通风是污泥生物干化的关键因素，优化的通风策略能够同步实现更好的干化效果和更低的能耗，但目前主要通过实验室规模和中试规模的试验优化，工作量大，难以指导实际应用。中国科学院生态环境研究中心水污染控制实验室魏源送研究组多年来致力于污泥生物处理的研究与应用，近年来采用计算流体力学（Computational fluid dynamics, CFD）模拟，结合温度红外热成像方法（Infrared Thermal Imager, IRI），在实际工程规模上优化了污泥生物干化的通风策略，大幅缩短了干化周期，并阐明了其机理，为污泥生物干化和堆肥工艺的通风优化提供了新途径。近日研究成果发表在重要期刊Water Research（Water Research, http://dx.doi.org/10.1016/j.watres.2017.06.003）。
研究组以我国东北某大型污泥处置厂的连续流强制通风槽式污泥生物干化工艺为对象(槽体长×宽×高=96m×3m×2.5m)，采用数值模拟和现场试验相结合的方式，研究了三种通风策略下的污泥生物干化效果和堆体温度场，实现了脱水污泥的快速生物干化，并对其机理进行了深入探讨。研究结果表明，1）不同于热电偶法只能监测某点温度，红外热成像方法能够快速（1秒钟内）准确测定堆体表面的温度场，从而可迅速获取通风过程中堆体表面的温度场变化；与验证了的CFD模拟结果结合，明确了整个污泥生物干化堆体在通风中的三维温度场及其变化过程。2）流场和温度场的模拟结果表明，水分迁移附加的潜热交换是通风过程中污泥颗粒、堆体内部、堆体表面与外界温度变化的关键。因此，通风过程中水分和热量的管理是污泥生物干化操作条件优化的关键。3）理论分析表明，污泥生物干化中热量主要损失在水分蒸发过程中的相变潜热，单位水分去除温度变化的理论计算值（DT=5.38°Cper 1% moisture removal）与试验结果（5.17±4.56℃）基本吻合。上述研究结果为实现污泥减量化、资源化提供了新思路。
上述研究得到国家水专项课题和国家自然科学基金项目资助。论文的第一作者是郁达伟助理研究员，通讯作者为魏源送研究员。
基于流场和温度场的污泥生物干化模拟与优化
水污染控制实验室
2017年6月6日