超声波辅助热风对流条件下城市生活污泥薄层动力学特性的实验研究

作     者：孙国阳 

作者单位：北京交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈梅倩

授予年度：2017年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：城市生活污泥 超声波 热风对流 干燥动力学 添加剂 返混 

摘      要：科学合理地处置日益增长的城市生活污泥不但可以保护生态环境,而且在能源领域有着重要的发展意义。传统的热风对流干燥所需的巨大能耗在很大程度上阻碍了污泥干燥的广泛应用,超声波能够弥补传统热风对流干燥的不足,所以在污泥资源化利用方面具有很大价值。本文基于超声波辅助热风对流干燥实验系统对城市生活污泥干燥特性进行实验研究,探析热风温度、超声功率、频率、污泥添加剂及返混预处理等因素对污泥干燥特性的影响规律。基于实验研究和湿分迁移动力学理论,获得了一定风速下热风温度(70-130℃)、超声功率(0、30、90、150W)、超声频率(21、25、28kHz)对城市污泥干燥动力学特性的影响规律。结果表明:超声波功率和热风温度均对污泥干燥速率有着显著性影响(P0.05);超声频率为21kHz时干燥效果更好;与单一的热风对流干燥方式相比,三个超声功率(30、90、150W)的超声波辅助条件下,平均干燥速率分别提高了 22.6%、27.8%和32.2%,第一降速段的表观活化能分别从 14.21kJ/mol 降低到 13.52kJ/mol、12.80kJ/mol 和 12.78kJ/mol,第二降速段的表观活化能分别从 18.84kJ/mol 降低到 17.21kJ/mol、16.68kJ/mol 和 15.10kJ/mol;通过可视化实验,观测到超声波能够加剧污泥的形态变化(裂缝和收缩)。基于实验研究,还获得了一定风速下热风温度(70-130℃)、添加剂种类(生石灰、碳酸钠、碳酸氢钠)以及干污泥返混对城市污泥干燥动力学特性的影响规律。结果表明:生石灰、碳酸钠、碳酸氢钠以及干污泥返混均对污泥干燥速率有着显著性影响(P0.05);生石灰、碳酸钠、碳酸氢钠均对污泥热风对流干燥效果具有提升作用,相同添加比例(5%)下,平均干燥时间分别缩短了 1Omin、42min和47min,第一降速段表观活化能分别降低了 0.73kJ/mol、0.84kJ/mol和2.05kJ/mol,第二降速段表观活化能分别降低了 3.97kJ/mol、3.46kJ/mol和4.97kJ/mol;超声波对生石灰强化污泥干燥效果具有进一步的提升作用;干污泥的返混也有利于干燥过程,返混5%和10%干污泥平均干燥速率分别提高了 10.92%和18.98%。Midilli模型可以很好地描述超声波辅助热风对流干燥条件下污泥样品水分比随时间之间的关系,且对热风对流条件下添加剂污泥样品和干污泥返混污泥样品实验值和预测值的拟合程度也最好。