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为了保护城市河流的生态环境,改善河流的水动力条件,需要定期对河流进行清淤,清淤工程产生大量的高含水率淤泥随意堆置需要大量土地。有必要研究出一种快速、有效的疏浚淤泥脱水处理方法,减少疏浚淤泥的含水量和体积,方便运输和利用。本文首先设计了一种用于疏浚淤泥电渗排水的新型装配式脱水装置,该装置由新型导电塑料排水板和专用接口组成。采用有限元数值试验和室内物理模型试验,揭示了新型导电塑料排水板对疏浚淤泥的电渗排水机理;利用室内试验模型,研究了新型导电塑料排水板对较大厚度疏浚淤泥的电渗排水能力。论文的主要研究工作及成果如下:
(1)设计了一种装配式淤泥脱水装置,该装置由新型导电塑料排水板和特制的接口组成。将传统塑料排水板与石墨碳毡组合成一种新型的导电排水板,并设计合理的接口、扣件将新型导电塑料排水板快速拼装起来形成一套装配式疏浚淤泥电渗脱水装置。
(2)采用有限元软件,模拟了导电塑料排水板在不同阴、阳极宽度比布置下电渗淤泥的效果,获得了导电塑料排水板电渗淤泥时的最优阴、阳极宽度比。从电势、电场和排水速率等方面分析了不同阴、阳极宽度比布置下导电塑料排水板电渗淤泥的排水效果。结果表明,导电塑料排水板的阴、阳极宽度比设置为3∶2时可以在获得较高的排水速率的情况下节约电极材料。
(3)通过室内模型试验,对比了导电塑料排水板与传统管状电极的电渗排水效果,验证了导电塑料排水板在耐腐蚀性和电渗排水效果方面的优越性。结果表明,在恒压通电的情况下,导电塑料排水板的阳极未发生电化学腐蚀现象,电渗后的淤泥最终含水率低于管状电极,平均能耗系数也比管状电极低28.9%。
(4)建立了分别单层和双层布置导电塑料排水板的室内试验模型,揭示了淤泥厚度较大条件下导电塑料排水板多层布置时的电渗排水性能。结果显示,与单层布置相比,导电塑料排水板双层布置时淤泥电渗的平均排水速率更高,电渗后的最终含水率更低,但平均能耗系数稍高。通过有限元分析了不同电极距条件下双层导电塑料排水板的电渗排排水效果。结果表明,电极距设置为35cm,在电渗厚度较大的淤泥时,可以在取得较好的电渗效果的前提下减少导电塑料排水板的布设层数。总体而言导电塑料排水板多层布置时的电渗效果更理想,可以满足厚度较大的淤泥的电渗排水需要。
(1)设计了一种装配式淤泥脱水装置,该装置由新型导电塑料排水板和特制的接口组成。将传统塑料排水板与石墨碳毡组合成一种新型的导电排水板,并设计合理的接口、扣件将新型导电塑料排水板快速拼装起来形成一套装配式疏浚淤泥电渗脱水装置。
(2)采用有限元软件,模拟了导电塑料排水板在不同阴、阳极宽度比布置下电渗淤泥的效果,获得了导电塑料排水板电渗淤泥时的最优阴、阳极宽度比。从电势、电场和排水速率等方面分析了不同阴、阳极宽度比布置下导电塑料排水板电渗淤泥的排水效果。结果表明,导电塑料排水板的阴、阳极宽度比设置为3∶2时可以在获得较高的排水速率的情况下节约电极材料。
(3)通过室内模型试验,对比了导电塑料排水板与传统管状电极的电渗排水效果,验证了导电塑料排水板在耐腐蚀性和电渗排水效果方面的优越性。结果表明,在恒压通电的情况下,导电塑料排水板的阳极未发生电化学腐蚀现象,电渗后的淤泥最终含水率低于管状电极,平均能耗系数也比管状电极低28.9%。
(4)建立了分别单层和双层布置导电塑料排水板的室内试验模型,揭示了淤泥厚度较大条件下导电塑料排水板多层布置时的电渗排水性能。结果显示,与单层布置相比,导电塑料排水板双层布置时淤泥电渗的平均排水速率更高,电渗后的最终含水率更低,但平均能耗系数稍高。通过有限元分析了不同电极距条件下双层导电塑料排水板的电渗排排水效果。结果表明,电极距设置为35cm,在电渗厚度较大的淤泥时,可以在取得较好的电渗效果的前提下减少导电塑料排水板的布设层数。总体而言导电塑料排水板多层布置时的电渗效果更理想,可以满足厚度较大的淤泥的电渗排水需要。