基于热风-微波联合的污泥干燥行为及水分运移机制OA

为实现污泥高效减量与资源化,解决其高含水特性制约热化学转化应用的关键瓶颈,本研究以机械脱水污泥为研究对象,解析了污泥的亲水性物性结构特征与水分赋存形态,构建了热风-微波联合干燥系统,系统探究了热风-微波联合作用下污泥的干燥行为与水分迁移机制。研究发现污泥中的颗粒全部小于40μm,孔隙结构和极性含氧基团丰富,存在41.92%的可冻水与13.47%的不可冻水,深度脱水难度较大。在热风-微波联合干燥过程中,微波功率是影响干燥过程的主导因素,在200W微波与160℃热风联合作用下,污泥最大干燥速率较单独热风干燥提高了21.43倍,降速干燥阶段有效水分扩散系数(D_(eff))增长至单独热风干燥的60.4倍。Two Term Exponential模型可准确描述污泥在热风-微波复合能量场中的干燥行为。热风-微波联合干燥过程中,基于低场核磁共振技术表征的残余水分横向弛豫时间(T_(2))峰左移速率仅为单独热风干燥的20.9%,表明微波能不仅抑制了水分的毛细迁移,同时有效破坏了细胞结构,促进了胞内水释放。微波能通过体积加热效应和泵送效应分别强化了污泥快速干燥阶段和降速干燥阶段的水分运移过程;更重要的是通过细胞内蒸气压累积导致细胞结构破坏,释放被束缚的胞内水,从而能够降低深度脱水难度,最终实现污泥的快速低耗干燥。该研究为污泥高效低耗脱水技术的开发提供了理论依据与技术支撑。