污泥間接干燥過程的實驗研究

宋金鳳 郭宏偉

（東南大學能源與環境學院)

0 概述

污泥是污水處理后的產物，污泥中有較多的有機物，易腐、易發臭，還有病原菌和寄生蟲卵等有毒有害污染物，若不妥善處理，會形成嚴重的二次污染。污泥的處置方法很多，常用的方法有土地填埋、污泥焚燒、厭氧消化、生物堆肥、林地施用、污泥熱干燥處理及污泥低溫熱化學轉化制油等。由于污泥含水率高，在利用某些技術處置污泥時，往往需要降低污泥的含水率，所以污泥的熱干燥技術顯得尤為重要。

污泥干燥技術分為直接干燥和間接干燥。直接干燥是指污泥直接與干燥介質接觸，干燥時從污泥中蒸發的揮發分與干燥介質混合在一起，增加了干燥介質凈化處理的難度。間接干燥是以熱傳導為傳熱方式的干燥過程，污泥與干燥 （熱）介質不直接接觸，干燥（熱）介質不會受到污泥蒸發的揮發分的污染，因此干燥介質進一步凈化要容易得多。由于污泥黏度大，含水率高，呈膠狀結構，會影響到間接干燥過程及其傳熱系數，為此本文采用間接干燥機——楔形槳葉式干燥機進行實驗，研究了污泥的干燥過程，獲得了不同轉速下干燥過程的平均傳熱系數，以期為污泥楔形槳葉式干燥機的設計提供依據。

1 實驗流程及實驗方法

污泥間接干燥的實驗流程如圖1所示。由蒸汽發生器產生的蒸汽，進入到污泥干燥機——槳葉式干燥機的空心槳葉和干燥機外殼夾套內，與濕污泥間接接觸，實現污泥的干燥過程。濕污泥通過污泥加料機連續定量地送入污泥干燥機的入口，邊干燥，邊破碎，最后從干燥機的出口排出。

圖1 污泥間接干燥流程

槳葉式干燥機的主要傳熱面是焊接在兩根空心軸上的有許多對空心槳葉的熱軸表面。熱軸是空心槳葉干燥機的核心部件。葉片為楔形，對污泥有攪拌、擠壓、松弛作用。由于兩個相互嚙合的熱軸（見圖2）異向旋轉，所以對污泥有一定的清理作用，可以防止粘壁而影響傳熱效果。楔形空心葉片的兩塊扇形斜板的傾斜度相同、方向相反，對稱于軸線。葉片在干燥機內主要起攪拌和傳熱作用，不對污泥起輸送作用。在干燥過程中，污泥由入口向出口的移動主要是借助于設備安裝時的一定傾斜角和入口到出口固體料層厚度不同的聯合作用。

圖2 兩熱軸嚙合結構

此次實驗研究的設備及工藝的主要參數如下。

干燥機夾套外殼尺寸：1660 mm×400 mm;

干燥機內殼尺寸：1580 mm×318 mm;

干燥機進料口到出料口中心軸間距：1362 mm；

干燥機攪拌軸間距：128 mm;

干燥機攪拌葉片直徑：160 mm;

干燥機葉片與夾套間隙：15 mm;

干燥機夾套加熱面積：0.7 m2;

干燥機熱軸加熱面積：1.8 m2;

干燥機熱軸轉速：轉速是可調的，實驗選取的轉速分別為6 r/min、10 r/min和15 r/min；

蒸汽壓力：≤0.5 MPa；

污泥：某化纖廠生化污泥，含水率80%，實驗時將其含水率調制到40%以下。

2 實驗結果及分析

2.1 污泥的干燥過程

實驗時，測量了污泥在干燥機不同位置的溫度，并取出該位置的少量污泥樣品，采用 Sh10A型水分快速測定儀測出其相應的含水率。污泥在干燥機內不同位置的溫度及相應的含水率 （濕基含濕量）如圖3所示。

圖3 污泥在干燥機內不同位置的溫度和濕基含濕量

由圖3可以看出，污泥在干燥機內經歷了快速升溫階段、恒溫階段和升溫階段。在快速升溫階段，污泥的含水率變化很小，從33%降到29%，這和一般物料的干燥過程相類似，屬于干燥過程的預熱階段；在恒溫階段，污泥的含水率急劇降低，從29%降到15%，但此時污泥的溫度幾乎不變，說明污泥表面濕潤度高，污泥內部水分遷移到表面的速度大于表面水分蒸發速度，這屬于干燥過程的恒速階段；在最后的升溫階段，污泥表面水分幾乎蒸發完畢，而從內部遷移到表面的水分跟不上污泥表面水分蒸發的要求，所以污泥的溫度略有升高，此階段屬于降速干燥階段，降速干燥時污泥的含水率從15%降到了10%。此次實驗受制于干燥機的長度，污泥在降速干燥階段開始不久即被排出干燥機，否則污泥最后的含水率還會降低，污泥的溫度還會繼續上升。

圖3說明了污泥在槳葉式干燥機內干燥時，基本遵循了一般物料干燥過程的規律，依次表現出預熱階段、恒速干燥階段和降速干燥階段。

2.2 污泥間接干燥過程的傳熱系數

本文實驗研究了不同轉速下污泥干燥機的傳熱系數，獲得的數據如表1所示。

表1 不同轉速下污泥干燥過程的實驗結果

由表1可以看到，在其它條件不變時，隨著轉速的提高，污泥在干燥機內的停留時間有所減少。筆者認為，雖然在槳葉式干燥機中，空心槳葉的轉動只起到攪拌和換熱的作用，起不到輸送被干燥物料的作用，但是干燥機內被干燥物料的輸送與槳葉間物料料層的厚度有關。槳葉轉速的提高，有利于槳葉間料層厚度的增加，而厚度的增加有利于物料的輸送，使物料的停留時間相應地減少。

由表1還可以看到，在其它條件不變時，隨著轉速的提高，污泥干燥后的含水率、干燥機出口污泥溫度都有所下降。因為隨著轉速的提高，槳葉的攪拌作用得到加強，自清理槳葉表面附著的污泥速度加快，從而降低了導熱過程的熱阻，提高了熱量傳遞速率，最終使污泥干燥后的含水率、干燥機出口污泥溫度都得到了降低。

實驗結果表明，干燥機的平均傳熱系數隨著攪拌轉速的提高而增大，這是因為轉速的提高，增加了污泥的翻滾速度，強化了槳葉和污泥的傳熱過程，所以在干燥機進口溫度不變的前提下，干燥機出口污泥溫度降低了，提高了干燥過程中熱量的利用率，因此干燥機的平均傳熱系數隨著轉速的提高而增大。

3 結論

（1）污泥在間接干燥過程中，與一般物料一樣，存在著預熱階段、恒速干燥階段和降速干燥階段。

（2）通過實驗研究，得到了不同轉速下干燥過程的傳熱系數，且傳熱系數隨著攪拌轉速的提高而增大。