城市污水污泥電動脫水機(jī)理試驗研究及多場耦合作用理論分析.pdf

1、近年來伴隨著我國城市污水排放量與污水處理率的高速增長，產(chǎn)生了大量城市污水污泥，給環(huán)境造成了巨大壓力。污泥含水率高，脫水減量是其處理處置的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，能顯著降低后端處置技術(shù)難度及處理費(fèi)用。尋找一種高效的污泥脫水減量處理技術(shù)是解決污泥處理處置難題的關(guān)鍵。污泥電動脫水處理是一種利用電滲原理、能夠快速有效脫除污泥中水分的技術(shù)。電動脫水處理過程中，試樣內(nèi)滲流場、化學(xué)濃度場與電場均發(fā)生變化且相互影響，電動脫水效率會發(fā)生衰減。深入認(rèn)識電動處理中水分脫除

2、機(jī)理及多場相互作用規(guī)律、掌握影響脫水效能的主要因素，有助于優(yōu)化電動脫水操作條件優(yōu)化及技術(shù)改進(jìn)。本文通過模型試驗、數(shù)值模擬等手段研究開展了城市污水污泥電動脫水機(jī)理及多場耦合作用理論分析的研究，主要研究內(nèi)容和研究成果包括：
　　 (1)通過污泥電動脫水處理的模型試驗，考查了處理過程中電滲流量與脫水效果在不同加載電壓梯度、電極間距、處理時間下的變化規(guī)律。試驗結(jié)果表明處理過程中，脫水效果由陽極發(fā)展至陰極，試樣可分為已脫水污泥與未脫水污泥

3、，電滲流量與脫水效果由未脫水污泥的電壓梯度決定，隨著已脫水污泥電阻增加、消耗電壓上升，未脫水污泥內(nèi)的電壓梯度逐漸衰減，造成了處理過程中電滲流量及脫水效果逐漸衰減、污泥的剩余含水率由陽極至陰極逐漸增加。已脫水污泥的高能低效是電動脫水處理效能下降的原因。
　　 (2)基于模型試驗的得到的結(jié)論，對電動處理過程中的滲流場變化作出簡化，結(jié)合電動作用下電場、濃度場的變化及三場的相互作用規(guī)律，建立了污泥電動脫水的多場耦合作用理論分析模型，通過

4、編程對電動脫水處理過程進(jìn)行了模擬。模擬分析可較好的模擬不同加載電壓、電極間距、處理時間下電滲流、電流、電壓分布變化及離子運(yùn)移情況，分析表明試樣內(nèi)離子在電場與滲流場作用下遷移，已脫水污泥內(nèi)離子濃度顯著下降，含水率降低與離子濃度衰減的共同影響下，已脫水污泥電阻上升、分得的電壓增加，進(jìn)一步加速其內(nèi)的離子遷移從而加劇離子濃度的衰減，促使電壓集中于已脫水污泥、電壓分布不均。
　　 (3)試驗與模擬分析結(jié)果表明電動脫水處理時選用較小的電極間

5、距可以節(jié)約能耗，相同電極間距下，能耗與脫水效果均隨加載電壓的提高而增加，通過比較不同操作條件下的電動脫水處理能耗與脫水效果，以及對應(yīng)的處理費(fèi)用和污泥減量后可節(jié)約的后續(xù)處置費(fèi)用，可從經(jīng)濟(jì)角度優(yōu)化選擇加載電壓。分析表明，1cm電極間距下，對于填埋處置污泥，使用2～3V電壓進(jìn)行電動脫水處理，處置每百方污泥可節(jié)約750元，對于焚燒處置污泥，選擇4.5～5.5V電壓時，處理每百方污泥節(jié)約費(fèi)用可達(dá)2300元。
　　 (4)為解決已脫水污泥高

6、能低效、導(dǎo)致脫水效率衰減的問題，發(fā)明了一種使用移動電極進(jìn)行污泥電動脫水處理的方法，通過在處理過程中調(diào)節(jié)電壓加載區(qū)域，使電壓集中作用于未脫水污泥，避免了脫水效率的衰減。對比試驗及計算分析表明，相比傳統(tǒng)的固定電極法，移動電極法的處理效果更好，能耗更低。
　　 (5)對淤泥及赤泥兩種廢棄泥進(jìn)行了電動脫水試驗，結(jié)果表明電動脫水處理對淤泥有較好效果、而該方法并不適用于赤泥處理，對不同對象應(yīng)通過試驗確定試樣的電滲性能、考查其電動處理的可行性