剩余污泥生物干化过程的机理研究

Sludge drying is an important method to reduce the excess sludge, the widely used thermal drying and natural drying has many problems such as energy and time consuming. Bio-drying as a new technology which use the inner biomass of sludge itself to generate heat for a water discharging,has a broad prospects in sludge treatment, However,till now our research in this field is very limited, lacking of an accurate theory foundation makes the further development difficult.Therefore our project aims to solve the following problems: ①Find out the key factors in a biological process,how to regulate and control the process and optimize the relationship of biological heat production, dehydration consumption heat and microbial growth consumption relationship of heat. ②Because of the adsorption, a quantity of water was tied to the bacteria micelle, how does these bond water eduction change into a free water from bacteria micelle and whether there is any extrusion, diffusion, consumption or other effects occurred during the process. ③As a typical representative of porous media, the mechanism for heat and moisture transfer in the sludge matrix; ④Clarify the influence mechanism between the drying efficiency and characteristics parameters such as temperature,humidity,ventilation rate ,and residence time .With a micro to macro level research,such a project for bio-drying process will leads a great progress in the sludge disposal field.

污泥干化是剩余污泥减量化处理的重要方法之一，目前普遍采用的热干化或自然干化存在着能耗高或耗时长等问题。而生物干化是利用污泥本身的生物质能自身产热，进而排出水分，是一项有广阔前景的污泥处理新技术。然而，该技术的研究和应用尚处在初始阶段，一些基础问题亟待解决。本课题将针对①干化过程中影响生物产热的关键因素，如何调控产热过程，如何优化生物产热、脱水耗热和微生物增殖耗热三者的关系；②污泥中部分水分因吸附等原因被束缚在菌胶团中，干化过程中这些束缚水如何从菌胶团中排出转变成自由水，其排出过程是否存在着挤压、扩散、消耗或其他效应；③作为多孔介质的典型代表，污泥干化过程中的热量、水分在污泥基质中的传递过程机制；④干化过程中温度、压力、湿度、停留时间等对污泥干化效率、效果的影响机制等基础科学问题，从微观到宏观的多个层面进行深入系统研究。其结果将对污泥处理的基础研究领域和生物干化工艺的实际应用具有重要意义。

本项目完成了如下几部分工作：.（1）本课题通过对生物内热源产生影响因素的研究，明确了生物产热的调控机制，进而通过优化生物产热部分，驱动水分排出的消耗热能，生物自身生长需要热量三部分热能的关系，进而提高污泥生物干化效率效果。 污泥生物干化中产热主要来自细菌自身代谢产热，通过细菌有氧代谢对氧气的消耗推算出细菌产热量从而达到推算整个工艺的产热量。在接种已驯化细菌和在较优通风条件下得出同一周期内各天细菌产热速率。.（2）污泥的生物干化过程中，嗜温菌、嗜热菌的优化筛选是提高剩余污泥生物干化效率的有效途径，因而它的选育就显得尤为重要，它从本质上影响着污泥生物干化的效果。进行正交试验分析，研究嗜温菌和嗜热菌在温度、pH值、C/N比、基质物浓度四个因素下的最佳增长条件，并对该四个因素不同影响程度进行了比较。. (3）干化过程中温度、压力、湿度、停留时间等对污泥干化效率、效果的影响机制等基础科学问题，从微观到宏观的多个层面进行深入系统研究。通过分析停留时间、通风温度、通风量、污泥的性质等参数对污泥生物干化过程起到的作用，设计出了四种实验方案。一方面通过分析实验数据确定了关键变量对污泥干化过程的影响程度，另一方面利用数值模拟软件，对污泥内部进行热质分析，进而通过对模拟数值与实验值的比较分析，总结出污泥基质内部传热传质特性。.（4）本课题首次从微观的束缚水排出机制，热量和水分在基质内的传热传质过程机制， 到污泥生物干化的运行参数对干化效率效果影响的三个层次，全面系统地研究了污泥生物干化技术，并以优化污泥生物干化工艺和提高污泥生物干化效果为目标设计出一种新型的连续生物干化反应器。.项目实施期间，项目组成员参加了国际学术会议5次。并前往佐治亚理工学院做访问交流。目前在该项目的资助下，共培养研究生8名，发表论文11 篇，申请专利1项。