随着我国城市化进程的加快以及工业化的不断发展，近年来我国污泥产量逐年增加。妥善解决污泥处置出路是历届污水、污泥处理行业会议的热点议题，同时也是我国环保问题的重要任务之一。而污泥深度脱水又是最终污泥处理处置前的重要环节之一。污泥电渗透脱水作为一种无药剂添加实现深度脱水的技术近年来得到了广泛关注。但是目前电渗透脱水技术的研究主要集中在操作参数对脱水效果的影响规律研究以及参数条件的优化，而对污泥电渗透脱水的动态过程以及参数影响机理缺乏理解。另外，前端的污泥性质变化对其电渗透脱水的影响规律以及污泥经电渗透脱水后对后端进一步深度风干干化的影响并不明确。基于上述问题本文开展的主要研究内容包括：
　　1、基于工程数值模拟，研究分段电压对污泥电渗透脱水效果的影响及欧姆热温度的作用机理
　　采用原位线性伏安法(Linear Sweep Voltammetry, LSV)对电渗透脱水过程中的污泥进行扫描表征其电阻动态变化过程，结果表明不同电场强度条件进行的电渗透脱水，在同一含水率情况下，施加的电压越大污泥电阻越大。基于实验获得的电导率vs.含水率关系曲线建立了污泥电渗透脱水瞬态模型，仿真了恒电压和分段电压污泥电渗透脱水过程中电流和滤液量随时间动态变化过程，实验现象与仿真结果相一致，说明电导率是影响污泥电渗透脱水程度的关键因素。分段电压实验结果表明采用“高-低-高”的电压组合有利于降低脱水能耗。
　　采用模型仿真和实验的方法研究了污泥在电渗透脱水过程中泥饼温度的动态变化过程以及温度对电渗透脱水效果的影响。探究在不同温度条件下污泥粒径大小、表面形貌、胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances, EPS)结构形貌、有机物成分变化以及电导率的影响。结果表明温度仿真结果与实验现象相一致，在40℃至50℃之间存在改善污泥电渗透脱水性能的温度阈值。当泥饼温度超过50℃后EPS中部分有机物可能发生变性或分解，通过三维荧光光谱(Three-dimensional Excitation Emission Matrix Spectra, 3D-EEM)观察到了其成分发生变化。这会导致污泥絮体中部分微生物聚集体解散、絮体粒径变小以及污泥电导率的升高从而有助于改善污泥电渗透脱水性能。透射电镜图像结果表明施加35V电压电渗透脱水过程中EPS部分微生物聚集体解散甚至部分微生物细胞破解。当以50℃为温度切换点将35V电压切换到15V进行分段电压电渗透脱水，其脱水能耗能降低到108.23kWh每吨污泥。
　　2、探究污泥陈化过程性质变化规律及对电渗透脱水效果的影响
　　选取典型的上海市生活污水污泥为研究对象，对同一批污泥样品进行陈化，探究在陈化过程中污泥性质的持续变化过程，并对不同陈化时间的污泥样品进行同条件25V恒电压电渗透脱水实验观察其脱水效果。实验结果表明污泥在陈化过程中EPS有机物逐渐被分解和消耗，脱水效果持续改善。在相同实验条件下，陈化24h的污泥电渗透脱水程度和时空产率分别达到含水率50.67wt.%和223.46kgm-2h-1(以达到含水率65wt.%计)。该实验结果表明陈化对于改善污泥电渗透脱水性能具有有益效果。
　　3、解析污泥电渗透脱水过程中可溶性离子的迁移分布规律
　　将电渗透脱水技术应用于高含盐工业污泥脱水，采用数值模拟和分层实验的方法解析电渗透脱水过程中离子的迁移分布规律。仿真模拟结果与分层实验结果相吻合，其中在污泥电渗透脱水过程中Na+电迁移速率明显快于K+的，超过84%的Na+在脱水过程中脱除进入滤液中，而K+的去除率大约只有45%。金属离子的脱除有利于污泥后续处理处置。分段电压实验结果表明在电渗透脱水初始阶段(离子迁移段)采用较小电压将自由金属离子富集于阴极随后再转换高电压进行的脱水方式能够将能耗从恒电压方式的约350.08kWh/吨降低到295.88kWh/吨。
　　4、污泥电渗透脱水联合低温风干干化技术的探索
　　施加不同电场强度对污泥进行电渗透脱水后再进行低温风干干化，探究污泥经电渗透脱水前后EPS成分和含量、表面微观形貌、粒径大小的变化以及风干干化过程中泥饼质量的变化过程。实验结果表明污泥在电渗透脱水过程中会形成渗流通道，且当施加的电场强度达到一定强度后污泥EPS含量下降、成分发生一定变化。风干干化曲线表明前端电渗透脱水施加的电场强度越大，后端风干脱除单位质量水分所需时间越短。污泥经35V电渗透脱水15min后再经低温风干干化能在100min内将含水率降低至20wt.%。利用前端电渗透脱水后泥饼产生的性质和结构上的变化再进行低温干化更有利于提升整体污泥处理的时空产率。