压力场-电场复合作用下剩余污泥类凝胶结构的动态变化及其脱水过程的研究

随着电脱水技术在剩余污泥脱水过程应用的逐渐开展，其脱水过程的影响因素已经成为研究的热点问题。本课题针对市政剩余污泥在压力场-电场复合脱水过程中存在的关键科学问题，以污水处理单元中的活性污泥、消化污泥为对象，分别研究污泥调理参数、复合反应器结构、电场布置方式、电极种类、电场电压、极板间距、作用时间、压力大小等因素对上述脱水过程与效果的影响，探讨压力场-电场复合作用下污泥固体体积、孔隙率和类凝胶结构等特征的动态变化以及污泥体系中水分电渗透、胶体颗粒电泳以及金属离子电迁移过程，建立复合场驱动下污泥中相关物质传质概念模式。该研究不仅可以深化电脱水原理和核心技术的研究，有望推进压力场-电场复合脱水技术的研发进程，具有重要的科学意义和广泛的潜在应用前景。

本基金项目主要完成了以下工作：水平电场和垂直电场污泥脱水装置的结构和操作参数；调理对水平电场、压力-电场复合脱水效果与过程的影响；复合场作用下污泥类凝胶结构与组分的变化特征及初步的概念模式。.结果表明：电场强度和其应用时间的增加均有利于电脱水效果的提高。阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)的调理可以改善污泥的脱水性能，缩短达到相同电脱水效果的时间，但对污泥电脱水率的提高不显著；对于絮凝调理后的污泥，电场方向对其脱水率影响不大。絮凝、絮凝-超声联合调理均可与水平电场脱水单元联合，取得较好的去脱水效果。联合调理下，污泥粒径增大，结构变得疏松多孔；水平电场作用下，污泥粒度先下降后上升，阴极附近的污泥的孔隙率迅速减小，而阳极附近孔隙率先下降、后上升。污泥经过絮凝调理-压力-电场复合脱水处理后，含水率可以降至40.76%，自由水与束缚水含量分别降至0.24g·g-1DS、0.25g·g-1DS；污泥呈现大量狭窄且近似平行的狭缝，结构更为致密、类凝胶的弹性提高；脂类与多糖在絮凝阶段的迁移量较大，蛋白质在重力沉降阶段的迁移较为明显。在机械压缩和压力-电场联合阶段， EPS各组分的迁移均得到了较为显著的促进，滤液pH、电导率、金属离子以及有机物 (腐殖酸及可见富里酸类物质) 含量均急剧升高。.磁化调理-水平电场污泥脱水技术(CM-HED)的操作条件为：磁粉调理(0.15g/g DS)-磁场调理(0.065T，30min)-重力沉降(2h)-水平电场脱水(40V，2h)，能将污泥含水率从99.47%降至89.98%。微米磁粉调理污泥时，絮体间的路易斯酸碱作用大幅度降低，絮体发生聚集，孔径增大，利于脱水，絮体表面皱缩。CM-HED 可以脱除污泥中92%-96%的自由水和46%-53%的束缚水；磁粉调理降低的束缚水最多，DG阶段的污泥减量程度较大。在电场作用过程中，自由水降低了36%-64%，束缚水降低了10%-22%。 .微米磁粉调理-压力-电场复合脱水工艺(MPEOD)的操作条件为：0.15g/g DS磁粉调理- 2h重力沉降-机械压力(400kpa, 2h)-压力垂直电场脱水(44.7V，2h)，污泥含的水率可从99.18%降至53.52%，污泥质量减量化达到97.98%，自由水和束缚水分别降低了99.67%和82.91%。.研究了水分组成、有机物、EPS及其组分在固液两相中迁移特征。