專利名稱：污泥干燥粘滯區(qū)的判別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種污水污泥干燥過程中粘滯區(qū)的判別方法。具體地說，本發(fā)明涉及一種利用傳熱式間歇污泥干燥過程中污泥攪拌裝置扭矩和污泥干燥速率的變化來判別粘滯區(qū)，并以污泥含水率來表征粘滯區(qū)范圍的方法。
背景技術(shù)：
污水處理廠產(chǎn)生的濃縮污泥含水率可高達99%，質(zhì)量和體積巨大，不利于運輸和處理處置，需降低其含水率。根據(jù)對污泥中水分分布特性的研究，可將污水污泥中的水分分為“自由水”、“間隙水”、“表面結(jié)合水”和“內(nèi)部結(jié)合水”。機械脫水只能去除污泥中的“自由水”，經(jīng)機械脫水后污泥的含水率仍有80%左右，質(zhì)量和體積仍比較大，為便于進一步的運輸、處理和處置，需要將污泥含水率降至更低。熱干燥技術(shù)是一種常用的進一步降低污泥含水率的技術(shù)，污泥熱干燥過程實際上就是通過對污泥進行加熱，蒸發(fā)其中水分的過程，污泥熱干燥過程需要不斷對污泥進行攪拌或翻動，使其表面不斷更新，以增大干燥速率。污泥熱干燥一般采用專門設(shè)計的污泥干燥機，以蒸汽或經(jīng)加熱的導(dǎo)熱油作為熱源，采用直接或間接的方式進行加熱，并輔以攪拌。污泥干燥速率對于污泥干燥機的設(shè)計至關(guān)重要，而污泥在熱干燥過程中的干燥速率并不是固定不變的，是根據(jù)污泥中水分分布特點，隨著污泥含水率的降低而不斷變化的。大量試驗表明，脫水污泥在熱干燥過程中，干燥速率會經(jīng)歷兩個下降區(qū)，同時污泥的形態(tài)經(jīng)歷“糊狀區(qū)”、“粘滯區(qū)”和“顆粒區(qū)”。當干燥過程進入粘滯區(qū)時，污泥會結(jié)成團，粘附在換熱面和攪拌裝置的表面，導(dǎo)致污泥團表面無法隨攪拌而更新，污泥中水分傳質(zhì)阻力增加，污泥干燥速率顯著下降。污泥粘附在攪拌裝置的表面，還會使攪拌裝置的阻力增加，從而增加了污泥干燥的能耗。由此可見，污泥干燥粘滯區(qū)對于污泥熱干燥過程是非常不利的。不同來源污泥在熱干燥過程中的粘滯性主要由污泥自身的特性決定，還與干燥過程中與污泥的溫度和含水率有關(guān)，一般采用“一定的加熱溫度下污泥的含水率范圍”來表征粘滯區(qū)，通常污泥干燥粘滯區(qū)含水率范圍在40% -70%。精確地判斷污泥干燥粘滯區(qū)可為傳熱式連續(xù)污泥干燥機的設(shè)計與制造提供重要依據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種污泥干燥粘滯區(qū)的判別方法， 以解決現(xiàn)有技術(shù)中，無法準確判斷傳熱式連續(xù)污泥干燥機中污泥干燥粘滯區(qū)的位置區(qū)間， 進而導(dǎo)致設(shè)置用于剝離熱軸或葉片上粘結(jié)污泥的機械部件時位置不準確、剝離效果不理想的問題。為解決技術(shù)問題，本發(fā)明的解決方案是提供一種污泥干燥粘滯區(qū)的判別方法，使用傳熱式間歇污泥干燥機對待測定污泥進行干燥，包括以下步驟(1)持續(xù)收集干燥過程中的水蒸氣冷凝液并進行稱重，獲得冷凝水質(zhì)量的實時數(shù)據(jù)；持續(xù)測量以獲取干燥過程中的污泥攪拌驅(qū)動裝置扭矩的實時數(shù)據(jù)；(2)根據(jù)公式(a)得到傳熱式間歇污泥干燥機中污泥的實時含水率根據(jù)公式(b)得到傳熱式間歇污泥干燥機中的實時污泥干燥速率(3)以污泥的實時含水率為橫坐標、以實時的污泥干燥速率為縱坐標，繪制污泥干燥速率曲線；同時，以污泥的實時含水率為橫坐標、以實時的扭矩值為副縱坐標，在污泥干燥速率曲線的基礎(chǔ)上繪制扭矩變化曲線；(4)根據(jù)上述兩條曲線的變化情況，確定待測定污泥的粘滯區(qū)的實時含水率數(shù)值范圍的起點和終點在該數(shù)值范圍的起點處，扭矩值隨含水率的下降，由平穩(wěn)趨勢轉(zhuǎn)變?yōu)榧彼偕仙厔莶⒊尸F(xiàn)一個拐點；而在該拐點對應(yīng)位置，污泥干燥速率隨含水率的下降，由迅速下降趨勢轉(zhuǎn)變?yōu)槠椒€(wěn)趨勢；在該數(shù)值范圍的終點處，扭矩值隨含水率的下降，由急速下降趨勢轉(zhuǎn)變?yōu)槠椒€(wěn)趨勢并呈現(xiàn)一個拐點；而在該拐點對應(yīng)位置，污泥干燥速率隨含水率的下降，由急速上升趨勢轉(zhuǎn)變?yōu)榧彼傧陆第厔莶⒊尸F(xiàn)一個拐點。作為進一步的發(fā)明目的，本發(fā)明還提供了前述方法的具體應(yīng)用方法，是在設(shè)計制造傳熱式連續(xù)污泥干燥機時，根據(jù)生產(chǎn)工藝條件和設(shè)備參數(shù)獲取連續(xù)污泥干燥機中污泥含水率分布數(shù)據(jù)；然后對應(yīng)已獲得待加工污泥的的粘滯區(qū)的實時含水率數(shù)值范圍，確定在連續(xù)污泥干燥機中的具體位置，并在該位置區(qū)間內(nèi)設(shè)置用于剝離螺桿或葉片上粘結(jié)污泥的機械部件。在污泥干燥過程中，隨著污泥含水率的逐步降低，污泥會始結(jié)塊并粘附在攪拌裝置(螺桿或葉片)的表面，污泥攪拌裝置在破碎污泥塊時阻力很大，污泥攪拌驅(qū)動裝置的扭矩也會在此時迅速增大。隨著干燥的繼續(xù)進行，污泥塊最終會完全破碎，污泥干燥進入顆粒區(qū)，此時污泥攪拌驅(qū)動裝置的扭矩會迅速降低，表示污泥干燥離開粘滯區(qū)。污泥攪拌驅(qū)動裝置的扭矩顯著增大時，污泥干燥速率也會顯著降低。上述現(xiàn)象體現(xiàn)在污泥干燥粘滯區(qū)判別曲線圖上即為污泥攪拌驅(qū)動裝置扭矩曲線向上凸起，污泥干燥速率曲線向下凹，由此即可判別污泥干燥的粘滯區(qū)。污泥干燥粘滯區(qū)判別曲線圖上污泥攪拌驅(qū)動裝置扭矩顯著增大、 污泥干燥速率顯著降低時，對應(yīng)的污泥含水率值即可用于表征污泥干燥粘滯區(qū)。在污泥干燥實際工程中，應(yīng)用的干燥機是連續(xù)進料運行的，污泥的含水率在干燥機內(nèi)沿運動方向不斷降低，污泥在機器中不同部位糊狀區(qū)、粘滯區(qū)、顆粒區(qū)同時存在。并且， 污泥在干燥機內(nèi)每一段部位的含水率都是可以由干燥機的生產(chǎn)工藝條件和設(shè)備參數(shù)通過計算得到的(該計算方法已是比較成熟的技術(shù)，本發(fā)明對此不再贅述)。在某種性質(zhì)均一的污泥的干燥過程中，其粘滯區(qū)的含水率范圍是基本保持恒定的，因而可以在干燥機上找到對應(yīng)的工藝位置。這樣就可以先使用小型間歇式干燥機確定污泥干燥粘滯區(qū)的含水率范圍，再在連續(xù)式干燥機中對應(yīng)污泥含水率范圍的污泥進入粘滯區(qū)的部位，設(shè)置用于剝離污泥塊的機械部件。這樣可以在干燥過程中，使污泥塊脫離換熱表面，并隨著攪拌而破碎， 使其螺桿或葉片的表面不斷得以更新，從而避免干燥速率的降低和攪拌裝置驅(qū)動功率的增加。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果在于為連續(xù)式污泥干燥機的設(shè)計制造提供依據(jù)，使得設(shè)備中剝離污泥機械部件的安裝部位更能適應(yīng)待加工污泥的含水率變化特性，準確地布置于污泥粘滯區(qū)。這樣可以幫助提高設(shè)備利用效率，避免無益的設(shè)備功率浪費，節(jié)約大量能源。


圖1是污泥干燥粘滯區(qū)判別裝置系統(tǒng)示意圖；圖2是污泥干燥速率曲線與攪拌裝置扭矩曲線。
具體實施例方式本發(fā)明中，使用傳熱式間歇污泥干燥系統(tǒng)實現(xiàn)污泥干燥粘滯區(qū)的判別。該過程中涉及待測定污泥的持續(xù)收集干燥過程中的水蒸氣冷凝液并進行稱重，獲得冷凝水質(zhì)量的實時數(shù)據(jù)；以及持續(xù)測量以獲取干燥過程中的污泥攪拌驅(qū)動裝置扭矩的實時數(shù)據(jù)。傳熱式間歇污泥干燥系統(tǒng)主要由間歇式污泥干燥機(以下簡稱污泥干燥機)、導(dǎo)熱油加熱和控溫系統(tǒng)、污泥攪拌驅(qū)動裝置扭矩測量系統(tǒng)、水蒸氣冷凝收集及稱重系統(tǒng)組成 (如圖1所示)。污泥干燥機主要由機殼1、兩根空心攪拌軸2和驅(qū)動裝置3組成。機殼外設(shè)夾套 4，夾套4內(nèi)安裝加熱棒5和熱電偶6并盛有導(dǎo)熱油7。兩根空心攪拌軸2上均安裝若干只空心楔形葉片8，兩根空心攪拌軸上的楔形葉片8可相互齒合，每個楔形葉片8均與空心攪拌軸2的內(nèi)部聯(lián)通。兩根空心攪拌軸2內(nèi)安裝加熱棒5和熱電偶6并盛有導(dǎo)熱油7，由于空心攪拌軸2和空心楔形葉片8內(nèi)部聯(lián)通，導(dǎo)熱油7可在其中自由流動。加熱棒5對導(dǎo)熱油 7進行加熱時，熱電偶6實時測量導(dǎo)熱油7的溫度，并將信號傳輸給控溫儀表9，控溫儀表9 根據(jù)溫度信號控制加熱棒5的開關(guān)，使導(dǎo)熱油7的溫度恒定于設(shè)定的溫度。驅(qū)動電機3與兩根攪拌軸2之間安裝扭距傳感器10，可實時測量并記錄電機3的扭矩。水蒸氣冷凝收集和稱重系統(tǒng)主要由真空泵13、冷凝器14和可實時記錄數(shù)據(jù)的電子天平15組成。間歇式污泥干燥機的上蓋11設(shè)進氣口 12和出氣口 13，用真空泵14經(jīng)冷凝器15抽取污泥干燥產(chǎn)生的水蒸氣，冷凝器15中通冷卻水16將水蒸汽冷凝、收集并由天平17在線記錄冷凝水18的質(zhì)量，根據(jù)收集到的冷凝水質(zhì)量可計算污泥干燥機中污泥的實時含水率。用傳熱式間歇污泥干燥系統(tǒng)對污泥進行干燥并判別污泥干燥粘滯區(qū)時，一般采用含水率80%的脫水污泥。間歇式污泥干燥機上的攪拌軸2和夾套4內(nèi)的加熱棒5對導(dǎo)熱油 7進行加熱。間歇式污泥干燥機內(nèi)的兩根空心攪拌軸2由電機3驅(qū)動，相向旋轉(zhuǎn)，攪拌軸上的楔形葉片8對污泥進行加熱和攪拌。間歇式污泥干燥機可將污泥干燥至含水率10%左
右o在污泥干燥期間，水蒸氣冷凝收集和稱重系統(tǒng)實時記錄冷凝水質(zhì)量的增加。干燥 結(jié)束后，可根據(jù)記錄的冷凝水質(zhì)量實時增加值數(shù)據(jù)，計算實時污泥干燥速率，并繪制污泥干 燥速率曲線圖，該曲線以污泥含水率為橫坐標，以污泥干燥速率為縱坐標。間歇式污泥干燥 機中污泥的實時含水率計算公式為
權(quán)利要求
1. 一種污泥干燥粘滯區(qū)的判別方法，使用傳熱式間歇污泥干燥機對待測定污泥進行干燥，其特征在于，該污泥干燥粘滯區(qū)的判別方法包括以下步驟(1)持續(xù)收集干燥過程中的水蒸氣冷凝液并進行稱重，獲得冷凝水質(zhì)量的實時數(shù)據(jù)； 持續(xù)測量并獲取干燥過程中的污泥攪拌驅(qū)動裝置扭矩的實時數(shù)據(jù)；(2)根據(jù)公式(a)得到傳熱式間歇污泥干燥機中污泥的實時含水率污泥含水率H2O kg-1 DS)污泥初始盾量χ污《Λ始含水率-冷凝水實時廣量pmmmwm χ μ —污泥初始含水軍)(a)根據(jù)公式(b)得到傳熱式間歇污泥干燥機中的實時污泥干燥速率.,、 冷凝水單位時間內(nèi)的質(zhì)量增加 ？干燥速率(iff H2O τη—=—干燥機內(nèi)換熱面積X時_ (b)(3)以污泥的實時含水率為橫坐標、以實時的污泥干燥速率為縱坐標，繪制污泥干燥速率曲線；同時，以污泥的實時含水率為橫坐標、以實時的扭矩值為副縱坐標，在污泥干燥速率曲線的基礎(chǔ)上繪制扭矩變化曲線；(4)根據(jù)上述兩條曲線的變化情況，確定待測定污泥的粘滯區(qū)的實時含水率數(shù)值范圍的起點和終點在該數(shù)值范圍的起點處，扭矩值隨含水率的下降，由平穩(wěn)趨勢轉(zhuǎn)變?yōu)榧彼偕仙厔莶⒊尸F(xiàn)一個拐點；而在該拐點對應(yīng)位置，污泥干燥速率隨含水率的下降，由迅速下降趨勢轉(zhuǎn)變?yōu)槠椒€(wěn)趨勢；在該數(shù)值范圍的終點處，扭矩值隨含水率的下降，由急速下降趨勢轉(zhuǎn)變?yōu)槠椒€(wěn)趨勢并呈現(xiàn)一個拐點；而在該拐點對應(yīng)位置，污泥干燥速率隨含水率的下降，由急速上升趨勢轉(zhuǎn)變?yōu)榧彼傧陆第厔莶⒊尸F(xiàn)一個拐點。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種污泥干燥粘滯區(qū)的判別方法的應(yīng)用方法，其特征在于，在設(shè)計制造傳熱式連續(xù)污泥干燥機時，根據(jù)生產(chǎn)工藝條件和設(shè)備參數(shù)獲取連續(xù)污泥干燥機中污泥含水率分布數(shù)據(jù)；然后對應(yīng)已獲得的待加工污泥的粘滯區(qū)的實時含水率數(shù)值范圍，確定在連續(xù)污泥干燥機中的具體位置，并在該位置區(qū)間內(nèi)設(shè)置用于剝離螺桿或葉片上粘結(jié)污泥的機械部件。
全文摘要
本發(fā)明涉及污泥干燥技術(shù)，旨在提供一種污泥干燥粘滯區(qū)的判別方法。該方法包括使用傳熱式間歇污泥干燥機對待測定污泥進行干燥，測量干燥過程中的水蒸氣冷凝液質(zhì)量和攪拌驅(qū)動裝置扭矩的實時數(shù)據(jù)，以獲取污泥的實時含水率和實時污泥干燥速率；然后繪制污泥干燥速率曲線和扭矩變化曲線，根據(jù)兩條曲線的變化情況確定待測定污泥的粘滯區(qū)的實時含水率數(shù)值范圍的起點和終點。本發(fā)明可為連續(xù)式污泥干燥機的設(shè)計制造提供依據(jù)，使得設(shè)備中剝離污泥機械部件的安裝部位更能適應(yīng)待加工污泥的含水率變化特性，準確地布置于污泥粘滯區(qū)。這樣可以幫助提高設(shè)備利用效率，避免無益的設(shè)備功率浪費，節(jié)約大量能源。
文檔編號G01N5/04GK102338726SQ201110183248
公開日2012年2月1日 申請日期2011年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月30日
發(fā)明者嚴建華, 倪明江, 岑可法, 李博, 李曉東, 池涌, 王飛, 蔣旭光, 金余其, 陸勝勇, 馬增益, 黃群星 申請人:浙江大學(xué)