污泥螺旋浓缩电渗透带式振动压榨一体化高干度脱水技术的研究.doc

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1、污泥螺旋浓缩电渗透带式振动压榨一体化高干度脱水技术的研究 苏州大学学位论文独创性声明本人郑重声明:所提交的学位论文是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果,也不含为获得苏州大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。论文作者签名: 日里终广苏州大学学位论文使用授权声明本人完全了解苏州大学关于收集、保存和使用学位论文的规定,即:学位论文著作权归属苏州大学。本学位论文电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。苏州大学有权向国

2、家图书馆、中国社科院文献信息情报中心、中国科学技术信息研究所含万方数据电子出版社、中国学术期刊光盘版电子杂志社送交本学位论文的复印件和电子文档,允许论文被查阅和借阅,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存和汇编学位论文,可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索。涉密论文口本学位论文属在?年一月解密后适用本规定。非涉密论文留论文作者签名:矍丛日期:塑绰垒习日导师签名:麦雌日期:垄丛生衄胗.污泥螺旋浓缩【渗透带式振动卡.榨一体化高十度脱水技术的研究 中文摘要中文摘要目,通用的污泥脱水方法,脱水后的滤饼含水率通常在%左右,高含水率的滤饼不但不利于运输、堆放,而且会给其后续处理带来一定困难,

3、因此,城市污泥高干度脱水技术的研究就变的十分重要了。本课题通过对国内外相关污泥脱水技术的研究,在总结先进污泥脱水技术的基础上,针对滤饼高含水率的原因是胞内水如何释放以及高干度压榨脱水问题,本着经济高效地对污泥进行脱水的原则,提出了“污泥螺旋浓缩电渗透带式振动压榨一体化高干度脱水技术”的研究课题。本文通过研究,首先构建了“污泥螺旋浓缩电渗带式振动压榨过滤脱水模型”;在理论研究的基础上,进行了试验研究,通过试验研究对系统工艺参数进一步优化,初步证明了该方法能够较好的对污泥进行经济、高效、高干度脱水。本文主要研究内容如下:第一章绪论。首先阐述了课题来源及研究意义,通过对国内外污泥高干度脱水技术的研究

4、,重点探讨了电渗透脱水技术和带式压榨脱水技术的研究现状和存在问题。通过分析,提出了采用“污泥螺旋浓缩电渗透带式振动压榨一体化高干度脱水的方法”,对污泥进行高干度脱水,进一步确立了本课题主要研究内容。第二章方案设计。本章根据课题要求,先后设计了三种“污泥高干度脱水工艺方案,通过比较分析,以经济高效地对污泥进行脱水的原则,最后确立了一种经济、高效、高干度脱水的工艺方案。第三章“污泥高干度脱水模型的构建。依据确立的“工艺方案”,根据带式压榨过滤和电渗透脱水理论,通过研究,首先从理论上分析了脱水过程中电渗透、带式压榨以及振动压榨等对污泥脱水效果的影响,最终构建了污泥螺旋浓缩电渗透带式振动压榨过滤脱水模

5、型。第四章仿真分析。根据所构建的“污泥脱水模型”,然后采用仿真分析软件烈对其进行数值仿真。仿真分析结果表明:污泥在电场作用下,其滤液量明显增加表明胞内水被释放出来了,同时,滤液流速也加快,滤饼含水率显著降低;在振动压榨力作用下滤饼含水率降到较低值表明污泥中的游离水也得到了进一步降低。第五章试验研究。为了进一步验证该理论方法的真实性、可行性,本课题进中文摘要 污泥螺旋浓缩电渗透带振动压榨一体化高干度脱水技术的研究行了环境试验,通过试验分别对电极材料、电场强度、压榨力、振动频率、振幅等对污泥脱水效果的影响进行了较为深入的研究,并对系统工艺参数进一步优化,试验证明,当进料浓度含水率%,作用电场强度/

6、之间,脱水时间之间,滤带压榨作用力.?.,振动频率,振幅,滤饼含水率在%之间。第六章总结。本章主要是对本文所做的工作进行回顾和总结以及论文主要创新点,探讨了论文存在的问题及该课题今后研究方向等。本文主要创新点:率先提出了一种污泥高干度脱水新技术?污泥螺旋浓缩电渗透带式振动压榨脱水技术。构建污泥螺旋浓缩电渗透带式振动压榨过滤脱水模型。对传统带式污泥脱水机进行了改进增加了螺旋浓缩、电渗透、振动压榨装置,对其进行了环境试验,通过试验对相关参数进行了参数优化,为该技术的实际应用奠定了试验基础。关键词:污泥螺旋浓缩;电渗透;带式过滤;振动压榨高干度脱水作 者:罗敏指导教师:芮延年墨堂竺旦坚壁里璺堂堕咝兰

7、些堑堕坐型唑些坐竺竺竺塑竺堕咝壁型兰竺苎 垒竺%, % .衔 锄锄 ,.,.曲 、觚 .肌 眦肌.、,锄. 印 “曲锄 鲈 硒. ,嬲 . 锄 伍 瑚: 锄, 鲥.,锄,曲锄 锄 . “ 黟 ”. ,锄 .,:.”曲 ”. , 卸 辩们 唑,晖 、瓶 曲铲 啪 ”.印 量:”曲 、铲锄”, 锄 锄”巧 ., “曲仃 锄刚 .”:.盯 啪,脚. :甜锄 、忻仃;曲 ;, 鹏 锄时; .如: .,锄巧 衄曲锄“ 陆 嬲 圮仃仃 ,., .一“.撇锄:%弱 、?% 锄 ,/瑚, 踊 , 明乱,.,舶似舢. 撕:咖. 彻【,印锄. 衄啮、析弱: 陀 阳 陀 ? . “ 鲈 ” .仃鹤, .姗硎 乏 .

8、;: ; .:。 :锄目 录第一章 绪论”.研究背景及意义?.污泥高干度脱水研究的国内外研究现状?.带式过滤脱水国内外研究现状.电渗透脱水研究的国内外研究现状”.本论文主要研究内容?第二章方案设计?“.带式振动压榨脱水方案一?一.电渗透带式过滤脱水方案二.污泥螺旋浓缩电渗透带式振动压榨一体化高干度脱水方案三?.本章小结第三章污泥高千度脱水模型的构建?.带式压榨过滤?”.重力脱水方程.一维压榨方程.三维压榨方程.电渗滤水方程?“.电渗理论.电渗滤水方程.振动压榨脱水?一.带式过滤电渗透振动压榨复合作用模型.本章小结第四章仿真分析?”.简介.系统模块及特点.流体分析数值解法?.仿真模型的建立”.模

9、型描述.材料的定义?.网格的划分?.边界条件.模拟结果分析?”.振动压榨对滤饼的影响.电场强度对渗流场的影响?.本章小结?第五章试验设计与研究.试验研究目的及内容?“.试验材料?.试验研究?.试验设备.试验研究.试验结果分析讨论?一.电极材料对滤饼脱水效果的影响.电场强度对滤饼脱水效果的影响.振动压榨对滤饼脱水效果的影响?.脱水时间对滤饼脱水效果的影响?.电渗透带式压榨复合作用对滤饼脱水效果的影响.本章小结?第六章总结与展望?.总结?.主要创新点.问题与展望参考文献攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文?致射污泥螺旋浓缩电渗透带式振动压榨一体化廓十度脱水技术的俐究 第一章绪论绪 论第一章.

10、研究背景及意义我国污水处理的发展起步相对较晚,在早期的建设中,污水处理厂普遍存在着“重水轻泥的现象,一味追求污水的处理率,而忽略了污泥的处理及处置。随着社会经济、城市化的快速发展及国家节能减排工作的进行,我国对污泥处理日益重视。但伴随着污水处理厂数量不断地增加,它的副产品“污泥”的产生量也越来越大。.年中国污水处理行业投资分析及前景预测报告:截止年底,全国已建成城镇污水处理厂座,总处理能力超过亿立方米/日;在建城镇污水处理项目个,可新增污水处理能力约为万立方米/日。据估算,目前中国城市污水处理厂每年排放的污泥量干重大约为万吨,而且年增长率大于%。如果城市污水全部得到处理,则将产生污泥量干重为万

11、吨,占中国总固体废弃物的.%。由于污泥成分很复杂,含有大量的有毒、有害物质,若未经恰当处理而进入环境后,不仅将占用土地而且易造成二次污染。因此,如何科学的处理处置这些污泥,使其减量化、稳定化、无害化和资源化,已成为我国乃至世界当前面对的重要环境问题之一。目前,污泥处理处置方法大致可以分为三类:一是土地利用,这也是当前很多发达国家使用最广泛的污泥处置方法之一。污泥中含有丰富的腐殖质、有机物及植物所必需的各种微元素、等,不仅能够为植物的生长提供大量的营养物质,提高土壤肥度,还能改良土壤结构,改善土壤的物理化学性质【捌,所以将剩余污泥回收利用在土地上,可以作为农作物及植物的有机肥料,进而达到对剩余污

12、泥充分的资源化利用。污泥土地利用所面临的问题主要有:造成施用地环境卫生状况恶化;未经稳定化处理的污泥会导致土地微生态条件的变化,从而有可能使农作物的生长受损:毒害物质会通过食物链转移,危害到人类的身体健康【】。因此,欧美国家都对剩余污泥回收利用于土地的标准作了很严格的规定。此外,由于目前国内常用的浓缩脱水后的污泥含水率太高,如果直接作为农作物及植物的有机肥料,将造成运输量大且管理困难,会给实际操作带来较大的麻烦。二是污泥填埋。填埋具有处理量大、效果明显、对污泥的卫生学指标和重金污泥螺旋浓缩电渗透带式振动琏榨一体化高干度脱水技术的研究第一章绪论属指标要求较低等优点,而污泥的其他处理方法投资较大,

13、运行成本相对较高,鉴于我国的国情和经济条件,因此,污泥的填埋处理方法还一直在使用,而且还会持续相当一段时间。作为一种不可或缺的过渡式处理途径,填埋式的污泥处理方法还有增大的趋势。但污泥填埋也存在场地不易寻找、运输和填埋场地等费用较高、填埋容量有限、有害金属成分渗漏到地下水源造成二次污染等问题。这种方法在一段时期是发挥了一定作用,但随着我们现在对环境指标的要求越来越高,它的弊端便明显了。三是污泥的资源利用,即通过科学的技术将污泥变成可利用的且对环境无害的一种资源,现阶段污泥的资源利用主要是污泥燃料化。由于污泥中含有大量的有机物质,进行脱水后的低含水量率的污泥发热量较高,可按照一定的比例和煤炭混合

14、后作为燃料。表.是对污泥和其他燃料发热量进行比较。表.城市污泥处理厂污泥与其他燃料发热量对比【燃料种类 褐煤 木材 初沉池污泥 剩余活性污泥. .发热量/城市污泥含水率一般为.%,体积较为庞大,不仅占用大量的土地,环境受到污染,而且还会造成资源的浪费。所以要将污泥变得稳定、方便利用,首要任务就是要进行污泥减量、减容处理,即要使污泥的含水率降低到一定程度。要降低污泥的含水率,首先要弄清楚污泥中水分存在的形式。污泥中的水分大致可以分为三部分:自由水游离水,分布在污泥颗粒之间;毛细水,即颗粒间毛细管内的水;化合水胞内水,污泥颗粒内部或微生物细胞内的水捌。降低污泥含水率的方法主要有浓缩法、污泥调制法、

15、机械脱水法、干燥和干化等。目前,大中型污水处理厂均采用机械脱水,主要有加压过滤、离心脱水、真空过滤和旋转挤压等。而污泥是由亲水性胶体和大颗粒凝絮体组成的非均匀相体系,具有胶体性质,机械脱水的方法只能去除部分自由水,很难将毛细水和胞内水除去,所以脱水后的污泥含水率相对还是很高%一%。近年来,随着社会进步和科学技术的发展,一些新科技已渗透到机械脱水技术中来,如化学絮凝带式压榨脱水法、电渗透脱水法、超声脱水法等。.污泥高干度脱水研究的国内外研究现状.带式过滤脱水国内外研究现状带式压榨过滤是近十多年来国内外广泛用于污泥脱水的一种固液分离技术。污泥螺旋浓缩电渗透带式振动胝榨一体化商十度脱水技术的研究 第

16、一章绪论它通过化学絮凝专带式重力脱水一带式压榨脱水等方式对污泥或者细微工业料浆进行高效脱水。这种化学絮凝分离和机械压榨相结合的固液分离方法,称为带式压榨过滤。带式压榨过滤技术的产生和应用可以说是对传统固液分离技术的重大改革,最早是由西德人于年首先研制成功的,其技术的具体应用为带式压榨过滤机。由于带式压榨过滤机具有操作自动化,生产能力强,维持管理容易,机械性能优异且耐久性良好:适用各种污泥脱水,多重脱水后的滤饼含水率低;低速运转,无振动无噪音,运行安全可靠等优点,引起了各国的重视,纷纷投入了大量人力和物力对其进行研究开发。年,奥地利公司首先推出.型带式压榨过滤机,并成功应用于浮选尾煤脱水。至今公

17、司已生产出滤带宽度为.各种规格的带式压滤机多台,并已应用到了很多领域。法国公司生产的带式压榨过滤机是目前公认的市政污泥脱水最好的设备之一。我国引进的带式压榨过滤机中,有%以上是该公司生产的产品,主要应用于城市污泥脱水。日本设计和生产的带式压榨过滤机最具有特色,它所设计和生产的带式压榨过滤机除了采用变直径脱水辊,滤带作形行走外,多数带式压榨过滤机还设有高压压榨机构,即最后的脱水辊为高压压榨辊,可使滤饼的含水率达到很低点【。但是由于其结构复杂,高压压榨会减短滤带寿命,所以日本生产的多种高压压榨型带式压榨过滤机并没有得到广泛应用。从年代后期,我国才开始这方面的研究开发工作,合肥通用机械研究所、沈阳禹

18、华环保有限公司等十多家单位对带式压榨过滤技术进行了较深入的研究开发,取得了很多成果。到目前为止,国内已生产各类机型的带式压榨过滤机多台,发表的有关论文多篇。无论在理论研究,还是制造应用方面,均取得了较大的成就。从近年研究统计结果来看,国内外发表的有关带式压榨过滤技术的论文,主要侧重应用研究,而深层次的机理研究较少。通常带式压榨过滤机的脱水过程分为:料浆悬浮液的预处理、重力脱水、楔形预压脱水和机械压榨脱水四个过程。本文重点研究后面三个过程。其脱水工艺系统如图.所示。污泥螺旋浓缩电渗透带式振动压榨一体化高十度脱水技术的研究第一章绪论?竺竺?鹃. 图.带式压榨过滤脱水工艺系统由图.可以看出,待脱水的

19、料浆与絮凝剂同时进入管道混合器内进行混凝反应,混凝反应后的料浆随即流入到带式压榨过滤机的重力脱水段上,料浆中的一部分液体依靠重力作用流过滤带,即先脱去一部分游离水,经重力脱水后的料浆翻落到下滤带上,在两条滤带夹持作用下,进行“楔形预压脱水。料浆在“楔形预压段受到渐进的梯度压力,料浆开始滑动摊平和受压脱水,为后面压榨脱水做好准备。紧接着料浆进入型压榨脱水段,在此段料浆被夹持在上下两层滤网中间,经过若干个由大到小的辊筒反复挤压和剪切作用,进行压榨脱水,使脱水后的料浆呈滤饼状排出。.电渗透脱水研究的国内外研究现状虽然电渗透用于污泥脱水的技术是近几年才被重视,但对于电渗透脱水的研究已经有了较长的历史。

20、早在年,俄国科学家就发现了电渗透现象,即分散介质在外加电场作用下,相对于固定的固体表面作定向电极运动的现象。电渗透在食品方面的应用年,铃木康夫等在食品加工方面研制出螺旋压榨与电渗透相结合的连续脱水装置,试验研究发现:若只采用机械压榨,鱼肉最终水分含量在%以上,而采用电渗透与机械压榨相结合,则最终水分含量将低于%。梁运章和丁昌江【】发明的一项实用型干燥技术?高压电场干燥技术,并获得了专利,已经实现了产业化。该技术的特点是物料不升温,速度快,且能很好的保存生物物料的有效成分。通过对各种物料的高压电场干燥试验,发现高压电场污泥螺旋浓缩电渗透带式振动脉榨一体化商十度脱水技术的研究 第一章绪论干燥具有节

21、约能源、不污染环境、干燥均匀、物料不升温、还可杀灭细菌的优点,并利用电流体动力学原理对含水物料进行分析,结果表明电场能传质是由两种作用力作用的结果。中国农业大学的李修渠等【】以豆渣为原料,进行电渗透脱水试验,结果表明:提高施加电场的电压,可有效地提高豆渣的电渗透脱水速率。针对连续直流电渗透脱水中出现的局部电阻增大和电极与物料接触处的电化学反应问题,采用不等占空比电场的方法来提高电渗透脱水速率,并分析了电渗透过程中电压梯度和电流的变化。电渗透在煤炭方面的应用邵武等【】研究发现,在选煤生产中浮选精煤的脱水过程中使用电化学脱水方法有一定效果。与加压过滤和真空过滤等机械脱水方法相比,加压一加电的脱水方

22、法优于其他方法,通过试验研究,发现物料的脱水效果与其性质有着密切的联系,如物料的浓度、粒径等,这是因为在电极一定的情况下,电场力大小由电场强度决定,物料阻值由入料浓度决定。.对浮选黄铁矿后的尾矿进行了电渗透脱水的研究。将尾煤填满池子后,通入电场进行脱水,由于大部分水很快被脱去,给挖掘、运输带来了方便,除此之外,脱水后的尾煤还可作为改良酸性土壤的中和物利用【】。苏联科学家的研究成果【:早在年就提出用电凝聚法处理格鲁谢夫选矿厂呈细粒分布的锰矿泥,还研制了用于澄清洗煤厂的煤泥水的电凝聚装置,该装置由直流电源和圆柱形电极组成,其功率为千瓦,所需电流大约安培,生产能力米/小时。该装置安放在苏联一洗煤厂的

23、圆锥浓缩机上方,试验证明煤泥水经电凝聚处理后可使浓缩产物的平均密度从提高到公斤/米,同时可以稳定浓缩机的工作。美国的.公司】是较早将电渗技术应用于脱水的公司,并已应用于高岭土脱水工业生产中。美国的.等【在实验室对微细颗粒的煤泥悬浮物进行加压与电渗透结合脱水,当压榨力为千帕,电压为伏特直流电,电流在.安培的情况下进行多次试验,并进行了在添加表面活性剂后,对脱水速度及电化学影响的试验,然后对最优化参数进行了选择。在日本,已经研发出了实用型的电渗透脱水机。多年来人们对电渗透脱水的机理及其应用进行了很多的研究,当施加直流电场在物料上,电流从物料层流过,污泥螺旋浓缩电渗透带式振动压榨一体化高十度脱水技术

24、的研究第一章绪论物料和电极之间的接触处将会发生一系列电化学反应,致使物料的值发生变化,形成电势梯度,对电渗透的脱水有极大的影响。而这项技术的研究在我国才刚刚开始,中国矿业大学的单忠健教授于年代开始对尾煤脱水进行研究,从理论上建立了简单的数学模型,并进行了工业试验。从年代后期开始,单忠健教授指导研究生将电化学方法应用于浮选尾煤的脱水,研究了电化学方法以及与真空过滤、活塞挤压脱水和带式挤压等机械过滤组合的工艺用于各种浮选精煤脱水的基本理论和可行性,研制了基本的样机,进行了半工业性试验,取得了一些阶段性成果。澳大利亚的和美国的等人也在同期进行了大量研究。电渗透在污泥方面的应用年,【将电渗透技术应用于

25、泥炭脱水,并进行了相关试验,但是由于电渗透应用在理论和技术上还有一些难点,因此长期以来未能得到广泛的应用。年,德国土力学家卡萨格兰德笋第一次将电渗现象引入到土力学中,于年第一次将电渗法成功运用于铁路挖方边坡工程中,此后电渗法同。样成功应用于不同类软土的加固中年美国应用电渗透和电泳法脱水的动电学浓缩法固结矿泥废物一文中指出电渗透法和电泳法简单,成本低,作用快,能使矿泥很快脱水。年,酞分析了在恒压条件下电渗透脱水过程,应用方程,建立了多孔物料层中,电渗透脱水速率公式,为电渗透脱水的实际应用奠定了基础。年清华大学的周加祥等针对竖直电场脱水过程中产生的阳极接触电阻对电脱水过程的影响,提出了一种新的电脱

26、水技术,即应用水平电场进行污泥电脱水,此方法不仅减小了阳极接触电阻,而且提高了过程效率,简化了设备结构,使其更适宜于大规模污泥脱水。天津大学的马德刚和张书廷【】提出了电场协同作用下污泥热干燥的方案,结果表明,在电压为作用下,污泥的粘壁强度可降低到不加电场时的/;且当污泥含水率大于%时,其干燥速度与传统方法相比,有明显的提高;而在含水率小于%时,小于传统方法。年天津大学的孙路长和张书型介绍了电渗透脱水具有能耗低、脱水效果好等优势,并对影响电渗透脱水过程的各种因素进行分析,但尚未得出定量化污泥螺旋浓缩电渗透带式振动胝榨一体化高十度脱水技术的研究 第一章绪论的结论。年,天津大学马德刚等【】认为通过优

27、化操作条件可以实现降低能耗的目的,即对电渗透脱水的电压梯度、泥饼厚度、机械压力、脱水时间等操作条件进行优化选择。结果显示,选择较大的电压梯度并辅以适当的活塞挤压对电渗透脱水有利。多年来电渗透脱水技术日趋活跃,在污泥、磷酸盐粘土、洗矿残渣的脱水和食品等方面的脱水都有一定的研究和进展。电渗透脱水主要是可以深度脱水,而机械脱水过程中,只能去除自由水,而且颗粒堆积在过滤介质上容易堵塞介质。但国内外的研究主要是在食品和煤炭等其他行业,并且电渗透与压榨结合的技术在食品和煤炭等方面已取得了较好的脱水效果,有的甚至做成了基本的样机,而对于污泥的研究较少。如果电渗透压榨结合技术应用于污泥脱水,将是一种解决污泥脱

28、水问题的好方法。综上所述可以看出:传统的带式压榨污泥脱水,脱水后的滤饼含水率很高%.%,其原因是很多水存放在污泥分子内部,统称为胞内水,没有被释放出来,采用传统的污泥脱水法很难将这部分胞内水释放出来;而电渗透脱水法,污泥在电场力的作用下,胞内水将很容易被刺穿流出来。虽然采用电渗透法可以很方面的将胞内水释放出来,但是对初始含水率很高的污泥含水率为%.%直接采用电渗透法,显然是不经济的,因此,对污泥进行预浓缩也是十分必要的。同时怎样获得更高干度的滤饼也需要进一步研究,本文基于经济、高效的污泥脱水原则,拟将螺旋浓缩技术、带式过滤技术、电渗透技术以及振动压榨技术结合在一起,形成“污泥螺旋浓缩电渗透带式

29、振动压榨一体化高干度脱水技术。.本论文主要研究内容本课题主要的研究内容有:、方案设计根据课题要求,首先设计几种“污泥高干度脱水工艺方案,通过比较分析研究,以经济高效地对污泥进行脱水的原则,最后筛选出一种经济、高效、高干度脱水的工艺方案。、污泥高干度脱水模型的构建依据确立的“污泥高干度脱水工艺方案,通过对带式压榨和电渗透脱水理论的研究,首先从理论上分析了脱水过程中电场、带式压榨、振动压榨等对污泥第一章绪论污泥螺旋浓缩电渗透带式振动压榨一体化岛千度脱水技术的研究脱水效果的影响,然后构建了污泥螺旋浓缩电渗透带式振动压榨过滤一体化脱水模型。、仿真分析根据所构建的污泥螺旋浓缩电渗透带式振动压榨过滤一体化

30、脱水模型,采用仿真分析软件对其进行数值仿真。探讨脱水过程中振动压榨、电场强度以及脱水时间等对污泥脱水效果的影响。、试验研究根据“污泥螺旋浓缩电渗透带式振动压榨一体化高干度脱水工艺方案,通过对传统带式压滤机的改进,对本课题研究内容进行环境试验,进一步探讨脱水过程中电场强度、压榨力、振动频率、振幅、脱水时间等对污泥脱水效果的影响,优化工艺参数,为该技术的实际应用奠定好理论和试验基础。污泥螺旋浓缩乜渗透带式振动骶榨一体化商十度脱水技术的研究 第二章方案设计第二章方案设计 力杀议丌帚一早根据课题要求,首先设计几种“污泥高干度脱水工艺方案,通过比较分析研究,以经济高效地对污泥进行脱水的原则,最后确立了一

31、种高效、高干度脱水工艺方案。.带式振动压榨脱水方案一带式振动压榨脱水原理如图.所示。自动张紧和卸料 自动清洗浆图一带式振动浓缩压榨一体化脱水原理图众所周知,带式脱水机的生产效率很大程度上取决于重力脱水效果。经过絮凝处理后的料浆,首先要进行重力脱水。过滤开始时,滤液只需克服过滤介质的阻力,这时过滤速率较快,随着过滤时间的增加,絮块下沉、粒子间隙缩小、充填密度增加、过滤速率减慢,特别是污泥在重力脱水过程中很容易在滤带表面形成一层较为致密的滤层,导致过滤速率很快降至为零。这样自由水滞留在粒子中间或析出料浆表面形成了“水池现象【川。这时要提高重力脱水效果,除了强化絮凝效果外,重要的是要疏通滤带网孔。第

32、二章方案设计 污泥螺旋浓缩电渗透带式振动压榨一体化高干度脱水技术的研究研究发现,振动可使料浆中固体颗粒离开滤网面向上运动,是解决“水池”问题较好的方法之一。由图.采用振动浓缩脱水对污泥进行重力脱水。由图一可见,污泥与絮凝剂混合后流入到振动浓缩脱水带上,在振动脱水力的作用下,污泥一边脱水,一边向前运行,由于振动作用,使料浆中固体颗粒离开滤网面向上运动,起到了疏通滤带网孔的作用,即提高了污泥重力脱水效率。要想使污泥一边脱水,一边向前运行,振动脱水装置需完成上抛掷运动,也就是使料浆中颗粒抛离滤带,必须使物料颗粒在重力工作面方向的重力加速度分量小于滤带面最大振动加速度在垂直于滤带面方向的分量。振动重力

33、脱水动力学模型如图.所示。五图振动重力脱水动力学模型由图.可知,物料颗粒的重力在槽底垂直方向的分力为%,而由于槽体沿着某一倾斜方向作简谐运动,使物料颗粒所获得的惯性力在垂直于槽底方向的分力为:缈兄万。因而,实现抛掷运动的条件为:口肌缈五万 式中:?物料的重量,【;朋?物料的质量,?/姗;?振动机槽体安装倾角,。;国?槽体振动的圆频率,;?槽体振幅,:艿?振动方向角,即槽体振动方向与槽体底面的夹角,。.将,略代入?,化简得:盟尘鱼. 。口污泥螺旋浓缩【渗透带式振动压榨一体化商十度脱水技术的研究 第二二章方案致计从式.可以看到,要想使物料中颗粒或絮凝物离开重力脱水带的滤网面,需抛掷指数。虽然料浆经

34、过絮凝处理,但其絮团强度较差,不能经受过激的振动。因此,一般取.为宜。物料开始抛掷的瞬时的振动相位角仍称为抛始角,根据重力加速度和振动加速度在垂直于工作面方向的分量之和等于零的条件求出:口。一缈五艿。上式可写成:。蓟吉由于抛掷指数,所以抛始角钆的值通常在。的范围内。显然当振动相位角伊等于抛始角钆时,物料开始出现抛掷。这时在垂直于槽体方向的运动方程为:?,”国五万伊一口。式中:一物料对槽体在垂直于槽底方向的相对运动加速度。那么其相对位移,为:重仂五万【一伊。%一钆】一圭。口。竺云堕式中:,?物料对槽体在垂直于槽底方向的相对速度。当抛掷运动终了时,可由上式求出抛掷运动终了时的振动相位角纯,称之为抛

35、止角。抛止角纪与抛始角纨之差称为抛离角幺,易纪一%这时式?可写成:.仍:溉吼:%易。仇一华因为抛掷指数与抛始角钆的关系为:,%把抛掷一次的时间与一个振动周期之比定义为抛离系数屯,即:.:兰根据式?可得出抛掷指数与抛离系数如的关系式:振动脱水带的倾角大小,对振动脱水效率和滤带孔堵塞都有影响。振动脱水机污泥螺旋浓缩电渗透带式振动压榨一体化高干度脱水技术的研究第二章方案设计理要求物料向上走,水向后流。倾角大不易在料浆上层形成“水池现象,但如果倾角过大可能会引起物料下滑。对振动脱水带来说,选择振动方向角十分重要。振动脱水带的振动强度一定时,应选择能获得最大平均速度的所谓最佳振动方向角。沿槽体方向的运动

36、方程:一肌。历缈兄万缈%对方向的相对加速度积分两次,并用抛止角纪代替伊,可求得物料每次抛掷运动对槽体的相对位移。?石。万万如去辔%留万万如昙。口。信万口。则物料抛掷运动的理论平均速度为:。屹去献。万苦帆酬扣警邸增 ?式中:,?物料每次抛掷运动的周期数。综上可以看出:对于一定的振动强度,可求得一个最佳的振动方向角疋,在选取振动方向角时要考虑物料冲击的敏感性,用于污泥脱水的振动带式压榨过滤机不易选过大的振动方向角,以免引起絮团被破坏。从方案一“带式振动压榨脱水作用机理分析来看,这种设计方案结构简单,其最大的特点是振动浓缩脱水带,在强振动的作用下,使料浆中固体颗粒离开滤网面向上运动,起到了疏通滤带网

37、孔的作用,重力脱水效果好,即处理量相对较大,但是胞内水仅仅靠振动压榨力是无法去除的。.电渗透带式过滤脱水方案二电渗透带式过滤脱水工艺方案如图.所示。经絮凝后的污泥首先落到带式压滤机的重力脱水带上,经重力脱水后的污泥紧接着进入到压榨脱水部分进行压榨脱水,压榨脱水后的污泥再进入电渗透脱水段,在电场力的作用下将胞内水释放出来,经带式压榨脱水成滤饼状。污泥螺旋浓缩【渗透带式振动胀榨一体化商千度脱水技术的研究 第二章方案设计图.电渗透脱水基本原理电渗透脱水经实际应用证明,电极脱水物料间的接触电阻将会随着脱水的进行极度地增加【】。结果是,接近电极一端的污泥床层压大幅度下降,而另一端相反,这就影响了电渗透脱

38、水的效果。,提出使用电极极性转变的电场。在恒定电压下,电极转变的频率非常低,波形为矩形波和正弦波。表明,在确定的频率范围内,电场最终脱水高于电场,电能的消耗量要低于场脱水即将结束阶段除外。另外,间断性地施加电场也可以有效地改进过程。但是,对整个污泥床层很难进行电渗透脱水。一种多级电极型电渗透脱水方法被用于促进脱水进程,此时电极以规则的间距垂直分布于污泥床层内。通过使用旋转开关,电场交替地施加在湿污泥床层上,这样就增加了脱水速率和最终脱水量。从上述介绍可以看出,这种方案的特点是可以将胞内水释放出来,有利于压榨脱水,但是这种结构,虽然胞内水被释放出来了,由于压榨脱水时间较短滤饼含水率难以降到很低。

39、.螺旋浓缩电渗透带式振动压榨一体化高干度脱水方案三螺旋压榨式脱水机是近年发展起来的一种过滤分离机,它是利用重力和螺旋挤压最终实现污泥脱水的。螺旋压榨机结构【】如图.所示。污泥螺旋浓缩电渗透带式振动压榨一体化高干度脱水技术的研究第二章方案设计图螺旋压榨机结构螺旋压榨机的结构如图所示。将絮凝的料浆送入一个直径在逐渐增大的螺旋输送结构中,螺杆在一个圆筒型的筛网中慢速度旋转,料浆在压力逐渐增加的螺旋内被挤压脱水同时被向前运送。物料在螺旋挤压过滤机中经受较长时间的压力脱水。在螺旋轴一端进入的料浆,随着螺旋轴在压向另一端的过程中慢慢变得越来越干燥筇洲。虽然螺旋压榨机具有结构简单、构造密闭、污染小、无噪音、

40、节能环保等优点,但是由于其结构和原理的限制,若挤压时间较短,滤饼的含湿量会很高,只能进行初步脱水处理,如果增加螺旋挤压的时间,就会使单位时间内的处理量变小,产量较低。因此,基于经济、高效的对污泥进行脱水的原则,本方案将加入螺旋浓缩脱水装置,对高含水率的污泥进行预处理,然后进行电渗透带式振动压榨脱水。即将螺旋浓缩技术、带式压榨过滤技术、电渗透技术以及振动压榨技术结合在一起,形成“污泥螺旋浓缩电渗透带式振动压榨一体化高于度脱水”的工艺方案。第二章方案.嫂计污泥螺旋浓缩渗透带式振动胍榨一体化高十度脱水技术的研究浆图.螺旋浓缩电渗透带式振动压榨一体化高干度脱水工艺由图.可以看出,经“水中造粒器絮凝好的

41、污泥流淌到螺旋预浓缩脱水筒中进行浓缩脱水。从原理图中可以看到,螺旋预浓缩脱水简结构呈锥形状,即污泥在螺旋预浓缩脱水筒呈爬坡现象,这样就可使得水向后流、泥向前走,有利于脱水,同时由于螺旋脱水筒转速较慢,工作过程是一边絮凝、一边脱水,对污泥起到浓缩脱水作用可以脱去较多的水,为下一步压榨脱水以及电渗透脱水奠定了很好的基础。经螺旋预浓缩脱水后的污泥在刚落到脱水机的重力脱水滤带上再经重力脱水后进入到立式布局的带式污泥脱水机上,污泥经锲型预压脱水进入到带式压榨脱水段,污泥在穿越由大到小的脱水辊筒时受到辊筒压榨力的作用,水分逐渐减少形成滤饼状。紧接着污泥进入到电渗透与带式压榨复合脱水区,污泥在电场力的作用下

42、,胞内水被释放出来,经带式压榨辊的作用下滤饼含水率进一步降低;最后滤饼再进入到振动压榨区,在强振动压榨力的作用下,滤饼含水率降低到较低点,即完成污泥高干度脱水。综上所述可以看出,该方案技术特点是充分利用螺旋浓缩预处理脱水降低污泥含水率,这样可以减少带式过滤段重力脱水压力,为后序带式压榨脱水奠定好基础;压榨脱水后的滤饼在电场力作用下,将渗透胞内水被释放出来,再经过振污泥螺旋浓缩电渗透带式振动压榨一体化高干度脱水技术的研究第二章方案设计动压榨区可使滤饼含水率降低到很低。该工艺较前二个方案不但生产效率高,而且也较经济。所以,拟以此方案作为本课题研究方案。.本章小结本章根据污泥高干度脱水的工艺要求,分

43、别设计了带式振动压榨脱水、电渗透带式过滤脱水和螺旋浓缩电渗透带式振动压榨一体化高干度脱水这三种工艺方案,通过比较分析,为了获得更低的含水率,选择了螺旋浓缩电渗透带式振动压.榨一体化高干度脱水工艺方案。污泥螺旋浓缩电渗透带振动胝榨一体化十度脱水技术的研究 第三章污泥商十度脱水模型的构建第三章 污泥高干度脱水模型的构建本章依据确立的“污泥电渗透带式振动压榨一体化高干度脱水工艺方案,根据带式压榨过滤、电渗透脱水理论以及振动压榨机理,从理论上分析脱水过程中电场、压榨力、振动压榨等对污泥脱水效果的影响,去构建污泥高干度脱水模型。研究内容主要涉及到:带式压榨过滤、电渗透脱水、振动压榨作用以及它们复合作用机

44、理等。.带式压榨过滤众所周知,含于料浆中的水份是以游离水、毛细水、化合水胞内水三种状态而存在的。游离水充填在料浆粒子的孔隙中,可以通过浓缩、沉淀等重力脱水的方法去除。化合水就是物质本身的结构水,一般不易去除。毛细水则是包含在颗粒表面的缝隙中的水。毛细水压力等于:尸:兰塑?式中:盯?表面张力,/;口?湿润接触角,。;,?毛细管半径,。由上式可见,料浆中微粒越小,毛细管半径就越小,毛细压力越大。这也就是为什么细颗粒料浆脱水较困难的原因。而带式压榨过滤主要是脱除料浆中的游离水和部分毛细水。.重力脱水方程带式压榨过滤过程的重力脱水,主要是依靠重力脱去料浆中的自由水和游离水。由于带式压榨过滤机结构的特殊

45、性,其重力脱水过程中,在重力脱水的刚开始阶段,这时过滤过程中没有滤饼的阻力,这部分水只需克服过滤介质的阻力:随着时间的推移逐渐形成了滤层,这时需按滤饼层过滤计算,故其重力过滤方程应为:协,?一:等赤等式中: 材?带式重力过滤速率,/;%?过滤介质的过滤速率,/;第三章污泥商干度脱水模型的构建 污泥螺旋浓缩电渗透带式振动压榨一体化高于度脱水技术的研究玑?滤饼层过滤的过滤速率,/;蛾?过滤介质两侧的压强差,;凡?一过滤介质的阻力,/;?滤饼粘度,/;卜一滤饼厚度,;?有效孔隙,等于常数, ;口?颗粒比表面积,/;敌?滤饼两侧的压强差,。从上式可以看到?之反映了待过滤料浆中的颗粒特性,其值随物料不口一同而不同,若用,.代表其倒数,则式?可写成:, 尺,吖。尺?等筹筹耥鼎【。尺 【。式中:厂?滤饼的比阻,/;?滤饼的阻力,/;尸?滤