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间断供电对污泥电脱水效果的影响

摘要:间断供电对污泥电脱水效果的影响,污泥电脱水技术主要应用了电渗透原理,是一种较为新颖的污泥深度脱水技术。电渗透发生在污泥颗粒间的毛细孔内,电脱水技术不仅能去除自由水,

  淤泥电脱水技术性关键运用了电渗入基本原理,是一种比较新奇的淤泥深层脱干技术性。电渗入产生在淤泥顆粒间的皮肤毛孔内,电脱水技术性不但能除去自由水,还能除去一定量的孔隙度水和表层水,因此 它与传统式的淤泥机械设备脱干技术性对比具备脱干率高、脱干速度更快的优点。另外,因为电脱水全过程中不会有水的改变,因此 与淤泥热干化对比,在耗能和成本费上面有极大优点。淤泥电脱水全过程中也存有一些难题,在其中阳极氧化周边淤泥的太过干化状况是提升淤泥电脱水实际效果的较大 阻拦。在电渗入的功效下,淤泥中的水份会向负极周边迅速转移,造成 阳极氧化周边的淤泥快速干化,这会使淤泥滤饼的电阻器大幅度上升,电流量明显衰减系数,脱干高效率随着迅速降低。

  试验发觉,阳极氧化太过干化以后,出現高效液相不持续状况,淤泥滤饼水份不匀称化,从而造成负极周边水份流回到阳极氧化的推动力以切合水份梯度方向。高效液相不持续状况难以避免地变成淤泥电脱水全过程中的摩擦阻力,如何使滤饼水份更为匀称进而提升电脱水实际效果非常值得深入分析。鉴于此,世界各国专家学者明确提出了交变电场、水准静电场、转动阳极氧化、阳极氧化靠近、挪动电级和中断供电系统等电脱水技术性,以提升淤泥电脱水实际效果。在其中中断供电系统就是指在淤泥电脱水的全过程中,终止供电系统一段时间,给水份以流回時间而减少滤饼的电阻器,选用供电系统关闭电源更替的方法可获得更强的脱干实际效果。

  现阶段,对于供电系统方法对淤泥电脱水实际效果的危害早已有一些探究性科学研究,但还欠缺更为针对性的结果。文中科学研究中断供电系统方法对淤泥电脱水实际效果的危害,选择pwm占空比、一次供电系统時间和工作电压做为象征性脱干主要参数,根据试验提升脱干标准,为将来的电脱水科学研究及其工程项目运用给出的数据和理论来源。

  一、中断供电系统基本概念

  淤泥电渗入脱干技术性日渐完善,其可行性分析和脱干高效率已被确认,现有许多 有关电渗实体模型的科学研究,在其中Weng等剖析电渗入基本原理,明确提出了脱干速度的测算实体模型,即

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  式中:Qe为电渗入脱干速度,cm3/s;ξ为淤泥的zeta电位差;ε为液体的相对介电常数;q为与淤泥化学性质相关的工作经验参量;η为液体的粘度,Pas;E为释放工作电压,V;L为滤饼薄厚,cm;A为横截面积,cm2。

  分析法计算方法得知,脱干速度与释放工作电压正相关,但在电渗入脱干全过程中高效液相不持续状况慢慢比较严重,阳极氧化周边水份降低,污泥脱水造成 电阻器提升和电流量衰减系数,根据电力学基本原理,阳极氧化侧干化淤泥负荷工作电压占比过大是造成 电渗脱干实际效果降低的关键缘故。苑梦影将淤泥电脱水中阳极氧化干化的状况开展物理学模型简化,滤饼实体模型如图所示1所显示,将阳极氧化周边产生干化并出現一定水平开裂的地区称之为阳极氧化浸蚀层,其他水份姑且丰富的一部分称之为正脱干层,二者一同组成淤泥电脱水全部滤饼层。

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  组成滤饼的阳极氧化浸蚀层与正脱干层在电源电路中等同于2个电阻器串连,当阳极氧化干化比较严重时,因为阳极氧化浸蚀层电阻器提升造成 全部系统软件电阻器提升而电流量衰减系数,这时正脱干层负荷工作电压减少,消弱了淤泥电脱水的推动力。选用中断供电系统方法能够使水份流回,减少阳极氧化浸蚀层的占比进而减少电阻器、扩大电流量,正脱干层负荷工作电压占比随着提升,淤泥电渗入脱干的推动力提升,阳极氧化侧在回流水作用下不匀称的状况获得大大提高,完成淤泥电脱水实际效果的提升。

  二、原材料与方式

  试验用泥源自天津某污水处理站,该剩下淤泥先经过作用力浓缩,再历经正离子型絮凝剂脱水剂的解决,进一步抽滤脱干,淤泥试品放置电冰箱4℃储存,淤泥的基础特性见表1,检测规范遵照大城市污水处理站淤泥检测方式(CJ/T221—2005)。

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  试验常用设备见图2。污泥处理机器设备行为主体由筒套(聚丙烯树脂,內径75mm×直径150mm×高六0Mm)、阳阴极片、汽缸、活塞杆等组成。阳极板为抗压强度抗腐蚀的镀铱钛板,负极选用遮盖300目不锈钢网且规格等同于筒套內径的不锈钢板多孔结构板,填料上分布均匀145个直徑3毫米的小圆孔。汽缸处联接一台空气压缩机出示工作压力,脱干全过程中由汽缸驱动器活塞杆往下给淤泥释放机械设备工作压力,由减压阀调整工作压力尺寸。直流稳压电源(DH1716A-10,北京市海康无线通信仪器厂)联接于阳阴两极其全部电源电路出示工作电压,数字万用表(VC86E,胜利仪器)串连为全部电源电路测量电流量。负极处置放与滤饼直接接触的热电阻用于检测淤泥溫度。脱干行为主体机器设备下置放渗滤液搜集设备,并放置电子分析天平(JJ1000,双杰检测仪器厂)上,即时计量检定树脂吸附水份品质。在其中电子分析天平、数字万用表和热电阻与电子计算机联接,以每秒钟1次的頻率搜集并纪录试验数据信息。

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  试验全过程分成预应力张拉全过程和中断供电系统脱干两一部分。本试验选择原始淤泥饼薄厚为一厘米,机械设备工作压力为0.3MPa,试验逐渐先依照滤饼薄厚测算淤泥品质填写筒套,不在插电标准下操纵减压阀对淤泥开展预应力张拉0.5min的统一解决,然后逐渐供电系统,并从插电起逐渐记时。全部实验方案实际设计方案如图所示3所显示,将供电系统方法定性分析为pwm占空比、一次供电系统時间和工作电压3个主要参数,在其中pwm占空比界定为一次供电系统時间(te)与关闭电源時间(tn)的比率。

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  总脱干時间由数次插电時间与关闭电源時间之和组成,脱干完毕的标示为电流量低于0.4a或30s沒有渗沥液外渗,这时终止供电系统,记总脱干時间t。根据净重法测算淤泥最后含水量(%),并测算总用电量与总脱水流量的比率即企业脱干用电量(kW•h/kg)。

  早期探寻试验结果显示,适合的脱干标准为pwm占空比不适合低于1∶1,一次供电系统時间不适合超出60s,为此做为实验方案设计的根据,调节变量开展试验。

  三、結果与探讨

  3.1 pwm占空比对电脱水实际效果的危害

  实验方案设计在供电系统工作电压为40V、一次供电系统時间为40s的标准下更改pwm占空比检验污泥处理实际效果,在其中1某组持续供电系统,别的5组更改pwm占空比开展试验。由一次供电系统時间及其pwm占空比的界定必得,6组试验的关闭电源時间各自为0s、40s、30s、20s、10s、5s,试验結果如图4所显示。

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  由图4得知,淤泥原始含水量为85%上下,当选用持续供电系统方法时,淤泥的最后含水量降为56.49%;而选用中断供电系统方法时,最后含水量相较持续供电系统拥有显著的降低,在其中当pwm占空比为4∶1时,含水量在6组试验中最少,降为45.23%。剖析总脱干時间得知,持续供电系统时做到脱干極限的总時间为440s,中断供电系统相比于持续供电系统脱干時间提高,且pwm占空比减少的状况下脱干時间更长,在其中当pwm占空比为1∶1时,总脱干時间最多,必须920s。若将一次插电与一次关闭电源時间之和,即te tn界定为一个周期时间,pwm占空比为1∶1、4∶3的2组试验总插电時间包含12个周期时间,pwm占空比为2∶1、4∶1、8∶1的3组试验经历13个周期时间。再剖析企业脱干用电量得知,持续供电系统时用电量为0.159kW•h/kg,中断供电系统方法完成脱干高效率高些的另外企业脱干用电量也更高,在其中pwm占空比为4∶1时用电量值较大 ,做到0.184kW•h/kg。

  依据中断供电系统的基本概念,中断供电系统运用水份遍布梯度方向的驱动器使负极水份流回到阳极氧化周边,当淤泥层水份匀称时,阳极氧化浸蚀层的占比减少,进而电阻器减少电流量提升,从该视角考虑到,为改进脱干实际效果,要以很长的关闭电源時间使流回更为充足。而剖析图4(a)得知关闭电源時间并不是越久越好,pwm占空比从1∶1到4∶1的4组试验中,每组关闭电源時间降低,脱干实际效果却呈提升发展趋势。为表述该状况,综合性考虑到淤泥电脱水全过程中的电流量和溫度要素开展剖析,工作电压为40V、一次插电時间为40s时,电流量与溫度随脱干時间转变的试验結果如图所示5所显示。

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  由前文得知在不一样pwm占空比标准下最后含水量和企业脱干用电量存有转折点,本试验結果为pwm占空比4∶1。最先剖析电流量转变状况,因不一样pwm占空比标准下关闭电源時间不一致,为了更好地便于较为,电流量转变图上只展现供电系统一部分即电流不以0时的状况。分析图表5(a)得知,持续供电系统时电流随脱干時间不断衰减系数,当选用中断供电系统方法标准下,每一次关闭电源后再次供电系统时电流量出現显著回暖,且整体电流超过持续供电系统的状况。pwm占空比从1∶1到4∶1的试验中,前4个供电系统周期时间内,因为试验早期更长的关闭电源時间使流回更充足,pwm占空比1∶1时电流相对性略大,而4个周期时间后随关闭电源時间减少,电流量回暖呈提升发展趋势,这是由于太长的关闭电源時间下水份过多流回及其温降很大会对脱干实际效果不好,pwm占空比4∶1的电流总体较大 。在关闭电源時间更短、pwm占空比为8∶1的试验中,电流总体减少,这时过短的关闭电源時间没法完成水份流回减轻阳极氧化干化的功效。

  随后剖析溫度转变状况,持续供电系统时总脱干時间最短,中断供电系统标准下随pwm占空比提升总脱干時间减少,分析图表5(b)得知,持续供电系统时溫度随時间呈先上升后迟缓降低的发展趋势,最高温度为62.8℃。当选用中断供电系统方法时,每一次关闭电源后溫度降低,再次供电系统的全过程中,溫度又显著回暖。pwm占空比1∶1时溫度总体最少,它是因为较长的关闭电源時间使溫度回暖变弱;pwm占空比4∶1时溫度增长幅度较大 ,这时关闭电源時间适度,关闭电源全过程中溫度下降趋势较缓,且供电系统时电流量大幅度回暖,脱干全过程中造成的发热量较高,最高温度可达到73.4℃,相比于持续供电系统时高于10℃之上。其他pwm占空比为4∶3、2∶1的2组试验結果类似。在关闭电源時间更短、pwm占空比为8∶1的试验中,前4个供电系统周期时间内,因为试验早期更短的关闭电源時间使温降较小,pwm占空比8∶1时溫度值相对性略高,而4个周期时间后因为关闭电源時间较短,流回不充足造成 电流量减少,没法造成大量发热量,最后pwm占空比8∶1对照组的溫度小于4∶1对照组。

  根据剖析所述试验結果,能够推论电流量和溫度是淤泥电渗入脱干中的2个关键要素,会危害污泥处理的最后实际效果。在一定范畴内,适合的关闭电源時间会因为流回功效使淤泥滤饼水份遍布匀称,减轻阳极氧化干化、高效液相不持续状况。殊不知太长的关闭电源時间会使水份过多流回,且关闭电源全过程造成 溫度降低力度过大,液體黏滞性随着升高,黏滞性是危害脱干的泥沙运动速度和水份流回速度的关键要素;过短的关闭电源時间会造成 流回不充足,没法改进脱干实际效果。电流量和溫度中间存有互相影响、互相促进的功效,因此 最好的pwm占空比不适合过大或过小,存有一个最优化值。

  3.2 一次供电系统時间对脱干实际效果的危害

  实验方案设计在供电系统工作电压为40V、pwm占空比为4∶1的标准下更改一次供电系统時间检验污泥处理实际效果。试验結果如图所示6所显示。

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  分析图表6(a)得知,一次供电系统時间为60s时淤泥最后含水量最大,为50.24%,一次供电系统時间减为40s、20s、10s时,含水量降至43%上下,表明在一定范畴内,太长的一次供电系统時间对污泥处理实际效果有不好危害。缘故包含两层面:一是供电系统時间太长造成 阳极氧化干化浸蚀状况比较严重,水份不匀称水平过大,导致的负面信息功效虽然水份一部分流回也没法改进;二是供电系统時间较长时,一样pwm占空比标准下关闭电源時间也长,融合上文对电流量和溫度的剖析,关闭电源時间太长对脱干实际效果不好。

  分析图表6(b)得知,一次供电系统時间为60s时总脱干時间最短,为585s,其他3组试验的总脱干時间基础差不多,约在645s上下。剖析企业脱干用电量,結果与不一样pwm占空比标准下的试验状况同样,脱干实际效果更强时用电量更高。这类状况关键有下列缘故:①电脱水全过程中,淤泥中的水份会由阳极氧化向负极周边迅速转移并先被树脂吸附,脱干总产量大代表着有大量挨近阳极氧化的水份必须被树脂吸附,从动力学模型的视角剖析,驱动器阳极氧化干化层水份调向负极更为艰难,因而必须消耗动能;②选用中断供电系统方法便是为了更好地运用水份流回减轻高效液相不持续状况,回水流健身运动方位与水份树脂吸附方位反过来,因而进一步提升耗能。

  3.3 工作电压对脱干实际效果的危害

  实验方案设计在pwm占空比为4∶1、一次供电系统時间为40s的标准下更改工作电压检验污泥处理实际效果,选择工作电压为30V、40V、50V的3组试验結果开展剖析,试验結果如图所示7所显示。

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  分析图表7(a)得知,工作电压为30V时,试验淤泥的最后含水量最大,为49.18%,而工作电压升为50V时,最后含水量降至低于30%的较适度性,为27.81%,这3组试验结果显示工作电压提升对淤泥电脱水实际效果有益。分析图表7(b)得知,随工作电压扩大,总脱干時间大幅度减少,而企业脱干用电量持续上升,工作电压为30V的试验中企业脱干用电量为0.179kW•h/kg,工作电压为50V时企业脱干用电量高达0.245kW•h/kg。试验测恰当工作电压为50V、采用持续供电系统开展脱干时,淤泥的最后含水量为52.36%,而在同样工作电压中断供电系统标准下,淤泥的最后含水量出現大幅度降低。融合图8所显示結果进一步从电流量和溫度的视角剖析中断供电系统时淤泥最后含水量降至较适度性的缘故。

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  由图8得知,工作电压为50V时,试验前4个周期时间的状况与40V时結果相近,差别是因为工作电压提升,中断供电系统时电流回暖力度更高,溫度回暖速度更高。当脱干時间做到200s时,再次供电系统全过程中溫度值产生大幅度提高,早已高过100℃,另外电流做到较大 ,为4.7A。自此,电流量回暖和衰减系数的力度大大增加,溫度维持在100℃之上。观查管式反应器中污泥处理的情况,发觉高过熔点状况下滤饼中水份处在烧开情况,已不以渗滤液滴下方式树脂吸附,而主要是以水蒸汽形状向外挥发外扩散,且在全过程中随着着显著声响。

  试验测恰当工作电压为50V、采用持续供电系统开展脱干时,淤泥的最高温度仅为74.7℃,而在同样工作电压中断供电系统标准下,最高温度做到114.7℃,淤泥水份出現了改变。由试验結果推论,仅有在释放较高电压且选用中断供电系统方法开展淤泥电脱水时才会出現该状况。在这个全过程中耗费了很多的汽化热,因而企业脱干用电量显著较高。

  四、结果

  (1)中断供电系统方法能够使脱干淤泥中的水份造成流回,防止高效液相不持续造成的电阻器扩大难题,比持续供电系统有更强的脱干实际效果。

  (2)中断供电系统的pwm占空比对脱干实际效果危害显著,pwm占空比不适合过小或过大,存有一个最好的范畴,本试验結果为最好pwm占空比在4∶1周边。

  (3)一次供电系统時间对淤泥电脱水有显著危害,太长的一次供电系统時间会对淤泥电脱水实际效果造成显著的不好危害;淤泥电脱水的耗电量状况关键与总脱水流量有关,随总脱水流量提升,树脂吸附企业水份的用电量扩大。

  (4)工作电压在中断供电系统中对脱干实际效果危害明显,工作电压较高时脱干实际效果明显增强但另外用电量提升;当工作电压为50V且选用适合标准下的中断供电系统方法时,淤泥溫度超出100℃,脱干方式出現挥发改变,淤泥最后含水量降至30%下列,脱干成效显著提高。(来源于:南开大学环境生态工程与工程学校;天津城市规划建设设计研究院)

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作者: 三六五环保公司

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