恒定電壓下市政污泥電滲脫水實驗及數(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，含水率約80％污泥的年產(chǎn)量預計已達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。且國家相關標準規(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)機械脫水后污泥的含水率遠不能滿足要求，因此需對剩余污泥進行深度脫水處理。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)異地運輸和處理處置費用。
　　污泥電滲脫水技術是一種利用電滲原理快速有效脫除污泥中水分的技術，同時能將污泥的含水率降低至60%以下。電滲脫水過程中電場、流場、濃度場發(fā)生變化，且相互影響。深入認識污泥電滲脫水過程中水分遷移機理及多物理場相互作用規(guī)律、掌握影響脫水效能的關鍵因素，有助于優(yōu)化電滲脫水操作條件及改進技術。本文以西安市第四污水處理廠經(jīng)機械脫水后的污泥為研究對象，通過模型實驗、數(shù)值模擬等手段研究市政污泥電滲脫水機理

3、及多場耦合作用理論，主要研究內(nèi)容和成果包括：
　?。?）搭建污泥電滲脫水實驗平臺，考查不同加載電壓梯度、處理時間下電滲流量、電流以及脫水效果的變化規(guī)律。實驗結果表明，隨著脫水進行，陽極側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。分析認為，陽極側低含水率污泥分擔較大電壓是電滲脫水處理效果下降的主要原因；
　?。?）結合電滲脫水過程中電場、流場、濃度場的變化

4、及相互作用規(guī)律，推導出多物理場相互作用的偏微分方程組，采用COMSOL Multiphysics4.3a有限元軟件對脫水過程進行數(shù)值模擬，模型參數(shù)由實驗測量和數(shù)學推導獲得。結果表明，模型能較好反映不同加載電壓、處理時間下脫水單元內(nèi)電場分布和流場變化的情況；
　?。?）模型、實驗所得電滲流量與污泥含水率隨時間變化趨勢基本吻合，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，如電極開孔率對脫水效果的影響，獲得其最優(yōu)值。模型分析表明