活性污泥无害化和资源化是今后活性污泥处置的发展方向。而活性污泥无害化和资源化的前提是经济高效的污泥高干度脱水。由于活性污泥胞内水的存在,直接采用机械过滤脱水方式很难使活性污泥含水率进一步下降。高含水率的滤饼对其后续的热力干燥势必造成能量消耗较大。因此,以突破固液分离的极限,降低后续热力干燥作业的能耗水平,开展经济高效的污泥高干度脱水技术的研究,对推进污泥的资源化利用工作具有重要的理论研究意义和实际应用价值。基于上述思想,本文结合苏州市环保项目“城市生活污水中污泥无害化处置、资源化利用关键技术的研究”(项目编号:N3117925)内容,在综合国内外相关研究的基础上,提出了利用蒸汽热解作用与机械隔膜压榨相结合的方法,对活性污泥进行高干度脱水。论文主要研究工作包括以下几个方面:1.论文首先通过对通入蒸汽后的污泥质量、动量和能量之间的相互作用机理的分析,将泥饼中各种水份粘性耗散伴随着能量的变化作为热源项进行处理;然后利用国内外学者提出的多场耦合模型理论,结合相关压榨过滤理论构建了污泥热解压榨过滤过程中的温度—应力—渗流状态下的“活性污泥热压过滤高干度脱水耦合数学模型”。2.根据所构建的“活性污泥热压过滤高干度脱水耦合数学模型”,以及所给出的定解条件(包括边界条件和初始条件),将方程组简化成一维模型,然后采用多物理场耦合软件COMSOL Multiphysics,根据模型试验条件对其进行数值仿真。数值计算的结果表明:热压过滤过程中出现了尺寸效应和应力集中现象,这说明在热压流固耦合作用时,由于热解和压榨复合作用,在应力分布区内出现了拉应力突变,从而导致滤饼发生了较大的形变和塌陷现象的产生。研究表明采用传统的压榨过滤方法,孔隙流体压力随压榨时间的延长而逐渐消散。当采用热解和压榨复合作用方法时,污泥脱水过程中随着通入蒸汽温度的升高,滤饼厚度明显膨胀,系统压力增高,这说明在热力作用下,活性污泥中胞内水受热膨胀。但是,当温度超过400K以后,滤饼厚度突然变薄。这说明含在污泥中的胞内水膨胀破裂被释放出来了,在压榨力的作用下滤饼厚度进一步下降,达到高干度脱水目的。3.为了进一步验证热解和压榨复合作用理论的实用性,课题进行了“活性污泥热压过滤高干度脱水机理”的环境实验。实验分别对蒸汽加热临界温度、压榨作用力、过滤速率以及最佳压榨脱水时间等工艺参数进行了实验研究,并对脱水各过程中污泥微观结构进行了比较分析。实验结果表明:采用热解和压榨复合作用方法,滤饼含水率显著的降低(58~63%),加热温度在(1350C~1450C)之间,脱水时间(25~30min)之间,压榨作用力(0.6~1.0MPa)。本课题通过理论研究和实验研究都表明了,本研究方法是一种经济高效的污泥高干度脱水方法。该课题研究为该方法的实际应用奠定了理论和实验基础。