城市污泥溶剂深度脱水技术研究开题报告

1. 研究目的与意义

城市污水处理厂污泥主要来源于初次沉淀池、二次沉淀池等工艺环节，具有产量大、含水率高、处理处置困难等显著特点，其处理处置近年来已成为社会广泛关注的热点问题之一，目前各污水处理厂的污泥常规处理工艺主要还是重力浓缩-机械脱水，常规处理后污泥含水率通常在 78%-83%，难以达到后续处置对含水率 55％-65％的深度脱水要求，进一步降低污泥含水率，使脱水污泥能够直接进入后继处置环节，可大幅度降低污泥处理处置难度和成本，故脱水在污泥处理技术中具有极其关键的作用，是整个污泥处理技术的基础和核心。

城市污水处理厂污泥有机溶剂脱水技术从污泥组分特别是 eps 和水的结合机制入手，通过技术手段减少污泥中存在的大量分子间力，进而减少污泥和水的结合能，在有效脱出污泥中的结合水降低污泥含水率的同时，保持污泥原有性状，理论上不破坏污泥有机组分，不减少污泥热值，不影响污泥后续处置，可以大幅度降低污泥处理处置难度和成本，技术先进，是污泥脱水最具发展前景途径技术之一，开展这一方面的研究十分必要。

城市污水处理厂污泥有机溶剂脱水是一种全新的污泥脱水技术，技术具有脱水效果好、能耗低的优点，若能够有效利用溶剂实现污泥的深度脱水，将会极大推动污泥处理处置技术的发展，对于解决当下普遍遇到的城市污泥脱水效果差、处理处置费用高等难题，具有重要的现实意义。

2. 国内外研究现状分析

城市污水处理厂污泥的有机溶剂脱水技术出现较晚，但由于技术具有吸引力，很快成为该领域的研究热点，其研究也经历了一个由非极性到弱极性再到强极性有机溶剂的转变。

在 2002 年，kouichi等首先尝试利用非极性有机溶剂四氢化萘(c10h12)对煤进行萃取脱水，在 150℃条件下，流态四氢化萘(c10h12)溶剂与煤接触反应，成功将煤的含水率由 50%降至2%以下，研究者认为提供的热能打破了煤-水之间的氢键，释放的水分和溶剂一并离开实现了煤的脱水，由于非极性溶剂与水不溶，因此通过静置分层可方便实现四氢化萘的分离与回用，但技术要在 150℃条件下操作，需要消耗较多能量。

受前述研究启发，为了减少能量投入，从 2011 年开始，申请者和 hideki kanda 分别开始利用弱极性的有机溶剂二甲醚（dme）对城市污泥进行脱水，由于二甲醚中氧原子藉孤对电子与水分子中氢原子可形成氢键，与污泥-水原有范德华力和氢键形成一种类置换的竞争效应，从而实现污泥脱水，其主要工艺原理如图 2 所示。

3. 研究的基本内容与计划

项目以不同氢键强度的极性有机溶剂开展城市污水厂污泥的脱水研究，主要目标溶剂包括乙醇、丙酮、甲醇、乙酸乙酯、甲苯、甲醚、四氢化萘等，其氢键强度36.1-4.2kj/mol，键能跨度合理，梯度适宜，是较为理想目标溶剂。

1)有机溶剂脱水机理研究 通过污泥的溶剂脱水试验，研究溶剂极性、反应参数等对溶剂、水、污泥三者之间能量相对转化规律的影响机制，解析污泥有机组分在溶剂脱水过程中的变化情况，确定污泥有机溶剂脱水机理。

2)有机溶剂脱水效果研究重点研究溶剂极性、溶剂/污泥比、过滤压力、接触时间、污泥颗粒粒径等操作参数对水的形态分布和结合水含量的影响，确立污泥溶剂脱水的技术参数和动力学方程。

4. 研究创新点

从破坏污泥内部 EPS-H2O 结合机制入手，利用有机溶剂分子极性，使溶剂极性官能团中电负性较大的氧原子藉孤对电子与水分子中氢原子形成氢键，与原有结合机制形成一种 类置换的竞争效应，以减少污泥中存在的大量分子间力，从而降低污泥结合水含量，提高污泥脱水效果。