基于渗流理论的污泥高干弱超声电脱水技术基础研究

The difficult of deeply dewatering is bottleneck problem for sewage sludge resource use and reducing volume. The EDW is a feasible way to reduce more sludge water, which can save more energy than heat drying, but it needs farther research to improve more performance. The seepage of sludge EDW would be studied in the work, which uses feeble ultrasonic and electric field together to improve dewatering speed and deeply reduce sludge water. Based on seepage theory, in order to improve osmosis rate, debase resistance and increase press, we would analyze the sludge medium structure and carry out the dewatering experiments to research how feeble ultrasonic changes water seepage in sludge EDW. In the study we would optimize the work conditions of ultrasonic and electric field and found the seepage model based on sludge medium complexity and instability. We hope our work can bring big predominance of technology and economy for sludge EDW applying, and offer a new way and idea for bottleneck problem of sludge deeply dewatering and resource using.

污泥深度脱水困难已经成为资源化利用和减量化处理的瓶颈问题，较热干燥方法具有显著节能优势的电脱水技术是较为可行的途径，但电脱水仍然存在节能、增效的空间。本研究以污泥电脱水的渗流过程为研究对象，采用弱超声和电场共同作用，借助低功率超声波的弱空化和机械振荡提高电脱水速度、深度降低污泥含水率，依托现有渗流理论基础，从提高渗透率、降低渗流阻力、增加渗流压差为目标，分析污泥介质结构特性，结合脱水试验研究弱超声波对污泥电脱水过程中渗流特性的动态改变，优化弱超声电脱水技术操作条件与适宜的应用范围，并针对污泥介质的复杂性和不稳定性建立渗流模型，将使得电脱水技术无论在技术方面还是在经济方面均具有巨大优势，为实现污泥高干脱水和解决污泥资源化利用瓶颈问题提供新的技术途径和研究思路。

污泥深度脱水困难已经成为资源化利用和减量化处理的瓶颈问题，电脱水技术是较为可行的途径，但仍然存在节能、增效的空间。本课题以污泥电脱水的渗流过程为研究对象，采用弱超声和电场共同作用，借助低功率超声波的弱空化和机械振荡提高电脱水效率，建立了渗流模型，完成了弱超声电脱水技术可行性验证和条件优化、电脱水污泥的干化特性改进和节能效果分析、对污泥重金属等有害物质的去除与稳定分析、电极材料和辅助方法研究，以及提出新型固定电极压送式电脱水设备。主要结论如下：.①利用电模拟方法建立描述电脱水过程的渗流力学模型，提出了相应系列参数，实验验证了模型的有效性和准确性。该模型可描述超声辅助下的电渗透脱水过程，也验证了超声辅助的可行性。.②采用低频振子式超声波发生器，与直流恒压电场共同作用于污泥，研究了超声波耦合和预处理对污泥电脱水过程的影响，完成了超声波耦合电场污泥脱水工艺的参数的优化等。.③从污泥粘性和剪切应力及干燥特性曲线和节能效果等角度，探索并分析了电渗透脱水对污泥干化特性的改善，确定了薄层电脱水污泥干燥的最优模型，为电渗透污泥的后续干化过程提供了重要参考和应用依据。.④研究了电场对重金属的去除效果，不同阳极材料的腐蚀，以及从重金属、微生物、脱水液特性等方面全面探索了污泥电渗透脱水的安全性，筛选出合适的耐腐蚀极板材料。.⑤研究了污泥电脱水过程中脱出水分的分离方式，将水分由传统的重力分离，转变为依靠吸水材料的吸附分离，减弱对后续脱出水分的阻碍，一定程度上改善了污泥的电脱水特性。.⑥针对当前电脱水设备操作复杂、繁琐、安全性差等问题，提出了环形电场和板状平行固定电场压送式电脱水设备样式，对当前的脱水设备进行简化和创新，并为超声波加载创造出便利条件。.本课题对污泥电渗透脱水技术进行了系统、全面、综合的实验分析与评价，为今后污泥电渗透脱水技术应用提供了较为完整的实验数据和理论依据，有较高的实际意义和应用价值。