污泥的脱水干燥

污泥的脱水、干燥的实验指导书

一、实验目的

（1）了解影响污泥脱水、干燥的主要因素；

（2）掌握污泥脱水、干燥的基本方法、原理和相关操作。

二、实验原理

1. 污泥脱水性能的评价指标

过滤比阻抗值和毛细吸水时间是被广泛用作衡量污泥脱水性能的两项指标。然而，这两项指标考虑的只是污泥的过滤性（有些污泥的过滤性虽好，但仍有大量的水残留在污泥中），因此，污泥脱水效果由其脱水速率和最终可脱水程度两方面决定，因此还需考察脱水后泥饼的含固率这项指标。为了直接反应污泥的离心性，可以用离心后上清液的体积、离心后上清液的浊度这两个指标来衡量污泥的脱水性能，但这两个指标目前还没有标准的测试方法。

2. 影响污泥脱水性的因素

影响污泥脱水性的因素很多，包括污泥水分的存在方式和污泥的絮体结构（粒径、密度和分析尺寸等）、ξ电势能、pH值以及污泥来源等。

污泥颗粒因富含水分，拥有巨大表面积和高度亲水性。结合水和固体颗粒之间存在着键结，活性较低，需借助机械力或化学反应才能除去。污泥粒径是衡量污泥脱水效果最重要的因素。一般来讲，细小污泥颗粒所占比例越大，脱水性能就越差。污泥密度是描述污泥品质与体积关系的参数。pH值对离心脱水的效率影响较大，不同和来源的污泥、组成成分不同，脱水性能也不同。

3. 干燥机理

3.1 水分-干固体的结合关系

水分与固体的结合关系式判断干燥难易以及决定干燥速度的关键。了解污泥中水分与干燥体的结合方式是研究干燥过程的基础。结合水，就是水附着在干物料上的状态。目前结合水分类的标准很多，性质和数量級，将结合水分为五类：化学结合水、吸附结合水、毛细管结合水、其中一种评价湿分和物料结合形式的方法就是测定结合能的数值，根据结合能的滲透结合水、自由水分。这是一种根

据结合能以自由水分的饱和蒸汽压与温度的关系为基础计算其他水分结合的自由能和释放热的计算方法，具有一定的客观分析依据。

3.2 干燥过程中污泥的物理变化和结构变化

随着干燥的进行，水分的流失，污泥本身的结构必然会存在一定的变化，包括硬度、黏度、热导、热容、热值、颗粒状态等物理性质以及一些化学性质的变化，在半固化粘性颗粒状态的污泥存在一个塑性界限，是干燥过程中水分最难去除的一个状态。

对于多孔固体干燥分四个阶段：第一阶段，水分在孔内充滿，空气穴逐渐代替了失去的水分；第二阶段，水分退到孔的腰部，水分可以沿着毛细管壁滲水，这一过程描述为液体参与的气相传质。进一步干燥时，液体全部蒸发，仅留下吸附水分在后面，气相无阻碍的扩散运动；最后就是解析吸附的一种。

3.3 干燥过程质热传递

干燥就是一个去处湿分的过程。存在热量的传质交换和水分的蒸发。通常把湿物料的干燥划分成两个过程，质交换和热交换。由此我们来分別考察在两个传质当中的外界影响和内部的变化。通过控制调整这些因素条件，使得外部与内部质热传递相适应，达到最佳的干燥强度，选择合适的工况。

外部质热传递主要是热量的传质和水分的吸收。针对污泥这种特殊物料的干燥，通常选用直接干燥或间接干燥。内部质热传递过程就是湿物料的干燥过程。普通化工工业上干燥通常分成三个阶段：物料预热期、恒速干燥阶段、降速干燥阶段。

三、实验设备与材料

污泥取自某河湖底泥。实验前测定污泥试样的pH值以及含水率。

药剂配制：硫酸配制成10%（质量分数）、氢氧化钠配制成30%（质量分数）、氢氧化钙10%（质量分数）、氧化钙10%（质量分数）；聚丙烯酰胺配制成1g/L。

主要仪器：离心脱水装置可选择低速离心机；酸度计；烘箱；电子天平

主要材料：量筒；烧杯；玻璃棒；胶头滴管

四、实验步骤

离心脱水实验：

1. 预处理：将100mL浓缩污泥加到250mL烧杯中，加定量的硫酸酸化，快

速搅拌30s，慢速搅拌2min，酸化时间5min；为了防止对设备的腐蚀，再加碱调pH值至6.0；再加PAM使污泥形成矾花，酸化剂絮凝反应均在烧杯中进行。

经预处理的污泥在1500r/min下离心2min（离心速度和离心时间可根据实际情况做适当调整）、倾倒上清液，取泥饼5-10g放入105℃烘箱烘12h以上，以确保水分完全蒸发，冷却后称重，得到污泥泥饼的含固率。

对于离心脱水实验，低转速1500r/min、短时间2min离心后泥饼用来评价离心脱水速率，用高转速3800r/min，长时间30min离心后泥饼含固率评价可脱水程度，结果记录在表1中。

五、实验结果

预处理对污泥离心脱水性能的影响

表1 不同加药方案脱水效果

六、实验结果讨论

（1）使用不同的碱进行pH值的调节对结果是否有影响？

（2）离心机的使用有哪些注意事项？