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1污泥的組成
污泥的干物質(zhì)主要由有機物和無機物兩部分組成。有機部分主要來源于活性污泥中的微生物,除此以外還有大量的難以生化處理的有機物,但是含量減少。微生物主要組成是蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物,例如天津某污水處理廠污泥有機物中碳水化合物占49.27%;脂肪占10.29%,蛋白質(zhì)占40.14%。
2有機物的水解反應(yīng)
碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)在一定的條件下都可以水解:
碳水化合物 水→單糖(葡萄糖等)
脂肪 水→甘油 高級脂肪酸
蛋白質(zhì) 水→氨基酸
含氯化合物在強堿條件下也可發(fā)生水解,例如:
CH3CH2Cl H2O→CH3CH2OH HCl
此外,研究表明除了有機物的溶解,當(dāng)加熱到一定的溫度時,無機物中的部分物質(zhì)也會溶解在水溶液中。
3污泥碳化的反應(yīng)過程
(1)反應(yīng)過程描述;
污泥中的物質(zhì)大都是以微生物的形式存在,微生物的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜主要是由脂類和蛋白質(zhì)類物質(zhì)組成。加熱污泥時,當(dāng)達(dá)到合適的溫度時,組成細(xì)胞壁和細(xì)胞膜的脂類和蛋白質(zhì)水解,細(xì)胞開始破裂,細(xì)胞內(nèi)的有機物擴散到細(xì)胞外,水分也從細(xì)胞中脫離。此時,80%含水率的污泥開始轉(zhuǎn)變成液態(tài),污泥變成了泥水。
從細(xì)胞內(nèi)擴散到水中的有機物不是都可以溶解在水中的,只是一部分溶解,溶解的這部分有機物發(fā)生水解反應(yīng),如脂肪水解成甘油和脂肪酸;碳水化合物水解成小分子的多糖甚至單糖;蛋白質(zhì)水解成多肽、氨基酸。由于發(fā)生水解反應(yīng),溶解的有機物質(zhì)量減小,原來未溶解的有機物可以再溶解一部分。反應(yīng)時間越長,固體部分就越少。
(2)碳化后污泥性狀發(fā)生改變
由于有機物的溶解、水解,微生物的細(xì)胞結(jié)構(gòu)被破壞,污泥顆粒變小,結(jié)合水、毛細(xì)管水存在的條件不復(fù)存在,污泥的粘度變小,污泥流動性提高。 蛋白質(zhì),碳水化合物由高分子化合物變?yōu)樾》肿拥膯误w,分子量變小,這也有助于體系粘度的減小。
隨著污泥性狀發(fā)生改變,碳化后的泥水經(jīng)過常規(guī)脫水后,含水率可達(dá)到40%以下,并且,在一般堆放條件下,污泥極易風(fēng)干,污泥最終含水率可進(jìn)一步降低至10~20%。
(3)減少有害氣體的產(chǎn)生
高溫高壓下,氨基酸也可能發(fā)生降解反應(yīng),例如,蛋白質(zhì)水解生成的氨基酸會繼續(xù)反應(yīng)生成揮發(fā)性脂肪酸、CO2、NH3。
脂肪水解生成的脂肪酸和氨基酸反應(yīng)生成的脂肪酸可發(fā)生脫羧反應(yīng):
R-COOH→RH CO2
由于上述反應(yīng)的發(fā)生,污泥經(jīng)過處理后,會產(chǎn)生少量氣體,干物質(zhì)質(zhì)量會變小。反應(yīng)產(chǎn)生的氣體一般以CO2為主,占90%以上。
(4)有機氯代物的除去
在強堿條件下,污泥中含有的有機氯化物也發(fā)生水解,氯元素以離子狀態(tài)的形式存在水溶液中,可以隨上清液排出,減少了碳化物中氯的含量。
(5)碳化物熱值
由于原污泥干物質(zhì)中僅有少部分有機物溶解、發(fā)生水解反應(yīng),而產(chǎn)生的CO2不帶走能量,有機物得到保留,反應(yīng)得到碳化物有較高的熱值。
碳化后的污泥可直接焚燒,不需添加任何輔助添加燃料。且焚燒過程中,由于氯離子的減少,焚燒時不會產(chǎn)生二噁英,不會對大氣造成污染。
4溫度和壓力對污泥碳化的影響
有機物在水中的溶解度一般隨著溫度的升高而升高。因此溫度越高,細(xì)胞破裂得越污泥顆粒在水中的溶解度越大,從而細(xì)胞受到的破壞越大。例如170℃加熱30min,細(xì)胞的結(jié)構(gòu)就會受到破壞,污泥顆粒由原有較大的細(xì)胞變?yōu)檩^小的細(xì)胞;190℃加熱30min,污泥顆粒會變得更小。
碳化反應(yīng)的溫度越高,時間越長,產(chǎn)泥量越少。
經(jīng)過反復(fù)試驗,的反應(yīng)溫度是260℃。反應(yīng)時間是10~15min。
由于污泥濁碳化過程中,污泥始終處于高溫高壓下,沒有蒸發(fā)過程,因此比干化需要的能耗要低1/4~1/5。同時,由于碳化是在全密閉的條件下進(jìn)行裂解反應(yīng),極大限度地保留了污泥中的可利用成分。這也是碳化后的污泥為什么可以直接燃燒的主要原因。
污水廠泥區(qū)
裂解液
脫水泥餅