剩余污泥的处理和处置是目前废水处理行业中最具争议的环境问题之一。污水处理产生的过多污泥是由细菌生长、废水中惰性物质的形成和内源性残渣的积聚造成的。这篇文章着眼于一种创新的污水污泥干燥方法的发展,使用一个改进的太阳能温室。这篇论文发表在清洁技术.
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污水处理厂(WWTP)的污泥处理与显著的运营成本相关,运营成本根据工厂的地点以及废水和污泥处理单元使用的处理方法而有所不同。
最近的研究推动了旨在降低剩余污泥分配成本的创造性和具有成本效益的方法的发展。
太阳温室干燥系统是位于强太阳辐射气候区的中小型污水处理厂的有益替代方案,其目标是采用环境友好型操作和利用可再生能源。传统的太阳能温室使用太阳能产生的热水和温室效应提供的能源。
用于污泥干燥的动态温室由放置湿污泥的热水管道加热的不透水地板和产生温室效应的透明天花板(聚碳酸酯或玻璃)组成。
基于热对流假设的污泥干燥的静态太阳能温室还没有提出最好的研究人员的知识。鉴于此,目前的研究提出了通过独特的闭式静态太阳能温室装置进行污泥干燥获得的第一个发现。
太阳能温室的关键创新是使用强制通风系统,而不是在湿污泥下使用热水来干燥污泥,整个系统的运作使用了100%的绿色能源。
方法
一个0.97米长,0.64米宽的聚氯乙烯(PVC)罐被用来设计和建造一个中试规模的温室。
为了防止热量散失和传导热量向外传递,罐体侧壁用聚氨酯泡沫和等温毯密封。太阳能温室如图1所示。
图1所示。静态太阳能温室的示意图。图片来源:索伦蒂等,2022年
所有的研究,包括测定污泥湿度和干含量,以及总体和挥发性悬浮物含量,都是使用常规程序进行的。
计算了干燥曲线,确定了污泥的干燥动力学。该图描述了样品的干燥速率作为污泥剩余湿度的函数。干燥速率是通过从原始含水量中减去排水的累积体积来测量的,而污泥的残余湿度是通过从起始含水量中减去恒定的排水量来测量的。
结果与讨论
图2显示了研究期间在日光温室各地点测得的平均温度和最高太阳辐射随天气状况而变化的趋势。
图2。小麦状况,在不同点测量的平均温度的趋势(a)和最大日太阳照射的趋势(b)。图片来源:Sorrenti, et al., 2022
在前14天,天气晴朗或有些多云,然后在其余的研究时间里,天气基本上变得多云,第23天和24天出现了降雨。天气变量影响最大日入射太阳辐射(图2b)。
本研究考察了不同气流速率下的污泥层对污泥干燥过程的影响。图3描述了剩余湿度与在污泥层上吹出的气流速率之间的关系。
图3。实验过程中残余湿度和气流速率的变化趋势。图片来源:索伦蒂等,2022年
在前18天,干燥速率保持一致,导致日湿度损失约2.30%。从第19天开始,干燥速度急剧增加,导致湿度损失大大增加,每天接近4%。这表明,来自污泥层底部的气流速率对污泥干燥动力学和性能有影响。
测量了不同水平的排水曲线和污泥湿度,以提供有关污泥干燥过程和动力学的更深入的信息。图4显示了整个研究过程中产生的污泥干燥过程的各个阶段以及排水曲线的全面视图(图4a)和(图4b)。
图4。污泥干燥曲线(a);污泥干燥过程中几个阶段的详细视图(b)。图片来源:Sorrenti等,2022
图4a显示了早期研究中报道的废水污泥干燥过程的通常概况。
特别是,曲线的初始阶段以相当稳定的失水速率为标志,约为5 L/分钟,这与文献中所述的残余水的去除有关。在这一阶段中,大约8%的污泥基本水分被去除,这一阶段持续了大约3分钟(图4b)。
图5显示了传感器在9天操作期间在地表以下不同水平测量的污泥湿度趋势。
图5。污泥内不同水平的污泥湿度变化趋势。图片来源:索伦蒂等,2022年
VSS/TSS比值和污泥重量的起始值和结束值如图6所示。湿污泥的初始重量约为125公斤,挥发性悬浮固体含量为73%。
图6。VSS/TSS初始值和最终值以及污泥重量。图片来源:索伦蒂等,2022年
图7显示了试验结束时污泥的两张图像。
图7。实验结束时干燥污泥的图像。图片来源:索伦蒂等,2022年
这种污泥具有多孔结构,里面有很多空洞。这是由于在整个干燥过程中,不同直径的通道在污泥内部形成,允许水排出。
实验结束时,污泥的最终重量为1.67 kg,比开始时的污泥重量减少了近99%。
净现值(NPV)估计了20年的时间,以确定在改良太阳能温室中污泥干燥的经济可行性。
NPV的年值如表1所示。
表1。通过NPV进行的经济评估总结认为处理潜力为1000 kg/d。资料来源:Sorrenti,等, 2022
一年 |
初始资本成本 |
实际现金流量[欧元/年] |
NPV(欧元) |
0 |
欧元365200 .60 |
0欧元 |
欧元365200 .00 |
1 |
欧元66596 .49点 |
欧元298603 .51 |
2 |
欧元63425 .23 |
欧元235178 .28点 |
3. |
欧元60404 .98点 |
欧元174773 .30 |
4 |
欧元57528 .55 |
117244欧元 |
5 |
欧元54789 .10 |
欧元62455 .65点 |
6 |
欧元52180 .09点 |
欧元10275 .55 |
7 |
49695欧元 |
欧元39419 .77点 |
8 |
欧元47328 .88点 |
86748欧元点 |
9 |
欧元45075 .13 |
131欧元,23.78 |
10 |
42928欧元。 |
174752欧元的相关性 |
11 |
欧元40884 .47点 |
欧元215636 .94 |
12 |
欧元38937 .59 |
欧元254574 .53点 |
13 |
37083欧元。 |
欧元291657 .95 |
14 |
35317欧元54 |
欧元326975 .49点 |
15 |
33635欧元 |
360611欧元 |
16 |
32034欧元0。 |
欧元392645 .30 |
17 |
欧元30508 .62 |
欧元423153 .92点 |
18 |
欧元29055 .83点 |
452209欧元 |
19 |
欧元27672 .22 |
欧元479881 .96点 |
20. |
欧元26354 .49点 |
欧元506236 .46 |
结论
对重新设计的日光温室进行了污泥干燥效果评价。根据研究结果,在25天内,剩余湿度达到了5%左右。此外,在污泥床下引入热空气导致污泥稳定的同时影响。
干燥可实现高达99%的显著减重,从而降低污泥处理成本。太阳能温室是一种非常有吸引力的技术,用于小型污水处理厂的污泥干燥,因为它的投资成本低,能耗低(因为使用太阳能),并且易于维护。
此外,由于干固体含量高,总挥发性物质浓度低,新的处理方案,如用于能量回收的热处理,可能成为可行的。
需要进行更多的研究,以更好地了解干燥过程,并评估各种操作参数对干燥效率和过程动态的影响。
期刊引用:
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