活性污泥熱壓過濾高干度脫水機理的研究.pdf

1、活性污泥無害化和資源化是今后活性污泥處置的發(fā)展方向。而活性污泥無害化和資源化的前提是經(jīng)濟高效的污泥高干度脫水。由于活性污泥胞內水的存在,直接采用機械過濾脫水方式很難使活性污泥含水率進一步下降。高含水率的濾餅對其后續(xù)的熱力干燥勢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,開展經(jīng)濟高效的污泥高干度脫水技術的研究,對推進污泥的資源化利用工作具有重要的理論研究意義和實際應用價值。本文結合蘇州市環(huán)保項目“城市生

2、活污水中污泥無害化處置、資源化利用關鍵技術的研究”(項目編號:N3117925)內容,在綜合國內外相關研究的基礎上,提出了利用蒸汽熱解作用與機械隔膜壓榨相結合的方法,對活性污泥進行高干度脫水。主要研究內容包括：
　　 ⑴首先通過對通入蒸汽后的污泥質量、動量和能量之間的相互作用機理的分析,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進行處理；然后利用國內外學者提出的多場耦合模型理論,結合相關壓榨過濾理論構建了污泥熱解壓榨過濾

3、過程中的溫度一應力一滲流狀態(tài)下的“活性污泥熱壓過濾高干度脫水耦合數(shù)學模型”。
　　 ⑵根據(jù)所構建的“活性污泥熱壓過濾高干度脫水耦合數(shù)學模型",以及所給出的定解條件(包括邊界條件和初始條件),將方程組簡化成一維模型,然后采用多物理場耦合軟件COMSOL,Multiphysics,根據(jù)模型試驗條件對其進行數(shù)值仿真。數(shù)值計算的結果表明:熱壓過濾過程中出現(xiàn)了尺寸效應和應力集中現(xiàn)象,這說明在熱壓流固耦合作用時,由于熱解和壓榨復合作用,在應

4、力分布區(qū)內出現(xiàn)了拉應力突變,從而導致濾餅發(fā)生了較大的形變和塌陷現(xiàn)象的產生。研究表明采用傳統(tǒng)的壓榨過濾方法,孔隙流體壓力隨壓榨時間的延長而逐漸消散。當采用熱解和壓榨復合作用方法時,污泥脫水過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,這說明在熱力作用下,活性污泥中胞內水受熱膨脹。但是,當溫度超過400K以后,濾餅厚度突然變薄。這說明含在污泥中的胞內水膨脹破裂被釋放出來了,在壓榨力的作用下濾餅厚度進一步下降,達到高干度脫水目

5、的。
　　 ⑶為進一步驗證熱解和壓榨復合作用理論的實用性,課題進行了“活性污泥熱壓過濾高干度脫水機理"的環(huán)境實驗。實驗分別對蒸汽加熱臨界溫度、壓榨作用力、過濾速率以及最佳壓榨脫水時間等工藝參數(shù)進行了實驗研究,并對脫水各過程中污泥微觀結構進行了比較分析。實驗結果表明:采用熱解和壓榨復合作用方法,濾餅含水率顯著的降低(58～63％),加熱溫度在(1350C～1450C)之間,脫水時間(25～30min)之間,壓榨作用力(0.6～1.