封閉倉式污泥動態(tài)生物干化的機理與應用研究.pdf

1、生物干化是在好氧發(fā)酵基礎上發(fā)展而來的一種經(jīng)濟、節(jié)能、環(huán)保的新型減量化技術(shù)，結(jié)合我國目前的經(jīng)濟實力和發(fā)展現(xiàn)狀，生物干化技術(shù)將越來越引起關(guān)注。本文在全面綜述當前國內(nèi)外污泥處理處置技術(shù)的基礎上，針對目前好氧堆肥的缺點提出了封閉倉式動態(tài)生物干化工藝。采用理論分析、數(shù)值模擬、中試試驗和工程應用相結(jié)合的方法，研究了不同回流比的條件下表征性因子與控制性因子的變化規(guī)律，提出最佳的工藝參數(shù)。運用動力學和傳質(zhì)傳熱理論分析污泥生物干化過程中的內(nèi)在機理和基本特

2、性。將研究成果應用到工程中進行檢驗，指導工程的設計和運行控制。完成的主要研究工作和成果總結(jié)如下:
　　1.本研究根據(jù)物料衡算、結(jié)構(gòu)形式、通風系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)的設計，搭建了專用的封閉式污泥生物干化試驗反應器，基于中試試驗裝置，研究了不同回流比對堆體溫度、含水率、堆體密重、C/N、熱值、比熱容等表征性因子的變化規(guī)律及差異。研究表明初始含水率在60％左右，C/N約為20∶1，回流比為40％是一種經(jīng)濟實用的初始運行條件，經(jīng)過13d的生物干化

3、后污泥含水率可從61.3％下降至38.7％。
　　2.通過試驗研究翻堆頻次和通風量兩個控制性因子對生物干化的影響，研究表明翻堆頻次的增加對整個過程中的堆體溫度影響較小，翻堆前初始溫度越高回溫時間越短，高溫期和降溫期的翻堆后回溫速率分別是升溫期的平均速率的6.31～12.13倍和2.84～3.72倍。1d翻堆一次可最大去除含水率為0.56％，去除水分的作用較為顯著。通風量過大或過小均對堆溫和含水率具有明顯的影響。在封閉條件下，翻堆頻

4、次為1d翻堆一次，升溫期、高溫期和降溫期的通風量為0.1、0.2和0.25 m3·min-1·m-3為最佳控制參數(shù)。
　　3.運用一級動力學模型對動態(tài)生物干化過程的有機質(zhì)降解進行了模擬，綜合考慮了溫度、翻堆、含水率、氧體積分數(shù)及自由空域?qū)到庀禂?shù)的影響，探索性將翻堆作用轉(zhuǎn)化為溫度校正因子對有機質(zhì)降解模型進行了修正，同時發(fā)現(xiàn)在動態(tài)發(fā)酵過程中由于翻堆作用，自由空域的校正因子系數(shù)可忽略，從而得出新型的適合污泥動態(tài)生物干化的有機質(zhì)降解模型

5、。經(jīng)與試驗值進行驗證，平均相對偏差為0.15％，模擬得出升溫期、高溫期和降溫期分別占總有機物降解量的3.23％、85.38％、11.39％，高溫期是有機質(zhì)降解的重要階段。
　　4.基于水分質(zhì)量平衡原理，建立由有機物產(chǎn)水量、通風除水量和翻堆除水量三部分組成的動態(tài)生物干化的水分質(zhì)量平衡模型。擬合得出整個污泥生物干化過程中，通風除水量與翻堆除水量分別占總除水量的86.99％和13.01％。通風除水量約為翻堆除水量3.14-8.26倍，說

6、明通風除水作用更為顯著。
　　5.考慮參數(shù)梯度對生物干化過程的動態(tài)影響，運用有限體積法推導出體積平均控制方程組，以工程條件為研究對象，建立了能夠描述溫度、水分和壓力隨時間和空間變化的生物干化數(shù)學模型，并以不同通風方式對水分濃度的影響進行了數(shù)值模擬，模擬得出采用通風20min、停20min的間歇通風方式對水分去除效果最佳，而結(jié)合工程應用可采用通風2h、停2h為宜。
　　6.根據(jù)研究結(jié)果提出工程應用的主要設計參數(shù)，在冬夏季環(huán)境下