英语原文共 11 页
Developments in the Thermal Drying of Sewage Sludge
By P. LOWE, FRSC, MBIM (Fellow)*
摘要
水处理工业多年来一直采用热法处理干污泥。早期的技术是有效的，但它们对能源的利用不是那么有效。其他工业也面临这一问题，因此发展了更有效和更经济的热干技术。近年来，这一技术已被用于污水污泥干燥，一些公司专门为此设计了烘干机。商业和法律压力也把注意力集中在最终产品及其在农业、园艺、土地复垦、填埋、焚烧和作为燃料替代品的用途上。
本文综述了污泥干燥过程中所发生的变化，并对目前可用的污泥干燥技术进行了探讨。还包括了影响资本和运营成本以及产品选择的因素。
关键词:直接干燥机;能源;蒸发;间接干燥机;转鼓干燥机;污水污泥;污泥消化;热干燥;薄膜。
介绍
污泥热干燥技术在英国已经应用了几十年。早在1910年，Bradford公司就安装了Ruggles Cole旋转窑烘干机，这是早期工厂之一，1915年在Huddersfield又安装了一个旋转窑烘干机。几年后(1933年)，哈利法克斯自治市议会安装了一个斯科特带式干燥机，用于干燥滤饼。热烘干机也建于20世纪60年代末在切尔滕纳姆，博尔顿，霍斯福斯，惠顿与罗比(利物浦附近)，在此之前在莫登，西肯特和西Hertf~rdshirec~A)。这些工厂中至少有四家是围绕着阿特瑞克技术建造的，这导致了上世纪60年代末和70年代初在拉格比和德斯伯里安装了阿特瑞克工厂。1976年，新一代的转鼓干燥机在约克郡的哈利法克斯服役。然而，到20世纪70年代末，哈利法克斯和德斯伯里的干燥厂是英国仅存的两家仍在运行的干燥厂。由于气味问题，加上这种半干制产品的市场不断萎缩，哈利法克斯工厂被关闭了。德斯伯里的工厂继续供应大宗商品
但是，到20世纪80年代，污水污泥干燥技术已经不再具有成本效益，相比于污泥到陆地的路线。
发展转向欧洲大陆，在那里，以市政为基础的污水处理和处置运营商必须解决当地的问题。他们包住了这项技术的进一步发展，既可用于污泥焚烧前的预干燥，也可用于污泥干燥后生产袋装的，在某些情况下，还可销售的产品。
在1980年后期，韦塞克斯水公司发现污泥干燥在瑞士已经成功地进行了，因此，随着瑞士联合旋转滚筒工厂的建立，污泥干燥又重新引入英国。epromotionofthesystem重新唤起了人们对干燥技术的兴趣，将其作为一种可行的选择，以实现对一直存在的污泥问题的环境满意的解决方案(6)，一些水公司现在正在考虑将该过程作为其污泥战略管理计划的一部分。
干燥技术的所有者和他们的许可证持有人欢迎这种新的兴趣，但其中一些公司正在将现有技术(已成功应用于其他行业)转让给污泥。然而，只有少数几家公司具备污水污泥热处理的全面、可证明的经验，而且只有少数几家公司能声称专门为此目的设计了烘干机。这并不意味着其他设计不能安全转移，但开发一个成功的污水污泥干燥系统的努力不应被低估。
污泥性质及干燥工艺
污泥是一种由无机和有机物质与高比例的水结合而成的复合物。其中一些水被认为是自由水，可以通过沉降等低能系统从固体物质中分离出来。其余部分与固体馏分的结构相结合，或在固体馏分内部，需要化学或热能才能使其分离。通常，重力辅助系统(给定时间)可以使悬浮物固结，达到3-9%的干固体(DS)浓度。进一步的浓缩需要使用化学和机械能，以达到脱水状态在25-35%的DS，有时还要高一点。为了进一步降低水分含量，需要其他技术，其中最明显的是使用热量来驱赶水分。这种系统可以控制生产一系列的产品，从自热要求(焚烧的30-35% DS)到适合园艺市场的袋装产品的90-95%的目标。Coackley和Allo在Shenvood经典著作的基础上，对污泥干燥机理进行了早期研究。工作与污泥榛树林,Davyhulme和博尔顿他们表明,污水污泥没有遵循古典Shenvood干燥曲线定义的其他材料(图1)。使用Shenvood“临界水分”的概念,他们得出的结论是,污水污泥的水存在于以下状态:(i)免费或可泄油的水,第一临界含水量的限制;毛细含水率，即第一临界含水率与第二临界含水率之间的含水率;(iii)絮凝水或颗粒水，即以第二临界含水率以下的含水率表示的单个污泥颗粒内的水;(iv)化学结合水，即水分含量低于平衡水分含量的水。他们还得出结论，毛细水和絮凝水完全是通过蒸发除去的。
在20世纪80年代，Moller、Sato et at和Smollen的工作导致了对这些特性的重新定义:(a)游离水分，即在恒定干燥速率期间除去的水分;(b)间隙水分，即在干燥曲线的第一个下降速率期间被除去的水分，通常与污泥饼中毛细血管中的水分的去除有关;(c)表面水分，即干燥曲线第二次下降速率期间除去的水分，通常与固体颗粒表面吸附和粘附所保持的水分有关;(d)结合水，即干燥实验评价程序中未去除的水分，通常与固体颗粒的化学结合水有关。这些阶段如图2所示。为了改进临界点的确定技术，Smollen(l*)设计了一种实验室程序，利用低温真空干燥设备(在惰性氮气流中真空60 kPa，温度为30摄氏度测量实验室离心蛋糕的干燥特性。因此，在恒定的干燥条件下，他能够得到与时间相关的干燥曲线，此时污泥的临界含水率得到了更好的定义
正如污水污泥所期望的那样，这些临界点会从污泥变成污泥，从而形成一个对任何可能由脱水和干燥技术处理的污泥的重要特性进行了研究。虽然这项工作定义了污泥的临界含水量，但在这些点上发生的物理特性的变化才是干燥设备制造商感兴趣的。由于对污泥的非典型干燥特性认识不足，一些工作者得出结论，认为干燥技术可以简单地用于污泥的干燥。事实并非如此。Gunter etal描述了污泥在三个区域下通过薄膜干燥器时发生的这些变化。如图4所示，描述如下:(1)湿污泥区，污泥自由流动，容易扩散到热管上;(2)污泥呈糊状的粘性区;(3)颗粒区，污泥在自然条件下易碎，并能更自由地混合
Utvik等人强调污泥的剪切力随着干固含量的增加而大幅波动，并指出有必要提供足够强度的健壮植物来克服这些剪切力。干燥器中的停留时间、传热方法、操作温度、运输和混合系统都是制造商为适应这种困难材料而做出的反应。一种成熟的技术采用返混方法回收干燥的产品，并将其与脱水的蛋糕混合，其比例表示干燥机的入口与可处理的材料。根据污泥特性和干燥器的设计，通常这种混合物的含水量为50-65%。
基本传热机理
在理想条件下，蒸发1千克水需要2595 kJ(或0.72 kW)的能量。能源以热能的形式提供，利用矿物燃料、石油、天然气或(在某些情况下)燃烧干污泥产品。锅炉产生的热量被用于烘干机。有些设计采用了一种系统，允许燃烧过程中的热气体与经过干燥机的脱水蛋糕紧密混合。因此，产品随加热介质一起运输，随后必须与之分离。因此不需要将产品与加热介质分开。从蒸发的水产生的蒸汽被收集和传送到一个单独的排放流中，从而避免了加热介质的污染。这种干燥技术产生了间接干燥系统，例如薄膜干燥机和各种圆盘干燥机。为了最大限度地发挥两种传热方法的优点，可以将两种技术结合在一个干燥系统中，但这不可避免地会导致更复杂的操作系统和污泥通过一系列蒸发器，这些蒸发器一开始用蒸汽加热，然后在随后的阶段利用蒸发的水作为蒸汽进入下一阶段。这种热级联是为了提高整个过程的热效率而设计的。
排放管理系统
从上述通用描述中可以看出，直接干燥系统和间接干燥系统都适用。产生蒸汽排放物，可能造成气味滋扰;为了提高烟气质量，可以将化学处理和/或生物处理技术结合到fow板中。为了提高热效率，可以采用热交换器将气体释放到大气中之前的热量回收，再利用热量对燃烧空气进行预热。然而，这些开环系统(图5)现在被认为是存在的。无论是在控制排放方面都是不合适的。并在大气中提高系统的整体热效率。这些变化导致了半闭环和闭环系统的使用。在半闭环中，废气(含蒸发水)通过锅炉，在废气重新进入大气之前，对产生异味的微量有机物进行热破坏。在闭环系统中(图6)，蒸汽(通过冷凝器后)从排气再循环系统中抽离，抽离后的空气进入锅炉燃烧室作为废气排放。对于间接干燥器来说，问题就不那么严重了，因为间接干燥器会在单独的气流中产生大量被污染的蒸汽。在这些系统中，将蒸汽冷凝，然后将空气转移到燃烧室是正常的。再一次，非冷凝微量有机物的热破坏发生在cmission进入大气层之前。从废气中回收的热量被循环利用，以改善空气的能量平衡。
目前，污水干燥机不属于规定的程序，因此只适用于规划当局施加的控制，而不适用女王陛下的污染监察局。一旦工厂投入运作，地方当局会关注气味和噪音的滋扰，并须采取适当的消减技术。在微负压下操作所有的svstems，防止蒸汽逸散到环境中，已经成为一种习惯和实践。与焚烧不同的是，它不是标准的做法，以设定抽水标准或强制监测制度的气体排放作为一个常规的要求。最重要的控制将涉及到排气管的高度。
烘干机的分类
图7为不同干燥系统的基本布局。为了描述和评价污水污泥干燥机，可以将其分为:(a)直接干燥机、间接干燥机或组合式干燥机，以及(b)开式、半封闭或闭环排气系统。
直接干燥机对含25% DS至85-95% DS的污水泥饼干燥效果良好。三种系统是可取的，(1)flash烘干机，(2)旋转滚筒烘干机，(3)和带式烘干机。闪蒸干燥机依靠的是在高速旋转笼内的蛋糕粉的存在。的热气体。这一原理已成功地应用于在高湍流引起水的闪烁的Atritor drver中。干解体。产品离开机器与水蒸汽和分离在一个cvclone。然后气体和水通过洗涤器或泥炭床排到大气中。一些充满水的空气被回收回混合室，以回收部分余热，并在整个系统中保持低氧气氛。转筒干燥机是由范德生产的。布鲁克,在荷兰,瑞士的最新版本的联合工厂Avonmouth污水处理厂,在Avonmouth,脱水的蛋糕是第一个与以前干混合sludee确保drver饲料的组成是在干固体乐队为机器(DS通常50 - 65%)。然后旋转滚筒将蛋糕混合物输送到滚筒中，滚动产品和。将材料的外表面暴露于热气体中。这种运输和干燥作用产生颗粒状产品，然后通过cvclone从废气中分离出来，然后对产品进行机械分类。尺寸过大和过小的产品可以作为返混材料的一部分进行回收，而最终产品在装袋或散装处理之前储存在气冷筒仓中。闭环系统和稍微负的操作压力降低了气味释放的风险。带式干燥机可分为直接干燥机、半开放式干燥机和闭环干燥机。在这种技术nique脱水污泥是饲料上的穿孔。硼氮化不锈钢带，然后缓慢地通过一个封闭的外壳，通过热气体通过。在Sevar体系中，蛋糕首先形成蠕虫，以增加表面积，从而提高蒸发速率。
图7.干燥系统的类型
目前有大量的间接干燥机用于污水污泥的干燥，其中大部分为闭环系统。这些系统有两种一般类型:(1)单级系统在单一工艺阶段生产最终产品的系统;(2)两阶段工艺，通过使用两个不同的干燥单元串联而达到最终产品，每个阶段的设计目的是优化该特定阶段的传热。一般情况下，单级机组采用反混合技术来克服粘性阶段，而两级工艺的设计是为了避免与反混合有关的机械处理。单级、间接、闭环系统通常围绕接触式/盘式干燥器。这些例子包括Atlas、WaltherKvaerner Komline-Sanderson、Nara padda和Stord Rotodisc，后者在斯塔万格(挪威)有一个全面的工厂。离心后的蛋糕干燥至85%，在干燥后立即(同时仍然是热的)，污泥颗粒化，然后冷却后储存。回流系统将干燥后的污泥回流到桨叶式回流混合系统中，在进入干燥机之前将其与离心饼混合。蒸汽作为间接热载体，出口蒸汽通过热回收系统，排臭后释放到大气中。
以薄膜干燥机为一级单元，建立了两级系统。这是然后箔片由圆盘干燥机，类似于那些在单级系统中使用。薄膜烘干机的作用是将蛋糕饲料从25-30% DS增加到60-65% DS，然后将其送至第二阶段，不需要返混。Buss专门针对污水污泥应用对两阶段工艺进行了改进，并已投入大量的全面应用。在一个典型的例子中，离心、消化后的污泥以25% DS的速度通过水平tal薄膜干燥器，其中一层污泥薄膜分布在干燥器内壁。然后，一个巨大的rota将原料通过机器运送到中间的料斗中收集，然后送入第二阶段的Rovactor烘干机。然后，90%的DS产品以l吨为单位袋装，用于商业用途或更小的袋装，供家庭使用。焚烧厂采用薄膜干燥机和转盘式干燥机，将污泥干燥至30-40% DS，以保证自热燃烧。
如前所述，一些制造商已经寻求将传导干燥器和对流干燥器的优点结合成一个单一的系统。其中一个系统是由Vomm开发的高速薄膜干燥机，该涡轮干燥机在圆柱形壳体内装有高速旋转轴，在干燥机壁上产生薄膜。外壳使用热油系统加热，同时热气体通过drver。干污泥颗粒在cvclone中从水流中分离出来。
另一个吸引人的系统是Sulzer设计的，使用流化床技术。在最新的设计中，蛋糕被泵入烘干机，在气流中进行流化，通过间接加热补充热量进入床层，系统可以利用蒸汽、热油、天然气或热气体(直接)。一个典型的球形产品被生产出来，它的大小和形状可以通过一个“回接”系统来控制。Envirex开发了一种带式干燥器，该干燥器利用传导和对流干燥。污泥被送入一个不锈钢带，带在一个不锈钢锅上，当它通过外壳时，比例燃气燃烧器提供热气体，这些热气体在腔内循环，从而加热污泥。热也从锅转移到运动带，然后传导到污泥。该装置的设计使污泥能够在进入腔室的同时离开腔室，因此根据最终所需的含水率，提供了一个15-30分钟停留时间的双通结构。
工艺流程表
干燥不能孤立地考虑:它在一个集成的流程图中形成一个工艺阶段，旨在满足处理出口的要求。然而，干燥阶段的施胶量
资料编号：[5197]
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
