王嘴污水处理厂。实验前测定污泥试样的pH值以及含水率。酸处理药剂选用:硫酸,配制成 10%(质量分数)待用,调 pH 所用的碱是氢氧化钠、氢氧化钙、氧化钙。氢氧化钠配制成 30%(质量分

8、数)的溶液,氢氧化钙、氧化钙配制成 10%(质量分数)的溶液待用。有机絮凝剂为聚丙烯酰胺PAM,离子度40%,相对分子质量800万-900万。主要仪器:离心脱水装置可选择低速离心机;酸度计;烘箱;电子天平 主要材料:量筒;烧杯;玻璃棒;胶头滴管离心脱水实验:1. 预处理:将 100mL 浓缩污泥加到 250mL 烧杯中,加定量的硫酸酸化,快 速搅拌30s,慢速搅拌2min,酸化时间5min;为了防止对设备的腐蚀,再加碱 调 pH 值至 6.0;再加 PAM 使污泥形成矾花,酸化剂絮凝反应均在烧杯中进行。经预处理的污泥在1500r/min下离心2min(离心速度和离心时间可根据实际 情况做适当调

9、整)、倾倒上清液,取泥饼5-10g放入105烘箱烘12h以上,以确 保水分完全蒸发,冷却后称重,得到污泥泥饼的含固率。对于离心脱水实验,低转速1500r/min、短时间2min离心后泥饼用来评价离 心脱水速率,用高转速3800r/min,长时间30min离心后泥饼含固率评价可脱水 程度,结果记录在表 1 中。五、实验结果预处理对污泥离心脱水性能的影响表 1 不同加药方案脱水效果加药方案离心泥饼含水量/%1500r/min, 2min3800r/min, 30min空白只加 PAM 0.5%酸 8.5%、NaOH 碱调 pH 值 6.0, PAM 0.4%酸 8.5%、Ca(OH)2碱调 pH 值 6.0, PAM 0.4%酸 8.5%、CaO 碱调 pH 值 6.0, PAM 0.4%污泥特性污泥来源污泥pH值污泥容积密度含固率/%酸8.5%、最佳碱调pH值6.0, PAM 0.4%六、实验结果讨论(1) 使用不同的碱进行 pH 值的调节对结果是否有影响?(2) 离心机的使用有哪些注意事项?

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