基于滲流理論的污泥高干弱超聲電脫水技術(shù)基礎(chǔ)研究

污泥深度脫水困難已經(jīng)成為資源化利用和減量化處理的瓶頸問(wèn)題，電脫水技術(shù)是較為可行的途徑，但仍然存在節(jié)能、增效的空間。本課題以污泥電脫水的滲流過(guò)程為研究對(duì)象，采用弱超聲和電場(chǎng)共同作用，借助低功率超聲波的弱空化和機(jī)械振蕩提高電脫水效率，建立了滲流模型，完成了弱超聲電脫水技術(shù)可行性驗(yàn)證和條件優(yōu)化、電脫水污泥的干化特性改進(jìn)和節(jié)能效果分析、對(duì)污泥重金屬等有害物質(zhì)的去除與穩(wěn)定分析、電極材料和輔助方法研究，以及提出新型固定電極壓送式電脫水設(shè)備。主要結(jié)論如下： ①利用電模擬方法建立描述電脫水過(guò)程的滲流力學(xué)模型，提出了相應(yīng)系列參數(shù)，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模型的有效性和準(zhǔn)確性。該模型可描述超聲輔助下的電滲透脫水過(guò)程，也驗(yàn)證了超聲輔助的可行性。 ②采用低頻振子式超聲波發(fā)生器，與直流恒壓電場(chǎng)共同作用于污泥，研究了超聲波耦合和預(yù)處理對(duì)污泥電脫水過(guò)程的影響，完成了超聲波耦合電場(chǎng)污泥脫水工藝的參數(shù)的優(yōu)化等。 ③從污泥粘性和剪切應(yīng)力及干燥特性曲線(xiàn)和節(jié)能效果等角度，探索并分析了電滲透脫水對(duì)污泥干化特性的改善，確定了薄層電脫水污泥干燥的最優(yōu)模型，為電滲透污泥的后續(xù)干化過(guò)程提供了重要參考和應(yīng)用依據(jù)。 ④研究了電場(chǎng)對(duì)重金屬的去除效果，不同陽(yáng)極材料的腐蝕，以及從重金屬、微生物、脫水液特性等方面全面探索了污泥電滲透脫水的安全性，篩選出合適的耐腐蝕極板材料。 ⑤研究了污泥電脫水過(guò)程中脫出水分的分離方式，將水分由傳統(tǒng)的重力分離，轉(zhuǎn)變?yōu)橐揽课牧系奈椒蛛x，減弱對(duì)后續(xù)脫出水分的阻礙，一定程度上改善了污泥的電脫水特性。 ⑥針對(duì)當(dāng)前電脫水設(shè)備操作復(fù)雜、繁瑣、安全性差等問(wèn)題，提出了環(huán)形電場(chǎng)和板狀平行固定電場(chǎng)壓送式電脫水設(shè)備樣式，對(duì)當(dāng)前的脫水設(shè)備進(jìn)行簡(jiǎn)化和創(chuàng)新，并為超聲波加載創(chuàng)造出便利條件。 本課題對(duì)污泥電滲透脫水技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)、全面、綜合的實(shí)驗(yàn)分析與評(píng)價(jià)，為今后污泥電滲透脫水技術(shù)應(yīng)用提供了較為完整的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)，有較高的實(shí)際意義和應(yīng)用價(jià)值。 2100433B

污泥深度脫水困難已經(jīng)成為資源化利用和減量化處理的瓶頸問(wèn)題，較熱干燥方法具有顯著節(jié)能優(yōu)勢(shì)的電脫水技術(shù)是較為可行的途徑，但電脫水仍然存在節(jié)能、增效的空間。本研究以污泥電脫水的滲流過(guò)程為研究對(duì)象，采用弱超聲和電場(chǎng)共同作用，借助低功率超聲波的弱空化和機(jī)械振蕩提高電脫水速度、深度降低污泥含水率，依托現(xiàn)有滲流理論基礎(chǔ)，從提高滲透率、降低滲流阻力、增加滲流壓差為目標(biāo)，分析污泥介質(zhì)結(jié)構(gòu)特性，結(jié)合脫水試驗(yàn)研究弱超聲波對(duì)污泥電脫水過(guò)程中滲流特性的動(dòng)態(tài)改變，優(yōu)化弱超聲電脫水技術(shù)操作條件與適宜的應(yīng)用范圍，并針對(duì)污泥介質(zhì)的復(fù)雜性和不穩(wěn)定性建立滲流模型，將使得電脫水技術(shù)無(wú)論在技術(shù)方面還是在經(jīng)濟(jì)方面均具有巨大優(yōu)勢(shì)，為實(shí)現(xiàn)污泥高干脫水和解決污泥資源化利用瓶頸問(wèn)題提供新的技術(shù)途徑和研究思路。

《高干度油田注汽鍋爐和高干度蒸汽生產(chǎn)方法》涉及油田注汽鍋爐技術(shù)領(lǐng)域，是一種高干度油田注汽鍋爐和高干度蒸汽生產(chǎn)方法。

污泥的脫水性能很大程度取決于污泥的結(jié)構(gòu)。改變污泥的結(jié)構(gòu)可以大大提高污泥的脫水性能，污泥量也會(huì)大幅度減少。菌膠團(tuán)具有良好的保水性，內(nèi)部包含水約占總水量的25%，這些菌膠團(tuán)使污泥水分難以脫除，利用超聲波可以破壞菌膠團(tuán)。聲能密度為0.11~0.22W/mL的超聲波處理可以破壞菌膠團(tuán)強(qiáng)度結(jié)構(gòu)，使菌膠團(tuán)內(nèi)部包含水排出，同時(shí)保持較大的污泥顆粒，污泥的沉降性有所提高。而且超聲波在水中產(chǎn)生的各種效應(yīng)受頻率影響很大，低頻（<100kHz）機(jī)械效應(yīng)較好，高頻化學(xué)效應(yīng)較強(qiáng)，由于污泥處理主要利用超聲波的機(jī)械效應(yīng)，因此低頻下效果較好。41、207、360、616、1068、3217kHz下的超聲波處理污泥菌膠團(tuán)結(jié)構(gòu)的效率隨著超聲波頻率的升高而降低，41kHz下處理效率是3217kHz下處理效率的9.7倍，因此污泥處理中通常利用不超過(guò)40kHz的超聲波。

對(duì)于大量污泥的處理，超聲技術(shù)可作為一種預(yù)處理技術(shù)與其他方法如厭氧、好氧處理技術(shù)聯(lián)用，然而對(duì)于每一種應(yīng)用，超聲能量輸入和細(xì)胞分解程度及厭氧消化時(shí)間都有優(yōu)化組合。Ying·ChihChu等研究了超聲與堿解聯(lián)合破解污泥的效果，實(shí)驗(yàn)得出投堿和超聲波同時(shí)作用比單獨(dú)的投堿處理效果更高。據(jù)有關(guān)報(bào)道，德國(guó)利用超聲波進(jìn)行污泥減量已進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段，而國(guó)內(nèi)在這方面的研究基本上處于初步實(shí)驗(yàn)研究階段，仍需進(jìn)一步爭(zhēng)取進(jìn)入實(shí)用階段。污水污泥處理中常采用絮凝技術(shù)，這是一種處理效率高、既經(jīng)濟(jì)又簡(jiǎn)單的物化處理技術(shù)。絮凝劑已成為污泥脫水的首要選擇，很多文獻(xiàn)表明，添加絮凝劑是對(duì)污泥有效的處理方式?；瘜W(xué)調(diào)理過(guò)程本身就是化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，超聲波對(duì)均相和非均相反應(yīng)體系一般都有強(qiáng)化效果，也促進(jìn)了絮凝劑水解、凝聚和絮凝過(guò)程的進(jìn)行。

JanuaryBBien等認(rèn)為超聲波能改變作為絮凝劑的高分子電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)，從而提高脫水性能。表面電勢(shì)是衡量脫水性能的一個(gè)重要參數(shù)，在污泥中加入高分子電解質(zhì)可以改變其表面電勢(shì)。超聲波作用高分子電解質(zhì)一定時(shí)間，可以使電解質(zhì)分支減少，鏈節(jié)變短，更有利于脫水。另外，超聲對(duì)污泥進(jìn)行預(yù)處理，還可以縮短厭氧發(fā)酵時(shí)間，減少絮凝劑的使用量。Wolny等]的研究表明，通過(guò)超聲場(chǎng)的作用對(duì)脫除污水污泥中的水含量有明顯的作用。超聲的作用是改變高分子電解質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，當(dāng)超聲時(shí)間和頻率選擇合適時(shí)，可提高脫水的效率，不過(guò)這個(gè)時(shí)間的選擇根據(jù)高分子電解質(zhì)的類(lèi)型會(huì)不同。在超聲處理15s后添加聚合高分子電解質(zhì)3mg/g，可以使污泥的體積減少至原來(lái)的50%。超聲處理5~10min時(shí)活細(xì)菌數(shù)量大大減少。超聲作用幾十秒，就可以減少絮凝劑用量的50%，污泥脫水后的體積比無(wú)超聲處理的減少65%。超聲波促進(jìn)脫水的常見(jiàn)工藝為：城市污泥-重力沉降-超聲波處理-機(jī)械脫水。超聲波能有效的破壞菌膠團(tuán)結(jié)構(gòu)，將其中內(nèi)部包含水釋放成為可以比較容易去除的水分。E.Riera-FrancodeSarabia等把高能超聲運(yùn)用到分離過(guò)程中，以促進(jìn)流體/固體顆粒的分離。他們指出，盡管在液態(tài)懸浮體系中，團(tuán)聚作用不如氣體中明顯，然而超聲能量可以有助于高濃度細(xì)小顆粒體系比如料漿和污泥的脫水。他們的研究顯示，頻率在10和20kHz下，超聲可以促進(jìn)過(guò)濾過(guò)程固、液的分離。 2100433B