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城市污泥的吸附电脱水特性研究与设备开发

作　者: 裴杨安
导　师: 马德刚；张仁龙
学　校: 天津大学
专　业: 环境工程
关键词: 电渗透脱水 吸附材料 外加电压 机械压力 阴极 能耗
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 2次
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内容摘要


电脱水技术基于污泥表面电荷的特性，通过电场力的作用，将水分与污泥颗粒分离，达到脱水的目的。本文将研究重点放在了污泥脱出水分的分离方式上，将水分由传统的依靠水分自身重力分离，转变为依靠吸水材料吸附分离。吸附分离可以将污泥中脱出的水分及时与电极分开，减弱对后续脱出水分的阻碍。添加吸水材料后，发现实验中污泥最终含水率和脱水能耗均低于不添加吸水材料情况。同时分析了在吸水材料辅助下，外加电压、机械压力、阴极形式对污泥电脱水的影响。本实验范围内的结果表明，对于5mm厚度的污泥饼来说，40~50V为其脱水较合适电压区间；污泥最终含水率随机械压力的增加先减小后基本不变，在21kPa压强处呈现最佳脱水效果；孔径为58μm（250目）不锈钢网作为阴极的时候，污泥电脱水效果较好，且可以代替滤布。本实验范围内得出的最佳操作条件为50V、21kPa，阴极为58μm（250目）不锈钢网，此操作条件下，电脱水90s可以将污泥含水率由82.7%降至56.1%，耗电为186kWh/t（湿污泥）。基于对当前存在的电脱水设备缺点的改进，研究设计出两种新型污泥电脱水设备。通过实际运行的考察，发现环状电场不仅缓解了电极受力变形的问题，而且电流衰减过程缓慢，可以更加快速、高效地脱除污泥中的水分。但是运行中仍然存在一些需要解决的问题，如污泥运动阻力偏大、脱水时间太短等。为优化污泥处理的单元操作，设计了三种污泥处理方案：方案一是污泥先干燥至含水率20%，然后进行焚烧，焚烧热量用于干燥；方案二是将污泥先电脱水至含水率70%，然后再热干燥至20%，最后焚烧发电；方案三是将污泥电脱水至含水率65%，然后干燥至20%含水率，最后进行焚烧发电。通过对比不同方案的能源消耗发现，方案一不能实现系统能量的自身平衡，需要额外补充能量，方案二和三不仅可以实现能量的自身平衡，还有部分热能输出。方案三较方案二输出的能量略多。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-8
第一章 绪论  8-20
  1.1 污泥的特性  9-11
    1.1.1 污泥中水分存在形式  9-10
    1.1.2 污泥的主要危害  10-11
  1.2 污泥传统处理方法  11-15
    1.2.1 浓缩  11-12
    1.2.2 机械脱水  12-14
    1.2.3 热干燥  14-15
    1.2.4 传统处理方法的不足  15
  1.3 电渗透的概述  15-18
    1.3.1 电渗透理论  15-16
    1.3.2 研究现状  16-18
  1.4 研究意义和内容  18-20
    1.4.1 研究意义  18-19
    1.4.2 研究内容  19-20
第二章 吸附电脱水静态实验  20-32
  2.1 实验装置和材料  20-23
    2.1.1 实验装置  20-21
    2.1.2 实验材料  21-23
  2.2 实验方法  23-25
    2.2.1 吸水材料  23-24
    2.2.2 电压的选择  24-25
    2.2.3 阴极形式的选择  25
    2.2.4 压强的选择  25
  2.3 实验结果及讨论  25-31
    2.3.1 吸水材料对电脱水的影响  25-27
    2.3.2 电压对电脱水的影响  27
    2.3.3 阴极形式对电脱水的影响  27-29
    2.3.4 压强对电脱水的影响  29-30
    2.3.5 吸附电脱水操作工况的选择  30-31
  2.4 小结  31-32
第三章 污泥电脱水设备的开发  32-45
  3.1 平板电场与压力协同作用下污泥电脱水设备  32-36
    3.1.1 设备现状  32-33
    3.1.2 开发内容  33-34
    3.1.3 实施方式  34-36
    3.1.4 问题分析及解决  36
  3.2 环状电场与压力协同作用下污泥电脱水设备  36-44
    3.2.1 开发内容  36-37
    3.2.2 实施方式  37-39
    3.2.3 结果及讨论  39-44
  3.3 小结  44-45
第四章 能量平衡分析  45-54
  4.1 热干燥—焚烧  46-48
  4.2 电脱水—热干燥—焚烧发电  48-50
  4.3 电脱水—热干燥—焚烧发电  50-53
  4.4 小结  53-54
第五章 结论与建议  54-56
  5.1 结论  54-55
  5.2 建议  55-56
参考文献  56-62
发表论文和参加科研情况说明  62-63
致谢  63

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 废物处理与综合利用 > 一般性问题 > 废水的处理与利用
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