污泥管道輸送非均質(zhì)流動(dòng)阻力預(yù)測及費(fèi)用模型研究.pdf

1、活性污泥法因其高效、低耗等優(yōu)點(diǎn)而成為城市污水處理的最主要方法，但隨之產(chǎn)生的大量污泥卻是污水處理廠面臨的一大難題。對污泥的處理處置有分散處理和集中處理兩種模式，其中后者因占用城市面積小且對周邊環(huán)境污染輕而成為污泥處理與處置的首選模式。實(shí)踐表明，在可供選擇的污泥輸送方式中，傳統(tǒng)的卡車輸送、駁船輸送運(yùn)行費(fèi)用高，輸送效率低，并且嚴(yán)重影響城市環(huán)境衛(wèi)生。相比之下，城市污泥的管道輸送方式因其運(yùn)行費(fèi)用省、自動(dòng)化控制程度高及清潔衛(wèi)生等優(yōu)點(diǎn)而成為污泥輸送方

2、式的最佳選擇。對城市污泥管道輸送阻力特性進(jìn)行研究，并對輸送管道的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，不但能夠保障污泥輸送管道的安全可靠運(yùn)行，同時(shí)還對保障其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行并節(jié)省輸送成本具有重要意義。
　　測定了質(zhì)量濃度分別為2.38％，3.94%和5.39%的污泥的流變性，結(jié)果表明其具有顯著剪切稀化特性，在剪切速率足夠大時(shí)表現(xiàn)出較穩(wěn)定的極限粘度，三種質(zhì)量濃度污泥在溫度T=293K時(shí)的極限粘度分別為2.60mPa?s，3.21mPa?s和5.95mPa?s；

3、T=298K時(shí)分別為2.45mPa?s，2.91mPa?s和5.78mPa?s；T=303K時(shí)分別為2.32mPa?s，2.78mPa?s和3.69mPa?s，表明極限粘度隨污泥質(zhì)量濃度的升高而增大，同時(shí)隨溫度的升高而降低。污泥流變曲線符合賓漢模型，表現(xiàn)出賓漢偽塑性的流變特征。
　　基于污泥的流變特性，經(jīng)阻力模型比選，采用廣泛應(yīng)用的Turian-Yuan非均質(zhì)模型對城市污泥在管道內(nèi)的流動(dòng)阻力進(jìn)行了預(yù)測，并結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)對其參數(shù)進(jìn)行了

4、優(yōu)化。對于敏感參數(shù)污泥體積濃度CV的指數(shù)m1和污泥顆粒沉降阻力系數(shù)CD的指數(shù)m2的優(yōu)化結(jié)果為：m1=0.887，m2=-0.162，由此確定改進(jìn)Turian-Yuan
　　非均質(zhì)阻力模型為（此處省略公式）經(jīng)實(shí)際輸泥管道實(shí)測數(shù)據(jù)驗(yàn)證，改進(jìn)Turian-Yuan非均質(zhì)模型精度高且預(yù)測效果穩(wěn)定，滿足對污泥流動(dòng)阻力預(yù)測的精度要求，同時(shí)對該模型預(yù)測誤差的來源進(jìn)行了分析。
　　推導(dǎo)了基于相似理論的輸泥管道原型和物理模型主要參數(shù)之間的關(guān)系

5、，實(shí)現(xiàn)了基于試驗(yàn)結(jié)果的實(shí)際原型流動(dòng)參數(shù)的模擬，并將該方法所獲得的阻力模擬值與改進(jìn)Turian-Yuan模型的模擬值進(jìn)行了分析比較，進(jìn)一道輸送系統(tǒng)年折算總費(fèi)用模型，并將污泥濃度Cw和輸送速度v確定為待優(yōu)化變量，同時(shí)利用高效并行且具有全局尋優(yōu)能力的遺傳算法對復(fù)雜非線性的污泥管道輸送系統(tǒng)費(fèi)用模型進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化求解，為污泥管道輸送系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了可參考的優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)。計(jì)算實(shí)例表明，污泥流量Q=0.226~0.045m3/s（污泥濃度Cw

6、=0.8~4.0%），輸送距離L=4.5?103m條件下的最優(yōu)設(shè)計(jì)參數(shù)為：污泥濃度2.32%，輸送流速1.10m/s，管徑300mm，年折算總費(fèi)用W=52.83萬元。
　　污泥管道輸送系統(tǒng)年折算總費(fèi)用構(gòu)成的分析結(jié)果表明，輸送系統(tǒng)年折算總費(fèi)用由年折算建設(shè)費(fèi)用和年運(yùn)行費(fèi)用構(gòu)成，后者主要表現(xiàn)為維持系統(tǒng)運(yùn)行的動(dòng)力費(fèi)用且在總費(fèi)用中占主要部分，因此應(yīng)在滿足輸送流速約束條件的前提下通過降低輸送流速來控制年運(yùn)行費(fèi)用的劇增，從而降低年折算總費(fèi)用。同