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1、附件四：武汉纺织大学毕业设计（论文）开题报告课题名称城市污泥特性及烘箱微波干化处理技术的对比与研究院系名称环境工程学院专 业环境工程班 级环境20901班学生姓名杨樊晖一、 课题的意义污泥（包括市政污泥、河湖污泥、工业污泥等）作为环境治理的一大“顽疾”，事实上是导致我们水体生态环境恶化的元凶之一。污泥作为污水处理的产物具有高污染、高毒性、不稳定等特点，特别是由于其界于泥水之间的不稳定性，如处置不当，极易重新回到水体中，使系统治理“富复杂化”，产生严重的二次污染。污泥问题也成了污水处理业进一步发展进而生态环境进一步改善的“瓶颈”，试想，如果耗费巨资将污水处理达标，而污泥又从另一端将污水处理的成果
2、化为乌有，这不很荒诞吗？污水处理率再提高又有何意义呢？因此，随着我国城市污水处理率的加速上升，如何科学、合理地治理污泥，已成为目前我国水体保护亟待解决的环境问题。污泥处置方式主要有填埋、干化、焚烧和土地利用等。污泥的后续利用主要取决于含水率的高低，污泥含水率低于50%才适合进行焚烧，含水率低于 60%才可以进行堆肥，城市污泥含水率较高，机械脱水后的含水率仍在 80%以上，因此，污泥干化是解决污泥处置难题的关键所在。污泥干化是利用热能将污泥中的水分快速蒸发去除的一种工艺技术， 经过干化后的污泥性能得到改善，利用价值提高，为后续的处理创造了条件。此次课题通过比较微波和烘箱干化，研究微波干化是否可以
3、提高干化速率，达到高效率的脱水的目的。微波干化是通过改变介质离子的迁移和偶极子的转动情况，使介质分子热运动加剧，相邻分子间产生摩擦作用，从而使分子获得能量，达到使受热物体升温的效果。微波干化有3个特点：瞬时性。加热均匀，热量从物质内部产生，不需要从表面传递到内部，热效率高，加热时间短，只需传统加热1/100到1/10的时间即可完成。选择性。不同物料由于其介电性质不同，在微波场中的受热特性差别很大。穿透性。电磁波能够穿透介质内部， 因此微波具有穿透能力强的特点。二、 所属领域的发展状况1、国外趋势西方先进国家的市政污泥处理至今已有几十年的历程，欧、美、日等国的市政污泥大致采取焚烧、农用及填埋（含
4、海抛）三种方式。随着西方各国处理技术的成熟及环保要求的加强，填埋越来越受限制，农用范围也逐渐受相关法规的约束，而焚烧（包括干化焚烧与直接焚烧）的比重越来越大，因此污泥处理总的趋势是向焚烧方向发展。2、我国现状由于与西方发达国家的社会经济发展有几十年的差距，因此我国污泥处理也有20年左右的差距，这一方面可以让我们避免走西方国家污泥治理中的种种曲折历程，另一方面也可以让我们从中遴选少数几种适合国情的先进技术，直接“拿来”，为我所用。应该说，我国近10年来污泥治理技术的应用和发展基本上沿用这种思路，经过国内众多科研院校、民营企业和有识之士几年来的探索和实践，在污泥处理问题上取得了一定的认识和积累，例
5、如上海石洞口的污泥干化焚烧项目、常州与 的污泥热电厂掺烧试验、北京清河污泥干化项目、重庆唐家坨污泥两段式干燥项目、深圳南山热电污泥带干项目，以及其他许多地方正在尝试的试验性或不成功的项目等。由于对污泥认识上的差异或不足，导致很多污泥治理项目在技术出路的论证、确定及实施过程中出现了较大的偏差，直至最终效果不理想，这也是上述众多项目目前难以作为我国污泥治理示范借鉴的原因。必须突破目前我国污泥治理没有主流技术出路和主流工艺路线的窘状。3、现实出路我国城市生活垃圾治理走过了从填埋到堆肥到最后焚烧的曲折的技术历程，当初甚至目前还有很多人将垃圾认作“放错地方的资源”，垃圾首先必须从对环境的威胁中将它遏止，
6、“放错地方的资源”本身是个伪命题，当垃圾源源不断地大量产生（目前很多大中城市面临的现状）而又没有很好的解决方案时，唯一的办法就是“付之一炬”，但认识到这点环境代价很大。与当初垃圾治理出路一样，目前污泥治理正经历着从填埋到堆肥到最后焚烧的出路论证，对大多数大中城市来说，最终最现实的出路是显而易见的，但是，希望这种论证时间越短越好，越短环境代价越小。污泥首先必须“无害化减量化”，“资源化”只是顺带的结果。干化与焚烧是满足上述条件的必然途径，考虑经济，对污泥进行适度干化然后作焚烧处置是下一阶段我国大多数大中城市污泥治理的主流出路。与1988年深圳在我国首次成功实施垃圾焚烧项目一样，目前深圳已经借鉴国
7、内外先进技术与成功经验，面临现实，确立了污泥干化焚烧的技术出路，正在付诸实施，可望成为我国污泥治理的又一个成功典范。三、 本课题的研究内容 污泥是一种高水分的多孔介质物质,含水量高,体积大,未经处理的污泥含水率高达 95以上的物质。要将污泥毛细管水和吸附水脱出,必须采用热干燥方法。污泥饼厚度越小,水分蒸发越快,干燥越明显。含水率降到60时,厚0.48cm的污泥饼比厚0.76cm的污泥饼少用43min ,收缩面积也较厚0.76 c m污泥饼大1倍。增大污泥饼的比表面积后,不但干燥速度快,而且收缩效果好,是污泥资源利用产品化的重要考虑因素之一 。 表面积增大0.5倍后,干燥180 m i n失重率
8、增加了 18。污泥干燥的外部条件虽然对干燥效果影响不大,但干燥时仍要综合考虑.环境温度低,水分迁移慢,完全干燥的时间长。 微波干燥脱水污泥的影响因素实验表明：微波功率420 W的条件下，对含水率为84.74的脱水污泥(50 g)进行干燥,10 min时含水率降至10.17，达到干化的要求：脱水污泥形状为方条状时干燥效果最好；各个功率都有一个最大干燥极限560 W时最大干燥量为200 g；微波功率越高，时间越长，当脱水污泥质量达到特定功率下的极限干燥量时，微波利用率最高。 微波干燥对脱水污泥性质影响的研究实验表明：微波560 W功率下，微生物4 min内先后发生皱壁、收缩、脱水和死亡的变化；微波
9、干燥使总氮(TN)含量由22.58 mgg减小并稳定在13.0 mg/g左右,总磷(TP)含量由1.24 mgg上升并稳定在165 mgg左右；挥发份和灰分相对应的减少和增加；微波对脱水污泥具有孔隙化作用，导致P元素含量分布上升，S元素含量分布下降，而重金属Zn、Cu、Mn含量分布上升，起到了固定有机物和重金属的作用，而且微波功率越高、时间越长，变化趋势越明显。适当控制微波时间和功率，可以确保脱水污泥的自身性质，提高脱水污泥资源化利用的价值。研究发现，泥饼厚度和直径对污泥干化实验也有着重要的影响。 综上所述，此次实验将考虑烘箱干化的影响因素有：泥饼厚度，泥团直径和干化温度；微波干化的影响因素有
10、：泥饼厚度，泥团直径，微波功率和干化时间。通过对不同影响因素设置对比实验最终来考虑烘箱和微波干化的综合作用。（1）污泥基本特性研究：含水率挥发分灰分PH值（2）城市污泥干化工艺研究：烘箱直接干化微波直接干化烘箱结合微波炉干化四、 研究技术路线污泥干化特性及工艺研究城市污泥干化工艺城市污泥基本特性烘箱结合微波炉干化微波直接干化烘箱直接干化PH值灰分挥发分含水率对比找出最佳条件干化时间不同功率设置不同泥饼厚度不同泥饼直径不同烘箱温度不同泥饼厚度不同泥饼直径不同五、研究步骤（1） 污泥基本特性的测定含水率 取三个新鲜污泥样品分别放置于三个洁净的并通过高温灼烧过的坩埚内，称重，放入恒温干化箱内，在10
11、5下烘干2h，取出后放在干化器内冷却0.5h，称重;再放入恒温干化箱内烘2h，再在干化器内冷却0.5h，称重，直至恒重，计算即得污泥含水率WC。 污泥含水率计算公式：WC=M/(M+S)100% 其中：WC为污泥含水率，% M为污泥中水分含量，g S为污泥中总固体的重量，g挥发分的测定 将50mL瓷坩埚置于55050的马弗炉中灼烧1h，稍冷却后取出于干化器中冷却至室温，称重记M1 ；称取一定量干污泥于恒重的坩埚中，称重质量为M2 ；将恒重的污泥在马弗炉中（55050）中灼烧1h，待炉内温度降至200左右时取出，放入干化器中，冷却后称重为M3 。 污泥挥发分含量计算公式：=（M2M3）/（M2
12、M1 ）100 其中： 为污泥挥发分含量 M1 为恒重的坩埚质量，g M2 为瓷坩埚加干污泥的质量，g M3 为瓷坩埚加灼烧后污泥的质量，g灰分的测量 将50mL瓷坩埚置于55050的马弗炉中灼烧1h，稍冷却后取出于干化器中冷却至室温，称重记G1 ；称取一定量干污泥于恒重的坩埚中，称重质量为G2 ；将恒重的污泥在马弗炉中,在马弗炉中30min内缓慢升温至500，然后在81510中灼烧1h，待炉内温度降至200左右时取出，放入干化器中，冷却后称重为G3 。 污泥挥分含量计算公式：=（G3G1）/（G2 G1 ）100 其中： 为污泥挥分含量 M1 为恒重的坩埚质量，g M2 为瓷坩埚加干污泥的质
13、量，g待添加的隐藏文字内容3 M3 为瓷坩埚加灼烧后污泥的质量，g（2） 城市污泥干化工艺研究2.1烘箱干化实验研究不同温度对污泥干化速率的影响 将新鲜脱水污泥做成16克湿污泥，直径2.5厘米，厚度2厘米，分别放入恒温80，110的烘箱中，每隔30分钟，同样放入130、150的烘箱中每隔20分钟，对污泥的重量进行测定，记录污泥的失重过程，根据干化速率公式：干化速率Kg水/(h)=蒸发水分质量Kg污泥表面积干化时间h计算出每个测量点的干化速率，根据记录的数据绘制在不同温度下泥饼干化速率的影响曲线图。泥饼的厚度对污泥干化过程的影响 将新鲜脱水污泥做成直径为3cm，厚度分别为1cm，2cm，3cm的
14、泥饼，其重量分别为11g，22g，33g。在烘箱温度为最佳温度的条件下，每隔30min测定不同厚度的污泥质量，直至质量恒重，根据干化速率公式：干化速率Kg水/(h)=蒸发水分质量Kg污泥表面积干化时间h计算出每个测量点的干化速率，根据记录的数据绘制在最佳温度时泥饼厚度对干化速率的影响曲线图。污泥饼的直径对污泥干化过程的影响 将新鲜脱水污泥做成厚度为1cm，直径分别为2cm，2.5cm，3cm的泥饼，其重量分别为7g，9g，12g。在烘箱温度为最佳温度的条件下，每隔15min测定不同直径的污泥质量，直至质量恒重，根据干化速率公式：干化速率Kg水/(h)=蒸发水分质量Kg污泥表面积干化时间h计算出
15、每个测量点的干化速率，根据记录的数据绘制在最佳温度时泥饼直径对干化速率的影响曲线图以及在最佳温度时不同直径污泥的含水率变化曲线图。2.2微波干化实验研究 不同微波功率对污泥干化速率的影响将新鲜脱水污泥做成直径为3cm，厚度分别为1cm，2cm，3cm的泥团，其重量分别为11g，22g，33g。将其分别放入160W、320W、480W、640W和800W功率的微波炉中，每隔4分钟、3分钟、2-3分钟、2分钟、1分钟对污泥的重量进行测定，记录污泥的失重过程，根据干化速率公式计算出每个测量点的干化速率，绘制出污泥干化速率曲线图。并根据不同厚度的泥饼和微波功率计算出相应的能耗，绘制曲线图进行对比。污泥
16、饼的厚度对污泥干化过程的影响将新鲜脱水污泥做成直径为3cm，厚度分别为1cm，2cm，3cm的泥饼，其重量分别为11g，22g，33g。在微波功率为最佳的条件下，每隔23min测定不同厚度的污泥质量，直至质量恒重，根据干化速率公式：干化速率Kg水/(min)=蒸发水分质量Kg污泥表面积干化时间min计算出每个测量点的干化速率，根据记录的数据绘制在最佳功率时泥饼厚度对干化速率的影响曲线图以及在最佳功率时不同厚度污泥的含水率变化曲线图。污泥饼的直径对污泥干化过程的影响 将新鲜脱水污泥做成厚度为3cm，直径分别为2cm，2.5cm，3cm的泥饼，其重量分别为20g，25g，33g。在微波功率为最佳的
17、条件下，每隔2min测定不同直径的污泥质量，直至质量恒重，根据干化速率公式：干化速率Kg水/(min)=蒸发水分质量Kg污泥表面积干化时间min计算出每个测量点的干化速率，根据记录的数据绘制在最佳功率时泥饼直径对干化速率的影响曲线图以及在最佳功率不同直径污泥的含水率变化曲线图。污泥形状对干化速率的影响 将33g污泥分别做成柱状、球状和长方体，在微波功率为最佳功率的条件下，每隔2-3min测定不同厚度的污泥质量，直至质量恒重，根据干化速率公式：干化速率Kg水/(min)=蒸发水分质量Kg污泥表面积干化时间min计算出每个测量点的干化速率，根据记录的数据绘制在最佳功率时泥饼厚度对干化速率的影响曲线
18、图以及在最佳功率时不同厚度污泥的含水率变化曲线图。2.3微波结合烘箱干化实验研究先烘箱再微波结合干化实验将新鲜脱水污泥做成三份厚度为1cm，直径为2cm的泥饼，其重量为7g。将一份放入温度为最佳的烘箱中进行干化，当干化其含水率为一个值左右时，移至功率为480W的微波炉中进行干化至其含水率为2%左右。根据记录的数据绘制先烘箱再微波的污泥干化速率曲线图；将第二份污泥放入温度为最佳的烘箱中进行干化，直至其含水率为2%左右。根据记录的数据绘制全程烘箱污泥干化速率曲线图；将第三份污泥放入功率为最佳的微波炉中进行干化，直至其含水率为2%左右。根据记录的数据绘制全程微波污泥干化数率曲线图。先微波再烘箱结合干
19、化实验 将新鲜脱水污泥做成三份厚度为3cm，直径为3cm的泥饼，其重量为33g。将一份放入功率为最佳的微波炉中进行干化，当干化其含水率为一个值左右时，移至温度为最佳温度的烘箱进行干化至其含水率为2%左右。根据记录的数据绘制先微波再烘箱的污泥干化速率曲线图；将第二份污泥放入温度为最佳的烘箱中进行干化，直至其含水率为2%左右。根据记录的数据绘制全程烘箱污泥干化速率曲线图；将第三份污泥放入功率为最佳的微波炉中进行干化，直至其含水率为2%左右。根据记录的数据绘制全程微波污泥干化数率曲线图。六、参考书目1、 郭淑琴等介绍几种污泥干化技术会议论文 2002；2、董誉，汤兵等.微波法处理处置污泥研究进展.科
20、技导报.2010,2-8(3)；3、张玉强等市政污泥干化工艺探讨 干燥技术与设备 2011年06期；4、韩吉兵等市政污泥干燥联合运行分析【期刊论文】可再生能源2006年6月；5、张宁宁，吴胜举，四川理工学院学报（自然科学版）2010, 23(3)；6、张鑫，脱水污泥微波干燥及资源化研究，黑龙江科技学院矿物加工工程，2010；7、A.I dis, K.Khaild,W.Omar.Drying of silica sludge using microwave heatingJ.Applied Thermal Engineering,2004,24:905-9188、包薇红、宋贤英，宁波市城市污水处
21、理厂污泥处置方案探讨，环境污染与防治，2005年6月，第27卷，第3期，225229；9、曲艳丽、李爱明等.饼状污泥干化特性的研究.燃烧科学与技术，2005,11；10、范俊君，孟伟等，固体废物环境管理技术应用实践，北京，中国环境科学出版社,2005年7月第一版；11、张辰，污泥处理处置技术研究进展，北京化学工业出版社，2005.8；12、张自杰等，排水工程（下册），中国建筑工业出版社，2010.4。13、何品晶、顾国维，城市污泥处理与利用，北京，科学出版社，2003；14、Jones D A,Lelyveld T P.Microwave heating applications in environmental engineering-a reviewJ. Resour Conserv Recy,2002,34:75-90
