通風(fēng)是污泥生物干化的關(guān)鍵因素，優(yōu)化的通風(fēng)策略能夠同步實(shí)現(xiàn)更好的干化效果和更低的能耗，但目前主要通過實(shí)驗(yàn)室規(guī)模和中試規(guī)模的試驗(yàn)優(yōu)化，工作量大，難以指導(dǎo)實(shí)際應(yīng)用。中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心水污染控制實(shí)驗(yàn)室魏源送研究組多年來致力于污泥生物處理的研究與應(yīng)用，近年來采用計(jì)算流體力學(xué)（Computational fluid dynamics, CFD）模擬，結(jié)合溫度紅外熱成像方法（Infrared Thermal Imager, IRI），在實(shí)際工程規(guī)模上優(yōu)化了污泥生物干化的通風(fēng)策略，大幅縮短了干化周期，并闡明了其機(jī)理，為污泥生物干化和堆肥工藝的通風(fēng)優(yōu)化提供了新途徑。近日研究成果發(fā)表在重要期刊Water Research（Water Research, http://dx.doi.org/10.1016/j.watres.2017.06.003）。 

　　研究組以我國(guó)東北某大型污泥處置廠的連續(xù)流強(qiáng)制通風(fēng)槽式污泥生物干化工藝為對(duì)象(槽體長(zhǎng)×寬×高=96m×3m×2.5m)，采用數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)相結(jié)合的方式，研究了三種通風(fēng)策略下的污泥生物干化效果和堆體溫度場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)了脫水污泥的快速生物干化，并對(duì)其機(jī)理進(jìn)行了深入探討。研究結(jié)果表明，1）不同于熱電偶法只能監(jiān)測(cè)某點(diǎn)溫度，紅外熱成像方法能夠快速（1秒鐘內(nèi)）準(zhǔn)確測(cè)定堆體表面的溫度場(chǎng)，從而可迅速獲取通風(fēng)過程中堆體表面的溫度場(chǎng)變化；與驗(yàn)證了的CFD模擬結(jié)果結(jié)合，明確了整個(gè)污泥生物干化堆體在通風(fēng)中的三維溫度場(chǎng)及其變化過程。2）流場(chǎng)和溫度場(chǎng)的模擬結(jié)果表明，水分遷移附加的潛熱交換是通風(fēng)過程中污泥顆粒、堆體內(nèi)部、堆體表面與外界溫度變化的關(guān)鍵。因此，通風(fēng)過程中水分和熱量的管理是污泥生物干化操作條件優(yōu)化的關(guān)鍵。3）理論分析表明，污泥生物干化中熱量主要損失在水分蒸發(fā)過程中的相變潛熱，單位水分去除溫度變化的理論計(jì)算值（DT=5.38°Cper 1% moisture removal）與試驗(yàn)結(jié)果（5.17±4.56℃）基本吻合。上述研究結(jié)果為實(shí)現(xiàn)污泥減量化、資源化提供了新思路。 

　　上述研究得到國(guó)家水專項(xiàng)課題和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助。論文的第一作者是郁達(dá)偉助理研究員，通訊作者為魏源送研究員。 

基于流場(chǎng)和溫度場(chǎng)的污泥生物干化模擬與優(yōu)化

　　水污染控制實(shí)驗(yàn)室 

2017年6月6日