活性污泥熱壓過(guò)濾高干度脫水機(jī)理的研究.pdf

1、活性污泥無(wú)害化和資源化是今后活性污泥處置的發(fā)展方向。而活性污泥無(wú)害化和資源化的前提是經(jīng)濟(jì)高效的污泥高干度脫水。由于活性污泥胞內(nèi)水的存在,直接采用機(jī)械過(guò)濾脫水方式很難使活性污泥含水率進(jìn)一步下降。高含水率的濾餅對(duì)其后續(xù)的熱力干燥勢(shì)必造成能量消耗較大。因此,以突破固液分離的極限,降低后續(xù)熱力干燥作業(yè)的能耗水平,開(kāi)展經(jīng)濟(jì)高效的污泥高干度脫水技術(shù)的研究,對(duì)推進(jìn)污泥的資源化利用工作具有重要的理論研究意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本文結(jié)合蘇州市環(huán)保項(xiàng)目“城市生

2、活污水中污泥無(wú)害化處置、資源化利用關(guān)鍵技術(shù)的研究”(項(xiàng)目編號(hào):N3117925)內(nèi)容,在綜合國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究的基礎(chǔ)上,提出了利用蒸汽熱解作用與機(jī)械隔膜壓榨相結(jié)合的方法,對(duì)活性污泥進(jìn)行高干度脫水。主要研究?jī)?nèi)容包括：
　　 ⑴首先通過(guò)對(duì)通入蒸汽后的污泥質(zhì)量、動(dòng)量和能量之間的相互作用機(jī)理的分析,將泥餅中各種水份粘性耗散伴隨著能量的變化作為熱源項(xiàng)進(jìn)行處理；然后利用國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出的多場(chǎng)耦合模型理論,結(jié)合相關(guān)壓榨過(guò)濾理論構(gòu)建了污泥熱解壓榨過(guò)濾

3、過(guò)程中的溫度一應(yīng)力一滲流狀態(tài)下的“活性污泥熱壓過(guò)濾高干度脫水耦合數(shù)學(xué)模型”。
　　 ⑵根據(jù)所構(gòu)建的“活性污泥熱壓過(guò)濾高干度脫水耦合數(shù)學(xué)模型",以及所給出的定解條件(包括邊界條件和初始條件),將方程組簡(jiǎn)化成一維模型,然后采用多物理場(chǎng)耦合軟件COMSOL,Multiphysics,根據(jù)模型試驗(yàn)條件對(duì)其進(jìn)行數(shù)值仿真。數(shù)值計(jì)算的結(jié)果表明:熱壓過(guò)濾過(guò)程中出現(xiàn)了尺寸效應(yīng)和應(yīng)力集中現(xiàn)象,這說(shuō)明在熱壓流固耦合作用時(shí),由于熱解和壓榨復(fù)合作用,在應(yīng)

4、力分布區(qū)內(nèi)出現(xiàn)了拉應(yīng)力突變,從而導(dǎo)致濾餅發(fā)生了較大的形變和塌陷現(xiàn)象的產(chǎn)生。研究表明采用傳統(tǒng)的壓榨過(guò)濾方法,孔隙流體壓力隨壓榨時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸消散。當(dāng)采用熱解和壓榨復(fù)合作用方法時(shí),污泥脫水過(guò)程中隨著通入蒸汽溫度的升高,濾餅厚度明顯膨脹,系統(tǒng)壓力增高,這說(shuō)明在熱力作用下,活性污泥中胞內(nèi)水受熱膨脹。但是,當(dāng)溫度超過(guò)400K以后,濾餅厚度突然變薄。這說(shuō)明含在污泥中的胞內(nèi)水膨脹破裂被釋放出來(lái)了,在壓榨力的作用下濾餅厚度進(jìn)一步下降,達(dá)到高干度脫水目

5、的。
　　 ⑶為進(jìn)一步驗(yàn)證熱解和壓榨復(fù)合作用理論的實(shí)用性,課題進(jìn)行了“活性污泥熱壓過(guò)濾高干度脫水機(jī)理"的環(huán)境實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)分別對(duì)蒸汽加熱臨界溫度、壓榨作用力、過(guò)濾速率以及最佳壓榨脫水時(shí)間等工藝參數(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,并對(duì)脫水各過(guò)程中污泥微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了比較分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:采用熱解和壓榨復(fù)合作用方法,濾餅含水率顯著的降低(58～63％),加熱溫度在(1350C～1450C)之間,脫水時(shí)間(25～30min)之間,壓榨作用力(0.6～1.