电渗透-负压微波深度干化含油污泥效能研究

摘要

在油田开发以及石油化工企业生产过程中，钻井、作业、原油处理、原油储运、含油污水处理等方面会产生大量污染物，含油污泥是其主要污染物之一，它是一种由泥、沙与油组成的混合体系。含油污泥的减量化、无害化和资源化处理将成为污泥处理处置技术发展的必然趋势。含油污泥的深度干化减量处理对于社会发展具有重要意义。 本文以含油污泥作为研究对象，设计采用电渗透-负压微波联合工艺对其进行深度干化研究，通过单因素试验确定电渗透脱水工艺与负压-微波干化工艺对含油污泥深度干化的影响因素；然后通过正交试验分别研究确定电渗透和负压微波深度干化工艺的最优工艺参数进而分析电渗透-负压微波联合工艺对含油污泥的深度干化效果，并对其干化动力学及运行能耗进行了分析。 研究成果主要包括以下几个方面： 1.研究了电渗透工艺在不同污泥厚度、电压、电流以及机械压力等条件下含油污泥脱水效果，探讨其对含油污泥含水率变化影响的机理，使用响应曲面模型分析含油污泥电渗透脱水各因素显著性，确定了电渗透脱水最优参数为40 V电压、75 kPa机械压力、1.0 cm污泥厚度。建立了含油污泥电渗透脱水动力学模型，将试验数据带入常用薄层干燥模型，Logarithmic模型对不同条件下电渗透脱水试验结果的模拟拟合的相关性较高，可用于预测含油污泥在电渗透脱水时含水率随时间的变化规律。 2.研究了负压-微波装置中不同污泥体积、微波功率、负压等对污泥脱水效果的影响，探讨其对含水率变化的影响，并研究含油污泥脱水效果，使用正交试验分析含油污泥负压-微波干化各因素显著性，并计算得出多元线性回归模型，使用Origin软件对试验数据与常用薄层干燥模型进行拟合，对拟合结果进行分析并验证其相关性，确定了负压-微波干化最优参数为700 W微波功率、50 g污泥量、-0.06 MPa负压。建立了污泥干燥动力学模型，Logarithmic模型对负压-微波干化的模拟拟合相关性较高，为负压-微波干化工艺工程应用提供支持与依据； 3.探究了电渗透-微波联合深度干化综合效能，通过对电渗透脱水后污泥的负压-微波干化试验探究电渗透对含油污泥后续干化的效果影响。采用动力学模型分析其试验数据，结合干化能耗分析探究该联合干化工艺可行性。1t含油污泥在最优参数条件下使用电渗透脱水使含水率降低至58.65%，能耗为379 kW?h；1 t含水率80%的含油污泥在负压-微波干化处理至40%时能耗为602.2 kW?h，处理至含水率60%时能耗为468.0 kW?h。采用“电渗透-负压微波”组合工艺时，通过电渗透脱水将含水率高的含油污泥脱水至含水率60%左右，后续使用负压-微波干化，含水率降低至40%，能耗为563.2 kW?h。该组合工艺可大幅度节省能源，降低含油污泥处理成本，为含油污泥电渗透-微波联合深干化工艺工程应用提供理论与技术支持。

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摘 要

Abstract

第一章 绪论

1.1概述

1.1.1课题来源

1.1.2含油污泥概述

1.1.3含油污泥的来源

1.1.4含油污泥的性质

1.1.5含油污泥的危害

1.1.6含油污泥深度干化的必要性

1.1.7含油污泥干化处理工艺的发展趋势

1.2污泥深度干化工艺发展与研究现状

1.2.1污泥深度干化的目的

1.2.2污泥深度干化工艺现状发展趋势

1.2.3污泥深度干化的发展趋势

1.3电渗透技术在污泥干化中的应用

1.3.1电渗透脱水技术的基本原理

1.3.2电渗透脱水技术的研究现状

1.3.3电渗透脱水技术的优缺点

1.4微波技术在污泥干化中的应用

1.4.1微波干化技术的基本原理

1.4.2负压-微波干化技术的研究现状

1.4.3负压-微波干化技术特点

1.5主要研究目标及创新之处

1.5.1主要研究目标

1.5.2研究创新点

1.6论文研究内容及技术路线

1.6.1主要研究内容

1.6.2技术路线

第二章 含油污泥的电渗透试验研究

2.1试验材料与仪器

2.1.1试验材料

2.1.2试验仪器

2.1.3试验方法

2.2电渗透脱水单因素试验研究

2.2.1污泥厚度对电渗透脱水效果的影响

2.2.2机械压力对电渗透脱水效果的影响

2.2.3电压梯度对电渗透脱水效果的影响

2.2.4电渗透脱水过程中电流分析

2.2.5污泥含油率对电渗透脱水效果的影响

2.3正交试验

2.3.1正交试验结果

2.3.2显著性分析

2.3.3响应面分析

2.3.4最佳运行参数分析

2.4电渗透脱水动力学分析

2.4.1干化动力学模型概述

2.4.2干化动力学模型的建立

2.4.3干化动力学模型的验证

2.5本章小结

第三章 含油污泥的负压-微波试验研究

3.1试验材料及仪器

3.1.1试验材料

3.1.2试验装置

3.1.3试验方法

3.2含油污泥负压-微波单因素试验研究

3.2.1微波功率对干化效果的影响

3.2.2负压对干化效果的影响

3.2.3污泥量对干化效果的影响

3.2.4含油量对干化效果的影响

3.3正交试验研究

3.3.1正交试验影响因素分析

3.3.2影响因素的定量研究

3.3.3最佳运行参数分析

3.4负压-微波干化动力学分析

3.4.1干化动力学模型的建立

3.4.2干化动力学模型的验证

3.5本章小结

第四章 电渗透-微波联合深度干化效能研究

4.1试验材料与方法

4.1.1试验材料

4.1.2试验方法

4.2电渗透-微波联合深度干化效能分析

4.2.1联合干化参数的确定

4.2.2电渗透脱水对含油污泥后续微波干化的影响

4.2.3联合干化效能分析

4.3电渗透-微波联合深度干化动力学分析

4.4电渗透-微波联合深度干化能耗分析

4.4.1电渗透脱水系统能耗分析

4.4.2负压-微波干化系统能耗分析

4.4.3电渗透-微波联合深度干化工艺综合能耗分析

4.5本章小结

第五章 结论与建议

5.1结论

5.2不足与建议

参考文献

致 谢

攻读硕士学位期间发表的主要成果