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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，是一种较为新奇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，还能去除肯定量的孔隙水和表面水，所以它与传统的污泥机械脱水技术相比具有脱水率高、脱水速度快的优势。同时，由于电脱水过程中不存在水的相变，所以与污泥热干化相比，在能耗和成本上有巨大优势。污泥电脱水过程中也存在一些问题，其中阳极四周污泥的过分干化现象是提高污泥电脱水效果的最大阻碍。在电渗透的作用下，污泥中的水分会向阴极四周快速迁移，导致阳极四周的污泥快速干化，这会使污泥泥饼的电阻大幅上升，电流剧烈衰减，脱水效率随之快速下降。试验发觉，阳极过分干化之后，消失液相不连续现象，污泥泥饼水分不匀称化，由此产生阴极四周水分回流到阳极的驱动力以顺应水分梯度。液相不连续现象不行避开地成为污泥电脱水过程中的阻力，如何使泥饼水分更加匀称从而提高电脱水效果值得深化讨论。鉴于此，国内外学者提出了交变电场、水平电场、旋转阳极、阳极靠近、移动电极和间断供电等电脱水技术，以提高污泥电脱水效果。其中间断供电是指在污泥电脱水的过程中，停止供电一段时间，给水分以回流时间而减小泥饼的电阻，采纳供电断电交替的方式可取得更好的脱水效果。目前，针对供电方式对污泥电脱水效果的影响已经有一些探究性讨论，但还缺乏更加系统性的结论。本文讨论间断供电方式对污泥电脱水效果的影响，选取占空比、单次供电时间和电压作为代表性脱水参数，通过试验优化脱水条件，为今后的电脱水讨论以及工程应用供应数据和理论依据。一、间断供电基本原理污泥电渗透脱水技术日渐成熟，其可行性和脱水效率已被证明，已有许多关于电渗模型的讨论，其中Weng等分析电渗透原理，提出了脱水速率的计算模型，即式中：Qe为电渗透脱水速率，cm3/s；ξ为污泥的zeta电位；ε为流体的介电常数；q为与污泥物理性质有关的阅历常数；η为流体的黏度，Pas；E为施加电压，V；L为泥饼厚度，cm；A为横截面积，cm2。分析模型计算公式可知，脱水速率与施加电压成正比，但在电渗透脱水过程中液相不连续现象渐渐严峻，阳极四周水分削减，污泥干化导致电阻增加和电流衰减，基于电学原理，阳极侧干化污泥负载电压比例过大是导致电渗脱水效果下降的主要缘由。苑梦影将污泥电脱水中阳极干化的现象进行物理模型简化，泥饼模型如图1所示，将阳极四周发生干化并消失肯定程度龟裂的区域称为阳极腐蚀层，其余水分暂且充实的部分称为正脱水层，二者共同构成污泥电脱水整个泥饼层。构成泥饼的阳极腐蚀层与正脱水层在电路中相当于两个电阻串联，当阳极干化严峻时，由于阳极腐蚀层电阻增加导致整个系统电阻增加而电流衰减，此时正脱水层负载电压减小，减弱了污泥电脱水的驱动力。采纳间断供电方式可以使水分回流，减小阳极腐蚀层的比例从而减小电阻、增大电流，正脱水层负载电压比例随之增加，污泥电渗透脱水的驱动力增加，阳极侧在回流水作用下不匀称的现象得到明显改善，实现污泥电脱水效果的优化。二、材料与方法试验用泥取自天津市某污水处理厂，该剩余污泥先经重力浓缩，再经过阳离子型聚丙烯酰胺脱水剂的处理，进一步离心脱水，污泥样品置于冰箱4℃保存，污泥的基本性质见表1，测试标准遵循城市污水处理厂污泥检验方法(CJ/T221—2022)。试验所用装置见图2。污泥脱水设备主体由筒套(聚丙烯树脂，内径75mm×外径150mm×高60mm)、阴阳极板、气缸、活塞等构成。阳极板为抗压耐腐蚀的镀铱钛板，阴极采纳掩盖300目不锈钢网且尺寸等同筒套内径的不锈钢多孔板，孔板上匀称分布145个直径3mm的小孔。气缸处连接一台空压机供应压力，脱水过程中由气缸驱动活塞向下给污泥施加机械压力，由泄压阀调整压力大小。直流电源(DH1716A-10，北京大华无线电仪器厂)连接于阴阳两极为整个电路供应电压，万用表(VC86E，成功仪器)串联为整个电路测定电流。阴极处放置与泥饼直接接触的热电偶用以监测污泥温度。脱水主体设备下放置渗滤液收集装置，并置于电子天平(JJ1000，双杰测试仪器厂)上，实时计量脱除水分质量。其中电子天平、万用表和热电偶与计算机连接，以每秒1次的频率收集并记录试验数据。试验过程分为预压过程和间断供电脱水两部分。本试验选取初始污泥饼厚度为1cm，机械压力为0.3MPa，试验开头先根据泥饼厚度计算污泥质量填入筒套，在不通电条件下掌握泄压阀对污泥进行预压0.5min的统一处理，而后开头供电，并从通电起开头计时。整个试验方案详细设计如图3所示，将供电方式表征为占空比、单次供电时间和电压3个参数，其中占空比定义为单次供电时间(te)与断电时间(tn)的比值。总脱水时间由多次通电时间与断电时间之和构成，脱水结束的标志为电流小于0.4A或30s没有