基于渗流理论污泥电脱水模型的构建

摘要

污泥脱水程度会对其减量化及后续处置和资源化利用产生直接影响，利用电场对污泥进行脱水（即电脱水）在污泥深度脱水中起着举足轻重的作用，但当前研究多集中于实验分析和操作条件优化。本文以渗流理论为基础，结合电场导电原理，对水分在污泥中实现固液分离的具体过程进行分析，并推导出污泥电脱水的数学模型，从理论角度分别得到表征脱水量Q和电流I随时间t变化的数学表达式，并通过实验来验证数学模型的准确性,结果表明：数学模型与实验结果具有较高的一致性，平均相对误差均不超过10％。
　　为了对电脱水进行更加深入的研究，本文从化学调质和物理处理等角度提出电脱水的改进措施，观察它们对电脱水的改进效果，在此基础上分析它们对电脱水模型中参数K1、K2、K3、K4的影响，最终得出修订的污泥电脱水模型。
　　本文利用氯化钙和表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(以下均简称 CTAB)分别对污泥进行化学调质，观察不同剂量的药品投加量对污泥脱水量和电流的影响，结果表明，随着氯化钙和表面活性剂CTAB投加量的增加，污泥的脱水量明显升高；与未添加化学药剂的电脱水相比，添加了氯化钙的污泥在电脱水过程中初始电流出现大幅度上涨，而添加了表面活性剂CTAB的污泥在电脱水过程中初始电流变化无明显规律性；与单纯电脱水相比，两者衰减趋势均十分显著，但电流整体仍维持在比单纯电脱水高的水平。
　　前期研究表明，在电压梯度为30V/cm时，将频率20kHz、功率40W的超声波在电脱水前对污泥进行3.5min的预处理，在一定程度上提高了污泥脱水率。本文中增加了正交实验，对超声预处理的最优方案进行验证，结果与探究实验的结果一致。经过超声预处理后，污泥的初始电流明显升高，达到5.45A,并且电流衰减趋势十分明显；与单纯电脱水相比，脱水量也在一定程度上增加。
　　Ca2+、CTAB、超声分别对污泥进行预处理，改善了污泥内部絮体结构特征以及水分存在形式，导致导电电阻发生变化，最终对电渗流量和电流的产生影响。通过校正模型中与电阻相关的参数，对电脱水模型进行修订，得到经过Ca2+、CTAB、超声预处理后污泥的电脱水模型。
　　本文还在扫描电镜下观察了经过 Ca2+、CTAB和超声预处理后的电脱水污泥的微观结构，与原污泥相比，污泥絮体结构均发生显著的改变。

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第一章 绪论

1.1污泥的特性危害

1.2脱水重要性

1.3传统的污泥脱水方法

1.4电脱水技术概述

1.5研究意义和主要内容

第二章 电脱水模型的建立

2.1模型意义

2.2物理模型与基本假设

2.3模型的构建

第三章 模型的实验验证

3.1实验材料

3.2实验装置

3.3实验试剂

3.4实验方法

3.5实验验证

第四章 污泥电脱水的改进措施

4.1氯化钙预处理对电脱水的改进探究

4.2 CTAB预处理对电脱水的探究

4.3超声预处理对电脱水改进研究

4.4泥饼微观形貌分析

第五章 结论与建议

5.1结论

5.2建议

参考文献

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