污泥微波连续型调理装置的研制与实验研究

摘要

污泥的产量逐年增加，因含有重金属、病毒和有机污染物，污泥逐渐成为一个严重的环境污染问题。在污泥资源化处理的过程中，高含水率是影响污泥后续处理的一个关键因素，因此污泥的深度脱水对污泥的处理与处置非常重要。微波技术应用于污泥调理是一项能够有效实现污泥深度脱水的方法。在实际的生产过程中污泥是连续产生的，因此对污泥微波连续调理装置的研制与实验研究是必要的。
　　研究中首先对微波技术在污泥调理领域的应用进行了大量的调研，设计了第一代污泥微波连续型调理装置。然后根据前期实验和初步设计改造了实验室原有的设备，应用高频电磁仿真软件(HFSS)对谐振腔进行仿真模拟，分析电场分布情况，设计了圆柱形流道与螺旋形流道，搭建了第二代污泥微波连续型调理实验装置。在不同条件下分别进行间歇型与连续型实验，测定污泥沉降比(SV)、污泥的粒径、毛细吸水时间(CST)与含水率。根据实验结果以及模拟仿真结果设计了第三代污泥微波连续型调理装置并进行了实验。在污泥调理实验的基础上还进行了不同微波条件下的厌氧发酵实验，研究微波对污泥厌氧发酵产气率的影响。
　　模拟结果表明，应用螺旋形流道吸收微波能量比圆柱形流道吸收多了57.93％，谐振腔内电场分布更均匀，易于实现对污泥的均匀作用。污泥调理实验结果表明，微波能够促进污泥脱水特性提高。应用第二代连续型调理装置在低微波功率300～500W的条件下，间歇型实验中污泥含水率低，在功率为300W作用时间为60s的条件下含水率最低值为77.29％;在高功率600～700W的条件下，在相同条件下间歇型与连续型调理含水率相差不大，但是污泥的粒径偏小。应用第三代微波调理装置进行实验，微波功率为400W时厌氧污泥CST最低值为9.2s，好氧与厌氧污泥的最低含水率分别为83.28％和77.10％。微波功率为500W时，好氧与厌氧污泥CST值最低为12.9s和10.9s，含水率最低为87.18％和79.72％，粒径都随温度的升高而降低。污泥厌氧发酵产期实验结果表明，微波能够有效提升污泥厌氧发酵产氢能力，产气率可达7.967％。
　　本研究为研制连续型污泥调理装置提供了设计与实验基础。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 污泥调理技术

1．2．1 化学调理技术

1．2．2 物理调理技术

1．2．3 超声调理技术

1．2．4 微波调理技术

1．3 污泥脱水特性表征

1．4 污泥微波调理装置国内外研究现状

1．4．1 国外研究现状

1．4．2 国内研究现状

1．5 微波辐射的数值模拟研究

1．6 研究方法与内容

第二章 污泥微波连续型调理装置的设计

2．1 微波辐射原理

2．2 微波技术的优点

2．3 第一代污泥微波连续型调理装置

2．3．1 微波装置的主要组成

2．3．2 装置设计

2．4 第二代污泥微波连续型调理实验装置

2．4．1 微波调理实验装置的搭建

2．4．2 螺旋流道的设计

2．5 第三代污泥微波连续型调理装置

2．5．1 设计步骤

2．5．2 工作频率的选择

2．5．3 波导选型

2．5．4 谐振腔尺寸的设计

2．5．5 主要尺寸的设计

2．5．6 漏能抑制器的设计

2．5．7 流道的设计

2．5．8 污泥微波连续型调理装置设计图与实物图

2．6 本章小结

第三章 污泥微波调理装置的仿真模拟

3．1 引言

3．2 电磁仿真软件的选择

3．3 空腔态下谐振腔模拟计算

3．3．1 HFSS设计流程

3．3．2 模型简化

3．3．3 空腔边界条件设置

3．3．4 仿真结果与分析

3．4 有流道的谐振腔模拟计算

3．4．1 螺旋流道的设计

3．4．2 螺旋形流道的电磁仿真模拟

3．4．3 圆柱形流道的设计

3．4．4 圆柱形流道的电磁仿真模拟

3．5 本章小结

第四章 污泥微波连续型调理实验

4．1 第二代连续型实验装置介绍

4．2 实验材料与仪器

4．2．1 实验过程

4．2．2 实验结果与分析

4．3 第三代连续型实验装置调理实验

4．3．1 实验过程

4．3．2 实验结果与分析

4．4 本章小结

第五章 污泥微波厌氧发酵产气实验

5．1 厌氧消化

5．1．1 厌氧消化原理

5．1．2 影响微波调理污泥厌氧消化的主要因素

5．2 实验材料与仪器

5．3 实验结果与分析

5．3．1 前期实验

5．3．2 未经微波调理的污泥厌氧发酵产气实验

5．3．3 经微波调理的污泥厌氧发酵产气实验

5．3．4 污泥加入酵母与葡萄糖后厌氧发酵产气实验

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者和导师简介