造纸污泥与污水污泥的表观干燥动力学研究.pdf

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1、第27卷第4期热能动力工程Vo1．27，No．42012年7月JOURNALOFENGINEERINGFORTHERMALENERGYANDPOWERJu1．，2012文章编号：1001—2060(2012)~一o494一o4造纸污泥与污水污泥的表观干燥动力学研究楼波，钱炜，武德智(华南理工大学电力学院广东省绿色能源技术重点实验室，广东广州510640)摘要：对污泥处理采用表观干燥动力学研究是具有重要的应用指导意义。通过对相同比表面积3．24cm／g的造纸污1实验装置及方法泥与污水污泥在4种不同的温度(30、70、102、13

2、0℃)条件下进行实验对比，并进行动力学方程拟合。结果表明：干燥速实验所用造纸污泥来源于广州某造纸厂污水处率常数k是污泥干燥动力学研究中一个重要参数，造纸污泥理中段污泥，污泥呈深灰色、柔软、有恶臭味；污水污的干燥速率常数比污水污泥的大；造纸污泥与污水污泥的活泥取自广州某污水处理厂，污泥呈褐色块状。实验化能分别为26．847和27．423kJ／mol，污水污泥的活化能比装置和污泥干燥实验系统如图1所示。实验操作流造纸污泥活化能稍大，这与污水污泥粘性较大有关。程为：用电子天平称量污泥样品，每种污泥在30、关键词：造纸污泥；污水污泥；

3、干燥动力学；活化能；干燥70、102和130℃4种温度中各提取4g，比表面积为速率3．24cm／g，然后设定干燥箱干燥温度，打开计算机中图分类号：TU992．3文献标识码：A设定数据采集程序的初始参数，待干燥箱温度达到设定值之后放入样品，并启动数据采集程序采集污引言泥失重数据。污泥在现有燃煤锅炉或者垃圾炉中焚烧处理是目前较有前景的方式之一。文献[1]对污水污泥和造纸污泥干燥特性做了对比试验研究，认为相同温度下的造纸污泥百分失水速率均比污水污泥的百分失水速率约大0．01％／s。刘凯等人通过造纸污泥薄层干燥实验，考察了温度对造纸污

4、泥干燥特性的影响，引入薄层干燥模型对污泥干燥动力过程进行模拟，结果表明泥层越薄图1污泥干燥实验装置和干燥温度越高，污泥的干燥速率越快J。李爱民Fig．1Sludgedryingtestdevice等人利用热重差热分析仪对污水污泥干燥过程中的质量、失重率，含水率和热量随温度和加热时间的变化特性进行研究，结果显示不同样品在同一升温速2干燥动力学分析及实验结果率下，失重率、含水率和热量等曲线变化趋势基本相同，但升温速率对干燥过程有明显影响。为研究污泥表观干燥动力学，引用定温热分析本研究主要针对造纸污泥与污水污泥的表观干动力学方法来分

5、析污泥的干燥失重曲线J。干燥燥动力学进行实验研究，引用定温热分析动力学方率的物理意义为污泥在任意时刻已失水分的质量与法来分析污泥J，研究污泥干燥失重曲线及污泥偏总失水质量的比值，即：差活化能等干燥动力特性。n=(一Wi)／(W1一)(1)式中：一干燥污泥的初始质量，kg；一干燥至i收稿日期：2011—08一O1；修订日期：2011—10—24基金项目：广州市应用基础研究专项基金资助项目(7421154389972)作者简介：楼波(1965一)，男，浙江义乌人，华南理工大学副教授，博士第4期楼波，等：造纸污泥与污水污泥的表观干燥

6、动力学研究。495·时刻的污泥质量，kg；一污泥干燥结束时的质量，kg。引入化学反应动力学理论，把干燥过程的水视霄为由扩散控制的反应产物则由质量作用定律和Ar—籁陋割rhenius方程得：暴da／dt=Aexp(一E／RT)f(a)(2)~3Zg(。)=J。，根据定温热分析动力学时间t／rain理论，方程可转化为：(a)造纸污泥g(0)=IAexp(一E／RT)dt=kt(3)J0式中：A一频率因子；E一表观活化能，kJ／mol；R一摩尔气体常数，J／(tool·K)；一速率常数；一时间，籁闭min；卜干燥箱内的环境空气温度，

7、K。剐暴采用微分法对式(2)两边取对数，得：ln[(da／dt)／f(a)]=lnA一()(4)Sestak给出了I厂(a)的一般形式』：时间t／rain八a)=a(1一a)[一In(1一a)](5)(b)污水污泥其中，指数m，n和P根据反应系统不同其反应机理图2污泥30℃时g(a)一t实验、拟合曲线组合不同。通过比较计算选择合适的表达式f(a)Fig．2Sludgeg(a)～ttest使．厂(a)与干燥时间t的线性相关性最好，并令：andfittingcurvesat30℃=I／T，Y=In[(da／dt)If(a)]则有：

8、Y=CX+b(6)式中：e=一E／R，b=lnA。其中活化能E=一cR。宵在某一温度下，对污泥恒温干燥得到干燥失重籁曲线图2一图5实验值，根据常用的固体反应的g隧尉(a)积分曲线方程来拟合干燥率a与时间t的关系。寒采用一级反应模型将导致确定的反应动力学参数存在较大的误差，因而