umu.sePublications
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Drying biosludge with a high-velocity cyclone dryer
Umeå University, Faculty of Science and Technology, Department of Applied Physics and Electronics.
2014 (English)Independent thesis Advanced level (professional degree), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

Sludge disposal is a worldwide problem due to increasing volumes and respective environmental regulations. Currently the most common ways to dispose sludge are agricultural use, disposal in landfills, incineration and sea dumping. By drying sludge volumes can be decreased and the respective heating value increased. Sludge mainly originates from wastewater treatment. The Swedish pulp and paper mills produce approximately 400 000 - 500 000 metric tons of dry sludge each year. This includes roughly 60 000 metric tons of dry biosludge which mainly consists of bacteria and is difficult to dry due to high amounts of intercellular water. New drying methods for biosludge are hence needed. The purpose of this project is to investigate the possibility to dry biosludge in a high-velocity cyclone dryer since the technology has been shown to be able to handle sticky materials. The sludge used in this project originates from the biological wastewater treatment at the pulp and paper mill Metsä Board Husum, located in Husum, Sweden.

The achieved dry matter contents and the specific energy consumption have been examined and compared with established drying methods.  Design of experiments has been used during the trials for optimizing the information attained from a limited number of trials including effects of inlet air temperature, sludge feeding rate and recycling of drying air. The respective factors were varied in three steps and relevant temperature, pressure, humidity, flow and material mass values were measured for analysing the process. 

Models for attained dry matter content, specific energy consumption (total and of the fan), removed water and fan power were developed and had high statistical significance. The models showed that sludge dry matter content up to 80% could be achieved. The total specific energy consumption was over 1.6 kWh/kg H2O, which is higher than for established drying methods, but the specific energy consumption of the fan was as low as 0.7 kWh/kg H2O. The specific energy consumption of the fan was used to approximate dryer operation with excess heat during which it could compete with all established drying methods.

A case where the excess heat available at Metsä Board Husum would be used to dry generated biosludge was investigated and supported a need for a priority order between maximizing sludge dry matter content and minimizing specific energy consumption of sludge drying. If sludge dry matter content is prioritised alternative drying methods may prove more suitable.

To attain a better understanding of the high-velocity cyclone dryer and drying of biosludge the evaporation energy of sludge at different dry matter contents, the effects of various sludge inflow temperatures and the effect of fan rotation speed should be included future investigations.

Abstract [sv]

Bortskaffande av slam har blivit ett världstäckande problem på grund av stora volymer och miljöreglering. De vanligaste sätten att bortskaffa slam är genom markanvändning, deponering, förbränning och dumpning i haven. Genom att torka slammet minskar volymen och värmevärdet ökar.

Slammet har sitt ursprung i vattenrenings processer och svenska pappers- och pappersmassabruk producerar ungefär 400 000 – 500 000 ton slam per år i torrvikt. Av dessa är ungefär 60 000 ton biologiskt slam som till största del består av bakterier och är svårtorkat på grund av den höga andelen intercellulärt vatten. För att torka biologiskt slam behövs nya torkmetoder och syftet med detta projekt vara att undersöka möjligheten att torka biologiskt slam i en cyklontork då cyklontorken kan hantera kladdiga material. Slammet som använts under projektet kommer från pappersbruket Metsä Board Husum.

Torrhalten som kunde uppnås och den specifika energin har undersökt och jämförts med etablerade torkmetoder. Design of experiments användes för att optimera informationen som går att få ut från ett begränsat antal försök och påverkan av inluftstemperaturen, matningshastigheten av slammet och positionen av spjället i luftåtervinningssystemet har undersökts. Faktorerna varierades i tre steg och temperaturer, tryck, luftfuktigheter, flöden och vikter har mätts för att analysera processen. 

Modeller för torrhalten, den specifika energin (totalt och för fläkten), avdrivet vatten och fläkteffekten har beräknats med hög statistisk signifikans. Modellerna visar att upp till 80 % torrhalt kan nås. Den totala specifika energin ligger över 1.6 kWh/kg H2O vilket är högre än den specifika energin för etablerade torkmetoder men den specifika energin för fläkten kan understiga 0.7 kWh/kg H2O. Den specifika energin för fläkten kan approximera att torken körs med överskottsvärme och det är fallet kan cyklontorken konkurer med de etablerade torkmetoderna.

Möjligheten att använda sig av överskottsvärmen på pappersbruket Metsä Board Husum för att torka deras biologiska slam har undersökts och en prioritering mellan hög torrhalt och låg specifik energi kommer behöva göras. Om hög torrhalt prioriteras kan andra torkmetoder vara att föredra.

För att öka förståelsen för cyklontorken och torkning av biologiskt slam kan förångningsenergin för slammet vid olika torrhalter, effekten på torkresultaten från olika temperaturer på slammet in i cyklonen och effekten av olika effekter på fläkten undersökas.

Place, publisher, year, edition, pages
2014. , 34 p.
Keyword [en]
Sludge, drying, high-velocity cyclone
National Category
Water Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:umu:diva-93327OAI: oai:DiVA.org:umu-93327DiVA: diva2:747681
External cooperation
Institutionen för skogens biomaterial och teknologi, SLU
Educational program
Master of Science Programme in Energy Engineering
Supervisors
Examiners
Available from: 2014-10-21 Created: 2014-09-17 Last updated: 2014-10-21Bibliographically approved

Open Access in DiVA

Drying biosludge with a high-velocity cyclone dryer(2517 kB)873 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 2517 kBChecksum SHA-512
8315f6522bcbdb7f0b329244be027efd5ca538871f32dbcca54869e48607931d90cab8c9a4dce002a0af1884b979a013aca0b82ed3be92fbc036d48f8a699eb4
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Department of Applied Physics and Electronics
Water Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 873 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 265 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf