基于節(jié)能減排的改良型氧化溝流場(chǎng)優(yōu)化與污泥制備建材的探索.pdf

1、城鎮(zhèn)污水處理廠運(yùn)行中存在能耗較高、污泥處理處置困難、中水回用困難等問題。在國(guó)家“十一·五”制定節(jié)能減排政策的背景下，基于節(jié)能減排的污水處理廠的優(yōu)化運(yùn)行是目前廣泛被關(guān)注的課題。本論文以平頂山市污水處理廠二期氧化溝工藝為研究對(duì)象，從以下三個(gè)方面展開污水處理廠的節(jié)能減排初步探索：
　　 (1)利用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（Computational Fluid Dynamics，簡(jiǎn)稱CFD）模擬技術(shù)對(duì)氧化溝流場(chǎng)進(jìn)行優(yōu)化運(yùn)行研究，對(duì)氧化溝的曝氣轉(zhuǎn)

2、碟和水下推進(jìn)器選擇合適模型，通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和模擬結(jié)果的對(duì)比研究，證明了優(yōu)化運(yùn)行的合理性。
　　 由于所研究的氧化溝內(nèi)共設(shè)有曝氣轉(zhuǎn)碟13組，每組有碟片45片，設(shè)有9臺(tái)水下推進(jìn)器，造成了模型構(gòu)建復(fù)雜和模擬運(yùn)行計(jì)算量大等問題。本文中首次利用滑移壁面模型（Moving wall model）和風(fēng)扇模型（Fan model），采用FLUENT軟件分別實(shí)現(xiàn)了對(duì)氧化溝內(nèi)動(dòng)力來源——曝氣轉(zhuǎn)碟和水下推進(jìn)器的模擬，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)氧化溝內(nèi)混合液流場(chǎng)分布

3、的模擬。模擬數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，部分位置模擬流速比實(shí)測(cè)流速偏小，但兩者的流場(chǎng)分布整體趨勢(shì)吻合良好。
　　 分別模擬了現(xiàn)有運(yùn)行模式下和優(yōu)化運(yùn)行模式下平頂山污水廠氧化溝內(nèi)混合液的流場(chǎng)分布。對(duì)不同工況下的模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和模擬結(jié)果對(duì)目前氧化溝運(yùn)行模式提出以下能耗優(yōu)化配置的建議：現(xiàn)有運(yùn)行模式開啟曝氣轉(zhuǎn)碟共9 臺(tái)，其中非變頻轉(zhuǎn)碟4 臺(tái)，變頻轉(zhuǎn)碟5臺(tái)，開啟水下推進(jìn)器共3 臺(tái)。優(yōu)化運(yùn)行模式開啟曝氣轉(zhuǎn)碟共6 臺(tái)，其中非變頻轉(zhuǎn)碟

4、2 臺(tái)，變頻轉(zhuǎn)碟4 臺(tái)，開啟水下推進(jìn)器共6 臺(tái)。
　　 根據(jù)模擬和實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化運(yùn)行模式每小時(shí)比現(xiàn)有運(yùn)行模式節(jié)省電能98.43 kWh，約合節(jié)省28.5％的電能。
　　 (2)從污泥含水率高，脫水困難的瓶頸問題出發(fā)，提出基于骨架構(gòu)建體的污泥脫水及泥餅制備建材資源化的技術(shù)，有效解決了污泥有機(jī)物含量高導(dǎo)致的泥餅壓縮問題，初步探討了脫水泥餅制備燒結(jié)磚和蒸壓磚的可行性。
　　 基于骨架構(gòu)建體的污泥脫水，有效解

5、決了污泥有機(jī)物含量高導(dǎo)致的泥餅壓縮問題，結(jié)果表明采用粉煤灰和生石灰作為調(diào)理劑進(jìn)行污泥的脫水實(shí)驗(yàn)時(shí)的優(yōu)化配方為：
　　 100 mL 濕污泥中添加粉煤灰5g，生石灰5g，調(diào)理后污泥比阻降至10 7s2/g，脫水后泥餅含水率為45％左右。
　　 在以骨架構(gòu)建體脫水的基礎(chǔ)上積極探索資源化的方法和工藝，進(jìn)行了脫水后泥餅制備燒結(jié)磚與蒸壓磚的實(shí)驗(yàn)研究，通過XRD、SEM等手段對(duì)其強(qiáng)度及耐久性機(jī)理進(jìn)行了分析。結(jié)果表明以采用最優(yōu)工業(yè)脫水

6、后的泥餅為原料制備燒結(jié)磚，粉煤灰－粘土燒結(jié)磚摻入中40％污泥泥餅后抗壓強(qiáng)度和抗凍性均可以達(dá)到燒結(jié)普通磚（GB5101-2003）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
　　 采用配比為泥餅摻量為50％，爐渣摻量為39％，粉煤灰摻量為5％，水泥摻量為6％時(shí)制備蒸壓磚時(shí)，含水率控制在20％，在20MPa下壓力成型，養(yǎng)護(hù)制度為180 ℃，0.8 Mpa 蒸汽養(yǎng)護(hù)8 h，得到的樣品進(jìn)行強(qiáng)度、浸出毒性和耐久性測(cè)試。樣品的強(qiáng)度性能、抗凍性能達(dá)到蒸壓灰砂磚標(biāo)準(zhǔn)（GB11

7、945-1999）中MU15的要求。樣品碳化系數(shù)為0.83，在27 ℃、40 ℃、60 ℃分別進(jìn)行干濕循環(huán)和冷熱循環(huán)后，抗折強(qiáng)度達(dá)到2.5MPa以上，抗壓強(qiáng)度達(dá)到10MPa以上，樣品的強(qiáng)度性能、抗凍性能同樣能夠達(dá)到蒸壓灰砂磚標(biāo)準(zhǔn)（GB11945-1999）中MU15的要求。XRD和SEM分析表明，污泥蒸壓磚中的主要物相為：CSH 凝膠、水化石榴石、莫來石、石英、方解石、其中CSH 凝膠、水化石榴石是強(qiáng)度的主要貢獻(xiàn)者。不同溫度下的干濕循環(huán)