【文章內(nèi)容簡介】 。 41 微波提取器的設計 ...................................................................................... 41 壁厚的計算 ................................................................................................ 42 封頭的結(jié)構(gòu)設計 ......................................................................................... 43 控制系統(tǒng) .................................................................................................... 44 工藝的設計計算 45 停留時間 .................................................................................................... 45 微波功率 .................................................................................................... 45 加熱功率的計算 ......................................................................................... 46 經(jīng)濟效益的計算 48 第六章 污泥后處理系統(tǒng)設計 ...................................................................................... 50 螺旋壓榨選型 50 離心分離的設計 52 離心機的結(jié)構(gòu)及工作原理 ........................................................................... 52 高干度離心機物理參數(shù)的確定 .................................................................... 53 第七章 三維模擬 .......................................................................................................... 56 三維模擬的概述 56 輻射系統(tǒng)三維模擬 57 第八章 結(jié)論與 展望 ...................................................................................................... 59 結(jié)論 59 微波輻射系統(tǒng)的展望 59 參 考 文 獻 .................................................................................................................... 60 致 謝 .......................................................................................................................... 62 聲 明 .......................................................................................................................... 63 微波輻射污泥系統(tǒng)設計 1 第一章 前言 選題背景 隨著中國環(huán)境治理力度的加大，污泥處理能力的提高，截止到上世紀 90 年代，中國 40 個城市有 78 座污水處理廠； 20xx 年超過 400 個污水處理廠如雨后春筍般冒出；到 20xx 年，這個數(shù)字變成驚人的 2389 個。在城市污水和工業(yè)廢水的處理過程中，現(xiàn)在通行的污水處理技術是通過微生物的代謝作用及物理化學方法，將污水中的污染物大量轉(zhuǎn)移到剩余污泥中，其實質(zhì)是污染物的相轉(zhuǎn)移，即可溶性的污染物變成不可溶的固體 [1]。在水質(zhì)得到凈化的同時，污水中的污染物質(zhì)作為污泥被分離出來?？梢哉f，污泥就是濃縮的污染物質(zhì)。城市污泥它實際上是由污水中的懸浮物、微生物、微生物所吸附的有機物以及微生物代謝活動產(chǎn)物所形成的聚集，一般是介于液體和固體之間的濃稠物，可以用泵輸送，但難以用沉降方法進行固液分離 [2]。中國目 前一年的干污泥的產(chǎn)量為 900 萬噸，占總垃圾產(chǎn)量的 %，而且每年以 10%以上的速度遞增，污泥處理不當會造成二次污染。 污泥的主要污染 [1]在于污泥是一種既含有大量 N、 P、 K等養(yǎng)分資源，又含有重金屬、有機污染物和病原物等有害物質(zhì)的混合物。濕污泥含水量高達 80%；而且有機質(zhì)含量高，同時 N、 P、 K含量高于農(nóng)用含量不適宜堆肥同時病菌、微生物會導致污泥發(fā)臭。含水率過高不能進行堆積，堵塞滲瀝影響排水。污泥變質(zhì)產(chǎn)生的甲烷等溫室氣體 [4]。 目前，污泥的主要處置方式有填埋、焚燒、土地利用和 綜合利用等污泥處置方法中，污泥脫水 是最重要的前處理過程，高效脫除污泥中的水分，成為經(jīng)濟、高效處理污泥的瓶頸。 污泥脫水特性與污泥本身的理化特性有關 [2]，如胞外聚合物 (Extracellular polymeric substance， EPS)的存在直接影響著污泥的脫水性能， EPS 主要由 DNA、蛋白質(zhì)和多聚糖組成，當解體時內(nèi)部物質(zhì)會釋放，調(diào)質(zhì)處理技術會破壞胞外聚合物結(jié)構(gòu)，可通過測定濾液中胞外蛋白質(zhì)含量和胞外糖含量、濾液中 COD 的變化間接說明 EPS 的結(jié)構(gòu)變化， EPS 的形態(tài)也會受到調(diào)質(zhì)技術的影響。 在短時間內(nèi)破壞污泥穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，明顯改善污泥脫水性 。微波輻射引起 EPS 擴散，污泥顆粒脫穩(wěn)時，污泥脫水性開始有所改善；微波輻射引起污泥 EPS 進一步擴散及細胞壁開始破壞的初始階段污泥脫水性最佳；過量微波輻射引起微生物細胞微波輻射污泥系統(tǒng)設計 2 壁結(jié)構(gòu)過度破壞、胞內(nèi)物質(zhì)大量溢出，進而破壞污泥脫水性。微波作為一種新型高效無污染能源已在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學以及家庭等領域內(nèi)獲得廣泛應用。而微波技術與污泥處理相結(jié)合，解決脫水、 改性 等問題，尚處于研究及試驗階段，但其清潔、高效、無污染的特點，將可能使微波技術在工業(yè)脫水干燥領域中獲得廣泛應用。 研究意義 我國城市污水處理廠污泥處理起步較晚，全國現(xiàn) 有污水處理設施中有污泥穩(wěn)定處理設施的還不到 1/4，處理工藝和配套設備較為完善的還不到 1/10。污泥處理部分只是簡單的進行濃縮脫水外運，其中存在許多問題。普遍的運用較為成熟的污泥預處理方法：沉降、壓榨等方法。隨著微波領域的不斷延伸，微波處理污泥作為先進的預處理污泥手段，應用到污泥處理過程中。污水污泥的處理在城市污水處理領域越來越受到關注，由于水是吸收微波最好的介質(zhì)，微波處理技術具有節(jié)能高效、均勻加熱、常規(guī)加熱、降解有機物、低溫殺菌的特性，特別是低溫殺菌提供了一種能夠較多保持污泥營養(yǎng)成分的加熱殺菌方法，順應了污 泥農(nóng)用的發(fā)展趨勢。 目前，較為新穎、頗受關注的方法是采用微波輻射技術，這種技術目前已應用工業(yè)的干燥脫水等過程，如何更好的設計微波輻射污泥，達到經(jīng)濟、高效的處理目標也是需要考慮到的問題。 文獻綜述 污泥處理手段 污泥中所含水分形態(tài)，盡管不同的文獻有不同的分類 [3]，但一般都認為有 4 種存在形態(tài) 如圖 11，即間隙水、毛細結(jié)合水、表面吸附水和內(nèi)部結(jié)合水。 圖 11 污泥中賦存水結(jié)構(gòu) 微波輻射污泥系統(tǒng)設計 3 不同性質(zhì)的污泥脫水的難易程度差別很大，應根據(jù)其脫水性能，選擇合適的方法，才能取得良好的效果。因此，測定污泥的 脫水性能，對選擇脫水方法具有重要意義 (如表 11)。 表 11 污泥中水分及其處理方法列表 [3] 類別 存在位置 約占總水分的比例 處理方 法描述 備注 游離水或間隙水 污泥顆粒之間 65%85% 污泥濃縮 吸附水和結(jié)合水只有通過高溫加熱或焚燒等方法，才能將這兩部分水分離出來 毛細水 污泥顆粒間的毛細管內(nèi) 15%20% 機械脫水 吸附水 吸附在污泥顆粒上 10% 濃縮或機械脫水方法均難以分離 結(jié)合水 污泥顆粒內(nèi)部 10% 改變污泥顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu) 污泥調(diào)質(zhì)是污泥濃縮和機械脫水前 的處理，包括化學法、加熱法、淘洗法、冷凍法和加骨粒法等。新型調(diào)質(zhì)技術主要是超聲、微波、熱水解、磁場、電滲透、生物絮凝等，但是新型調(diào)質(zhì)技術沒有廣泛投入工業(yè)化使用，更為重要的是調(diào)質(zhì)技術的使用將會對后續(xù)的脫水工藝與設備有較大的影響作用，需要掌握好調(diào)質(zhì)技術對污泥性質(zhì)的影響程度，使其切實對機械脫水起到促進作用。 國內(nèi)微波 研究應用 現(xiàn)狀 謝敏、施周等對污泥在 2450MHz微波作用下的調(diào)質(zhì)效果進行了研究 [8]。污泥比阻隨著微波功率的增大和輻射時間的增長而下降。超膠體顆粒的數(shù)量是影響污泥性能的重要因素，超膠體顆粒 所占的比例愈少，脫水性能愈好。田禹等在對污水污泥微波輻射預處理的研究中也發(fā)現(xiàn)了類似的現(xiàn)象：帶負電的污泥在微波高頻率電磁場中，出現(xiàn)顆粒粗大化現(xiàn)象微波輻射處理后污泥的顆粒粒徑及間隙明顯增大。微波可以減少污水污泥中超膠體顆粒的數(shù)量，進而改善污泥的性質(zhì)。 微波輻射預處理對污泥沉降、過濾脫水性能的影響，并從粒度分布、污泥胞外微波輻射污泥系統(tǒng)設計 4 聚合物 (EPS)組分含量的變化解析相關機理，同時探討微波輻射微生物 EPS組分對污泥脫水性改善作用 [7]。 鄒繼兆等 [10]在 20xx 年在微波加熱原理的基礎上，根據(jù)具體的實驗要求，介紹了一套自行設計 的多模諧振腔微波高溫加熱真空系統(tǒng) 如圖 12。 圖 12 微波加熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 工