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电场强度对污水厂剩余污泥电渗深度脱水的影响

文档作者：杨涛1 郝学凯I 陈永祥1 陈宝玉1 王弘字2 文档来源： 1武汉市政工程设计研究院有限责任公司 2武汉大学土木建筑工程学院		点击数：	更新时间： 2023年11月22日
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电场强度对污水厂剩余污泥电渗深度脱水的髭晌
杨涛1郝学凯I 陈永祥1陈宝玉1王弘字2
(1武汉市政工程设计研究院有限责任公司湖北武汉430023
2武汉大学土木建筑工程学院湖北武汉430072)
摘要以机械脱水后的剩余污泥为对象．研究电场强度对污泥电渗脱水的影响。试验表明，电渗脱水过程的前30min内
污泥含水率下降迅速，可完成90％的脱水量。之后脱水速率则变得非常缓慢。Matlab拟合结果表明．整个过程中含水率随时间的
变化曲线与二维高斯函数高度吻合(尺2>0．99)。泥饼两端的电场强度越大。电渗脱水效果越好，耗电量越大，阳极腐蚀量越小。
关键词剩余污泥电渗深度脱水电场强度Matlab二维高斯函数
中图分类号：X53 文献标识码：A 文章编号：1672—9064(2018)02—078—03
水资源供需矛盾正逐渐成为制约我国经济社会发展的
因素．而大力发展污废水处理事业是目前有效的缓解手段之
一，资料显示：2013年．我国登记在册的城镇生活污水集中
处理厂共有5364座．设计处理能力达16573．7万删．全年处
理污废水共计456．1亿t：2014年共有城镇生活污水集中处
理厂6031座．较上年增加667座．设计处理能力达1．8亿t／
d，较上年增大8．61％，全年处理污废水共计494．3亿t，较上
年增加8．38％：一。生活污水厂剩余污泥的含水率多在97％以
上，如果其质量产出比和密度分别按0．6％和lg，cm3计f2 J．那
么2013年和2014年我国的污泥产量分别约为99-4万m，和
108万m3，加起来足以注满57个杭州西湖。因此，关于污泥
减量化的研究刻不容缓。
电渗技术具有能耗低、药耗少、适应性强和环境污染小
的优点．且易实现机械化、自动化和精细化。目前，电渗技术
主要应用于高纯水的制备和高盐废水、电镀废水、放射性废
水等特殊废水的处理．但在其他领域电渗工艺则应用较少。
研究表明．污泥胶体颗粒具有双电层结构：胶核表面的阳离
子及其吸附的阴离子。由于胶体颗粒整体显负电性．所以在
直流电场的作用下污泥颗粒会逆着电场线向阳极移动．而带
正电的水合氢离子(H，0+)会顺着电场线向阴极移动，进而达
到泥水分离的目的h“．如焦丹等研究了如何利用电渗技术
对软黏土进行排水固结[5]。本文以污水处理厂剩余污泥为对
象．着重研究了电场强度对污泥电渗深度脱水的影响，以期
为生产实践提供指导。
1试验材料与装置
(1)试验材料。本试验所用污泥取自武汉市某污水处理
厂。生化池产生的剩余活性污泥经重力浓缩后再在脱水车间
进行机械脱水，脱水后污泥含水率在70％～85％之间。
(2)试验装置。如图l所示。
反应器截面尺寸为10 cmxlocm．阳极和阴极均采用
lmm厚的紫铜板．板上均匀地开设12x12个直径为5mm的
圆孑L．以便于水分的快速排除。阴极滤布采用土工织物。试验
中泥饼的初始厚度为2．0cm．机械压力为7．5kPa(确保电极与
泥饼紧密接触)。
2结果与讨论
2．1 电场强度对含水“
率的影响一． il．。皇；； ；一
由图2．a知．当电辱●——e=二=～ 、r‘
场强度E为10、15、。。_～；
20、25和30V／cm时， 图1 电渗污泥脱水脱水装置示意图
脱水结束后泥饼的含
水率吼分别为57．49％、55．49％、52。49％、49．97％和48．85％；
由图2．b知，靠近阳极处泥层的含水率最小．靠近阴极处泥
层的含水率最大．即脱水后泥饼不同位置处的含水率沿电场
强度方向逐渐增大。电场强度越大．电渗脱水效果越好．脱水
后所得泥饼的整体含水率越低，与Shang等人的研究观点基
本一致【61。从图2中发现．当E由20V／cm增加到25V／cm时．
吼增加了2．52个百分点；而当E由25V／cin增加到30V／cm
时，吼只增加了1．12个百分点，仅为前者的44％。这可能是
因为在较大的电场强度下阳极附近污泥层会迅速干化和开
裂．一方面阳极附近污泥的快速干化会导致回路中的电流变
小．另一方面阳极附近污泥的开裂会导致泥饼与电极板的接
触面积减／Jx[7 3。从图2．b可以看出。当电场强度为30V／cni时．
阳极附近的含水率仅为23．23％．再次说明较大的电场强度
会引起泥饼的迅速干化，这反倒不利于其脱水效果的改善。|；；逢妻I b=====：===_=： 糊璺． 二⋯ ⋯蔓． 二r⋯⋯
图2不同电场强度下电渗脱水过程中含水率一时间变化曲线图
电场方向上不同位置处的泥层可以看做是串联的电阻．
由欧姆定律知：串联电路中，电阻越大其分得的电压越大。因
此．当阳极区泥层的电阻增大时阴极区泥层分得的电压就会
减小，电渗脱水效果自然会被削弱。在电场力的驱动下．水分
沿电场线迁移．在透过阴极滤布和电极板后被排掉。由于被
“剥夺”了水分，污泥就从饱和状态转入非饱和状态。在非饱
基金项目：国家“十二五”科技支撑计划项目(No．2014BAL04804，2015BAL01802)
作者简介：杨涛(1990～)，男，湖北武汉人，硕士，给排水工程师。主要研究方向为污废水资源化及给排水管网设计与优化等。
2018．N02 E

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