Badania i modelowanie charakterystyk cieplnych niskotemperaturowego suszenia osadów ściekowych

• Autorzy: Flaga-Maryańczyk A. , Schnotale J.

Warianty tytułu

EN

Laboratory tests and modeling of thermal characteristics of low temperature sewage sludge drying

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Ze względu na wysokie uwodnienie osadu istotnym elementem jego dalszego wykorzystania są procesy usuwania wody z osadów ściekowych, w tym proces suszenia. Tradycyjne metody suszenia, oparte na zjawisku parowania wody w temperaturze minimum 100°C, są procesami energochłonnymi i przyczyniają się do znacznego obciążenia środowiska. Ponadto w trakcie suszenia osadów ściekowych w wysokich temperaturach może dochodzić do ich spiekania się na powierzchniach aparatów, co może doprowadzać do przestojów instalacji i spadku jej wydajności. W pracy przedstawiono koncepcję niskotemperaturowego suszenia osadów ściekowych w układzie z pompą ciepła działającą z dwutlenkiem węgla jako czynnikiem ziębniczym. System ten stanowi alternatywę dla tradycyjnego, wysokotemperaturowego i energochłonnego procesu suszenia. Powietrze procesowe cyrkuluje w zamkniętym obiegu, co umożliwia uniezależnienie realizacji procesu od warunków atmosferycznych, rekuperację energii i hermetyzację procesu. Dodatkowo część ciepła o wyższej temperaturze może być wykorzystana w komorze higienizacji osadu wysuszonego. Przebieg procesu suszenia realizowanego w zamkniętym obiegu powietrza uzdatnianego w pompie ciepła zależy od temperatury i wilgotności względnej powietrza nawiewanego do komory suszenia. W pracy zaprezentowano wyniki badań laboratoryjnych charakterystyk termicznych procesu suszenia osadów ściekowych w warunkach kontrolowanej temperatury i wilgotności względnej. Podano również podstawy opisu analitycznego procesu suszenia osadu ściekowego oraz uzyskane autorskie analityczne korelacje do uogólnionego opisu osadu ściekowego jako materiału suszonego.

EN

The raw sewage sludge is highly hydrated, therefore its further utilization in most cases is possible only after sludge dewatering and drying. The traditional methods of sludge drying are based on the process of evaporation of water in a temperature of minimum 100°C. Consequently a significant amount of energy is required and the process shows a high environmental impact. The article introduces the idea of carbon dioxide heat pump dryer for sewage sludge drying. The presented system is an alternative for the traditional method of sludge drying. It is energy efficient and avoids emissions from the drying installation. Sludge is dried by closed loop circulating air treated in the heat pump. It provides also the possibility of additional hygienization of the dried product. Drying realized in a closed loop air cycle depends on the temperature and relative humidity of the air. The article presents data from laboratory measurements of sludge drying in controlled temperature and humidity environment. In the paper analytical basis for a mathematical modeling of sewage sludge drying is also presented. Laboratory tests and modeling lead to a development of a generalized formula describing thermal characteristics of sludge treated as dried material.

Słowa kluczowe

PL

suszenie osadów; suszenie niskotemperaturowe; suszenie w zamkniętym obiegu; suszenie pompą ciepła; rekuperacja energii; charakterystyki suszenia

EN

sludge drying; low-temperature drying; closed loop drying; heat pump drying; energy recuperation; characteristics of drying

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2008
• Tom: T. 11, nr 2
• Strony: 149--161
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz.

Twórcy

autor

Flaga-Maryańczyk A.

autor

Schnotale J.

• Politechnika Krakowska, Instytut Inżynierii Cieplnej i Ochrony Powietrza,

Bibliografia

• [1] Marsh R. i inni, Assesing the feasibility of waste derived fuels with high moisture content, Materiały 23. Międzynarodowej Konferencji Solid Waste Technology and Management, USA, Philadelphia 2008. Journal of Solid Waste Technology and Management 78-87.
• [2] Grabowski Z., Oleszkiewicz J. A., Spalanie osadów ściekowych, Materiały Międzynarodowego Seminarium Szkoleniowego nt. Podstawy oraz profilaktyka przeróbki i zagospodarowania osadów, Wyd. LEM s.c. w Krakowie, 11-12 maja 1998, artykuł 17.
• [3] Bień J. B., Osady ściekowe, Teoria i praktyka, Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2002.
• [4] Kneule F., Suszenie, Arkady, Warszawa 1970.
• [5] Voronjec D., Antonijević D., Moist air drying potential in convective drying processes, Materiały X Międzynar. Sympozjum Suszarnictwa 1996 (IDS'96), Tom A, 221-228.
• [6] Maczek K. i inni, Uzdatnianie powietrza w inżynierii środowiska dla celów wentylacji i klimatyzacji, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, Kraków 2004.
• [7] Strumiłło C., Podstawy teorii i techniki suszenia, WNT. Warszawa 1975.
• [8] Hawlader M. N. A., Chou S. K., Chua K. J., A heat pump assisted closed-loop tunnel drying, Materiały X Międzynar. Sympozjum Suszarnictwa 1996 (IDS'96), Tom A, 455-462.
• [9] Flaga A., Schnotale J., Carbon dioxide as a refrigerant in a sludge drying heat pump, Materiały 22 Międzynarodowego Kongresu Chłodnictwa, Pekin 2007, International Institute of Refrigeration (IIR). ICR07-E2-210.
• [10] Flaga-Maryańczyk A., Schnotale J., Sludge drying in CO2 heat pump dryer, Materiały 23 Międzynarodowej Konferencji Solid Waste Technology and Management, USA, Philadelphia 2008. Journal of Solid Waste Technology and Management, Widener University.
• [11] Span R., Wagner W., A new equation of state for carbon dioxide covering the fluid region from the triple-point temperature to 1100 K at pressures up to 800 MPa, Journal of Physical and Chemical Reference Data 1996, 25(6), 1514.
• [12] Neksa P., Rekstad H., Zakeri G. A., Schiefloe P. A., CO2-heat pump water heater: characteristics; system design and experimental results, International Journal of Refrigeration 1998, 21, 3, 172-179.
• [13] ASHRAE Handbook, Physiological factors in drying and storing farm crops. FUNDAMENTALS 2005. SI Edition. American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Chapter 11, 11:1-10.