基于節(jié)能減排的改良型氧化溝流場優(yōu)化與污泥制備建材的探索.pdf

1、城鎮(zhèn)污水處理廠運行中存在能耗較高、污泥處理處置困難、中水回用困難等問題。在國家“十一·五”制定節(jié)能減排政策的背景下，基于節(jié)能減排的污水處理廠的優(yōu)化運行是目前廣泛被關(guān)注的課題。本論文以平頂山市污水處理廠二期氧化溝工藝為研究對象，從以下三個方面展開污水處理廠的節(jié)能減排初步探索：
　　 (1)利用計算流體動力學(xué)（Computational Fluid Dynamics，簡稱CFD）模擬技術(shù)對氧化溝流場進行優(yōu)化運行研究，對氧化溝的曝氣轉(zhuǎn)

2、碟和水下推進器選擇合適模型，通過現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)和模擬結(jié)果的對比研究，證明了優(yōu)化運行的合理性。
　　 由于所研究的氧化溝內(nèi)共設(shè)有曝氣轉(zhuǎn)碟13組，每組有碟片45片，設(shè)有9臺水下推進器，造成了模型構(gòu)建復(fù)雜和模擬運行計算量大等問題。本文中首次利用滑移壁面模型（Moving wall model）和風(fēng)扇模型（Fan model），采用FLUENT軟件分別實現(xiàn)了對氧化溝內(nèi)動力來源——曝氣轉(zhuǎn)碟和水下推進器的模擬，最終實現(xiàn)對氧化溝內(nèi)混合液流場分布

3、的模擬。模擬數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)進行對比，部分位置模擬流速比實測流速偏小，但兩者的流場分布整體趨勢吻合良好。
　　 分別模擬了現(xiàn)有運行模式下和優(yōu)化運行模式下平頂山污水廠氧化溝內(nèi)混合液的流場分布。對不同工況下的模擬數(shù)據(jù)進行了分析，從實測數(shù)據(jù)和模擬結(jié)果對目前氧化溝運行模式提出以下能耗優(yōu)化配置的建議：現(xiàn)有運行模式開啟曝氣轉(zhuǎn)碟共9 臺，其中非變頻轉(zhuǎn)碟4 臺，變頻轉(zhuǎn)碟5臺，開啟水下推進器共3 臺。優(yōu)化運行模式開啟曝氣轉(zhuǎn)碟共6 臺，其中非變頻轉(zhuǎn)碟

4、2 臺，變頻轉(zhuǎn)碟4 臺，開啟水下推進器共6 臺。
　　 根據(jù)模擬和實測結(jié)果對比分析發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化運行模式每小時比現(xiàn)有運行模式節(jié)省電能98.43 kWh，約合節(jié)省28.5％的電能。
　　 (2)從污泥含水率高，脫水困難的瓶頸問題出發(fā)，提出基于骨架構(gòu)建體的污泥脫水及泥餅制備建材資源化的技術(shù)，有效解決了污泥有機物含量高導(dǎo)致的泥餅壓縮問題，初步探討了脫水泥餅制備燒結(jié)磚和蒸壓磚的可行性。
　　 基于骨架構(gòu)建體的污泥脫水，有效解

5、決了污泥有機物含量高導(dǎo)致的泥餅壓縮問題，結(jié)果表明采用粉煤灰和生石灰作為調(diào)理劑進行污泥的脫水實驗時的優(yōu)化配方為：
　　 100 mL 濕污泥中添加粉煤灰5g，生石灰5g，調(diào)理后污泥比阻降至10 7s2/g，脫水后泥餅含水率為45％左右。
　　 在以骨架構(gòu)建體脫水的基礎(chǔ)上積極探索資源化的方法和工藝，進行了脫水后泥餅制備燒結(jié)磚與蒸壓磚的實驗研究，通過XRD、SEM等手段對其強度及耐久性機理進行了分析。結(jié)果表明以采用最優(yōu)工業(yè)脫水

6、后的泥餅為原料制備燒結(jié)磚，粉煤灰－粘土燒結(jié)磚摻入中40％污泥泥餅后抗壓強度和抗凍性均可以達到燒結(jié)普通磚（GB5101-2003）國家標(biāo)準(zhǔn)。
　　 采用配比為泥餅摻量為50％，爐渣摻量為39％，粉煤灰摻量為5％，水泥摻量為6％時制備蒸壓磚時，含水率控制在20％，在20MPa下壓力成型，養(yǎng)護制度為180 ℃，0.8 Mpa 蒸汽養(yǎng)護8 h，得到的樣品進行強度、浸出毒性和耐久性測試。樣品的強度性能、抗凍性能達到蒸壓灰砂磚標(biāo)準(zhǔn)（GB11

7、945-1999）中MU15的要求。樣品碳化系數(shù)為0.83，在27 ℃、40 ℃、60 ℃分別進行干濕循環(huán)和冷熱循環(huán)后，抗折強度達到2.5MPa以上，抗壓強度達到10MPa以上，樣品的強度性能、抗凍性能同樣能夠達到蒸壓灰砂磚標(biāo)準(zhǔn)（GB11945-1999）中MU15的要求。XRD和SEM分析表明，污泥蒸壓磚中的主要物相為：CSH 凝膠、水化石榴石、莫來石、石英、方解石、其中CSH 凝膠、水化石榴石是強度的主要貢獻者。不同溫度下的干濕循環(huán)