污泥管道輸送非均質流動阻力預測及費用模型研究.pdf

1、活性污泥法因其高效、低耗等優(yōu)點而成為城市污水處理的最主要方法，但隨之產生的大量污泥卻是污水處理廠面臨的一大難題。對污泥的處理處置有分散處理和集中處理兩種模式，其中后者因占用城市面積小且對周邊環(huán)境污染輕而成為污泥處理與處置的首選模式。實踐表明，在可供選擇的污泥輸送方式中，傳統(tǒng)的卡車輸送、駁船輸送運行費用高，輸送效率低，并且嚴重影響城市環(huán)境衛(wèi)生。相比之下，城市污泥的管道輸送方式因其運行費用省、自動化控制程度高及清潔衛(wèi)生等優(yōu)點而成為污泥輸送方

2、式的最佳選擇。對城市污泥管道輸送阻力特性進行研究，并對輸送管道的設計參數進行優(yōu)化，不但能夠保障污泥輸送管道的安全可靠運行，同時還對保障其經濟運行并節(jié)省輸送成本具有重要意義。
　　測定了質量濃度分別為2.38％，3.94%和5.39%的污泥的流變性，結果表明其具有顯著剪切稀化特性，在剪切速率足夠大時表現出較穩(wěn)定的極限粘度，三種質量濃度污泥在溫度T=293K時的極限粘度分別為2.60mPa?s，3.21mPa?s和5.95mPa?s；

3、T=298K時分別為2.45mPa?s，2.91mPa?s和5.78mPa?s；T=303K時分別為2.32mPa?s，2.78mPa?s和3.69mPa?s，表明極限粘度隨污泥質量濃度的升高而增大，同時隨溫度的升高而降低。污泥流變曲線符合賓漢模型，表現出賓漢偽塑性的流變特征。
　　基于污泥的流變特性，經阻力模型比選，采用廣泛應用的Turian-Yuan非均質模型對城市污泥在管道內的流動阻力進行了預測，并結合試驗數據對其參數進行了

4、優(yōu)化。對于敏感參數污泥體積濃度CV的指數m1和污泥顆粒沉降阻力系數CD的指數m2的優(yōu)化結果為：m1=0.887，m2=-0.162，由此確定改進Turian-Yuan
　　非均質阻力模型為（此處省略公式）經實際輸泥管道實測數據驗證，改進Turian-Yuan非均質模型精度高且預測效果穩(wěn)定，滿足對污泥流動阻力預測的精度要求，同時對該模型預測誤差的來源進行了分析。
　　推導了基于相似理論的輸泥管道原型和物理模型主要參數之間的關系

5、，實現了基于試驗結果的實際原型流動參數的模擬，并將該方法所獲得的阻力模擬值與改進Turian-Yuan模型的模擬值進行了分析比較，進一道輸送系統(tǒng)年折算總費用模型，并將污泥濃度Cw和輸送速度v確定為待優(yōu)化變量，同時利用高效并行且具有全局尋優(yōu)能力的遺傳算法對復雜非線性的污泥管道輸送系統(tǒng)費用模型進行了參數優(yōu)化求解，為污泥管道輸送系統(tǒng)的安全經濟運行提供了可參考的優(yōu)化設計參數。計算實例表明，污泥流量Q=0.226~0.045m3/s（污泥濃度Cw

6、=0.8~4.0%），輸送距離L=4.5?103m條件下的最優(yōu)設計參數為：污泥濃度2.32%，輸送流速1.10m/s，管徑300mm，年折算總費用W=52.83萬元。
　　污泥管道輸送系統(tǒng)年折算總費用構成的分析結果表明，輸送系統(tǒng)年折算總費用由年折算建設費用和年運行費用構成，后者主要表現為維持系統(tǒng)運行的動力費用且在總費用中占主要部分，因此應在滿足輸送流速約束條件的前提下通過降低輸送流速來控制年運行費用的劇增，從而降低年折算總費用。同