电渗透脱水对污泥热干燥特性的影响

Posted 2023-01-11 速率

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摘要：以污水厂机械脱水后的污泥作为研究对象，提出了采用电渗透-热干燥结合进行深度脱水的方法。通过对原泥以及电渗透脱水至不同含水率（67%、71%和76%）的污泥在热干燥过程中含水率和干燥速率的测定，分析电渗透脱水对污泥热干燥特性的改善规律。

结果表明，经电渗透脱水至含水率为67%和71%的污泥在热干燥过程中的传热传质速率及干燥速率有明显提高，且干燥温度越高，电渗透后污泥的干燥速率与原泥的干燥速率差距越大。相同电压梯度及相同温度下电渗透至67%后进行热干燥耗能最少。实际应用中应结合能耗分析选择合适的电渗透程度及干燥温度，以达到最优效果。

污泥作为污水处理过程中的必然产物，其产量随着污水处理量的提高而迅速增加，我国污泥产量已由1mm5年的650万t增加到2010年的2200万t。在欧美发达国家，污泥产量仍以每年5%～10%的比例增长，对人类生存环境与经济发展的影响日益突出，污泥的安全处理处置已成为一个亟待解决的环境问题。

剩余污泥生物质资源丰富，干污泥热值高达10MJ/kg，可用于生产生物燃料。但新鲜的剩余污泥含水率通常在mm%以上，经过浓缩、机械脱水后仍在，80%左右。大量水分不仅使得污泥体积庞大，还极大地降低了污泥的热值，为后续处理处置带来诸多困难。因此，深度脱水成为污泥处理处置过程中不可忽视的环节。

污泥深度脱水的方法主要有自然风干、热干燥脱水、机械脱水和电渗透脱水。自然风干法可使污泥含水率降至30%左右，但处理周期过长，设施占地面积大，且受气候的影响较大。热干燥脱水是最有效的污泥深度脱水方法，但大量化石燃料的消耗和复杂的设备使其投资和运行成本居高不下。

电渗透脱水技术具有固体颗粒不易堵塞过滤介质的优点，且脱水过程无相变，故可在较短时间和较低能耗下将污泥含水率降至接近60%。但是若进一步依靠电渗透脱水，电耗的迅速增加会使得运行成本急剧攀升。

尽管国内外学者在污泥干燥的基础研究方面做了大量工作，但其研究主要集中在常规脱水污泥干燥动力学模型、干燥速率的影响因素及设备效率上。本文结合电渗透脱水低能耗和热干燥高效率的特点，提出电渗透K热干燥相结合的污泥深度脱水方法。即先以电渗透脱水方式将污泥含水率降至70%左右，再用热干燥技术进一步深度脱水至30%以下，快速、低成本地完成深度脱水。

本文通过研究电渗透脱水对剩余污泥热干燥特性的改善规律，为污泥无害化、减量化和资源化处理提供一定的新思路和依据。

1实验材料与方法

1.1污泥来源

实验所用污泥取自天津纪庄子污水处理厂污泥的脱水车间。该厂处理的污水来源为市政污水，现污水处理规模为45*104 m3/d，污水主体处理工艺采用A2/O和<A/O工艺。污水处理产生的剩余污泥经浓缩后机械脱水，污泥含水率为81%。。

1.2实验装置

电渗透脱水装置如图1所示。阳极板4为涂有钌锡涂层的钛板，钛板上有直径为1.5mm的小孔用于释放电渗透脱水过程中产生的气体。阴极6为300目的不锈钢网，满足导电要求的同时不影响水分的排出，电渗透脱出的水分通过阴极网吸附到吸水材料7上。阳极板置于污泥上表面，同时提供5kPa的压力以保证极板与污泥紧密接触。污泥槽的截面尺寸为75mm*60mm。电脱水的电源由直流电源9提供。

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