污泥薄层干燥特性及动力学模型分析-第3页-北极星水处理网

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2.3.2

有效扩散系数污泥的干燥过程可以简化为污泥内部水分向外界的扩散过程，描述物质扩散的Fick定律可用来计算污泥中水分的扩散系数，扩散系数与温度和含水率的关系由式(3)给出。

为方便研究，将上式进行线性转化得式(4)，可见，lnMR的值与干燥时间t成一次函数关系，由其斜率可以计算得到有效扩散系数，即式(5)。

由式(4)可知，污泥的干燥时间t与其有效扩散系数成反比，与厚度的平方成正比。因此污泥的厚度越大，干燥到一定含水率所需的时间就越长，因此在实际运用中，将污泥平铺进行干燥能够有效减少干燥时间，提高干燥效率。经计算，150 ℃下2.5、5、7.5、10、12.5 mm厚度污泥的干燥有效扩散系数分别为5.130×10-9、1.556×10-9、1.207×10-9、7.671×10-10、4.860×10-10 m2/s，2.5 mm厚度的污泥在150、125、100、75、50 m下的有效扩散系数分别为5.130×10-9、4.060×10-9、3.430×10-10、2.353×10-10、3.382×10-10 m2/s。污泥的有效扩散系数随着干燥温度的提升、厚度的减小而逐渐提高，这也与前文试验结果相符。

2.3.3

活化能根据Arrhenius公式，建立有效扩散系数与干燥参数间的关系，如式(6)。

由式(7)可知，ln Deff与1/T成线性关系。由图5可知，是直线的斜率，lnD0是直线的截距。经计算，活化能Ea=1.664 kJ/mol，D0=2.288×10-8 m2/s。

图5 ln Deff与1/T的关系

3结论

本试验对大质量的桐乡市政污泥在50~150 ℃下不同厚度的间壁式热干燥特性进行了研究，得到污泥干燥速率的影响因素，以及含水率随时间变化的动力学模型，为实际的污泥处理提供了理论依据，具有一定的实际意义。

(1)对污泥薄层进行加热可以有效地对其进行减量化处理。桐乡污水处理厂的市政污泥的干燥过程按干燥速率可以分为加速干燥阶段。恒速干燥阶段和减速干燥阶段，分别对应了不同的水分形态。污泥的干燥速率随着厚度减小、温度上升逐渐上升，干燥至所需含水率的时间也越短。

(2)在常用的干燥动力学模型中，污泥的含水率的变化过程可以用Midilli模型来模拟，可以用其预测单位质量不同形态污泥半干燥到一定含水率所需要的时间及所需热量。

(3)污泥在150 ℃以下，2.5~12.5 mm厚度内的有效扩散系数为3.383×10-10~5.130×10-9 m2/s，其值随着温度升高，厚度减小而增大。

(4)2.5 mm厚度的桐乡市政污泥的活化能为1.664 kJ/mol。

原标题：净水技术|污泥薄层干燥特性及动力学模型分析

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