恒定電壓下市政污泥電滲脫水實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬研究.pdf

1、近年來隨著我國污水排放量的迅速增加以及處理率的快速增長，產(chǎn)生了大量的剩余污泥。據(jù)統(tǒng)計(jì)，含水率約80％污泥的年產(chǎn)量預(yù)計(jì)已達(dá)350萬噸，給環(huán)境帶來巨大壓力。我國污泥后續(xù)處置以農(nóng)業(yè)利用和土地填埋為主，但城市化進(jìn)程的加快使原來消納污泥的農(nóng)田變少，污泥后續(xù)的處置受到限制。且國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定用于土地利用及填埋污泥的含水率必須要低于60%，常規(guī)機(jī)械脫水后污泥的含水率遠(yuǎn)不能滿足要求，因此需對(duì)剩余污泥進(jìn)行深度脫水處理。此外，降低污泥的含水率能顯著減小其體

2、積，節(jié)約后續(xù)異地運(yùn)輸和處理處置費(fèi)用。
　　污泥電滲脫水技術(shù)是一種利用電滲原理快速有效脫除污泥中水分的技術(shù)，同時(shí)能將污泥的含水率降低至60%以下。電滲脫水過程中電場(chǎng)、流場(chǎng)、濃度場(chǎng)發(fā)生變化，且相互影響。深入認(rèn)識(shí)污泥電滲脫水過程中水分遷移機(jī)理及多物理場(chǎng)相互作用規(guī)律、掌握影響脫水效能的關(guān)鍵因素，有助于優(yōu)化電滲脫水操作條件及改進(jìn)技術(shù)。本文以西安市第四污水處理廠經(jīng)機(jī)械脫水后的污泥為研究對(duì)象，通過模型實(shí)驗(yàn)、數(shù)值模擬等手段研究市政污泥電滲脫水機(jī)理

3、及多場(chǎng)耦合作用理論，主要研究?jī)?nèi)容和成果包括：
　?。?）搭建污泥電滲脫水實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，考查不同加載電壓梯度、處理時(shí)間下電滲流量、電流以及脫水效果的變化規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著脫水進(jìn)行，陽極側(cè)污泥含水率迅速降低，電阻急劇增加，造成處理過程中電滲流量減小，脫水效果變差，污泥的剩余含水率由陽極至陰極逐漸增加。分析認(rèn)為，陽極側(cè)低含水率污泥分擔(dān)較大電壓是電滲脫水處理效果下降的主要原因；
　　（2）結(jié)合電滲脫水過程中電場(chǎng)、流場(chǎng)、濃度場(chǎng)的變化

4、及相互作用規(guī)律，推導(dǎo)出多物理場(chǎng)相互作用的偏微分方程組，采用COMSOL Multiphysics4.3a有限元軟件對(duì)脫水過程進(jìn)行數(shù)值模擬，模型參數(shù)由實(shí)驗(yàn)測(cè)量和數(shù)學(xué)推導(dǎo)獲得。結(jié)果表明，模型能較好反映不同加載電壓、處理時(shí)間下脫水單元內(nèi)電場(chǎng)分布和流場(chǎng)變化的情況；
　　（3）模型、實(shí)驗(yàn)所得電滲流量與污泥含水率隨時(shí)間變化趨勢(shì)基本吻合，故模型參數(shù)選擇合理，可通過電滲脫水模型優(yōu)化操作條件，如電極開孔率對(duì)脫水效果的影響，獲得其最優(yōu)值。模型分析表明