污泥调理是改善城市污水处理厂剩余污泥脱水性能的一个重要手段。电化学调理是一种新型的污泥调理技术，前期研究结果表明，通过5-20V、0.1-1.0A的电流作用30 min后，可大幅提高污泥脱水性能及降低污泥后续调理的调理剂添加量。然而，电化学调理电极材料及极板型式的选择、辅助药剂的筛选及最优配比、电化学与辅助药剂共调理作用的机理、电化学调理后污泥中重金属及有机污染物变化情况等问题都尚需探明。本项目拟采用环境工程学、生物学和电化学等方法，在确定最优电极材料及极板型式的基础上，筛选促进电化学调理辅助药剂，结合电化学调理过程中污泥胞外聚合物、有机组分、zeta电位、污泥粘度、污泥形态等的变化与污泥脱水性能相关指标的分析，阐明电化学调理大幅提高污泥脱水性能的工艺原理和反应机理，建立电化学与辅助药剂共调理过程中的反应动力学模型，为推动该技术的进一步发展提供理论指导及技术支持

本课题以城市污水厂产生的剩余污泥为研究对象，针对污泥脱水难的问题，采用电化学预处理对污泥进行调理，系统地研究了电化学预处理方法对污泥比阻、CST、zeta电位、微观结构的影响，结合污泥上清液EPS的变化，分析了电化学预处理促进污泥脱水性能提高的机理。应用响应曲面法，确定了电化学预处理对污泥脱水性能影响的最佳工艺参数，在此基础上，进一步深化研究了药剂调理与电化学处理联用对污泥脱水性能的影响。研究结论主要有： （1）采用不同的电化学电压，电解时间和电极间距处理污泥，考察电化学对污泥脱水性能的效果。通过研究表明，50 V和5 min的电化学预处理为最适处理条件。皮尔森系数分析表明，EPS和多聚糖与标准化CST值具有较好的正相关关系。 （2）扫描电镜结果表明，电化学预处理使污泥絮体遭到破坏，细胞发生裂解，使细胞间隙水和胞内物质释放到溶液中，在一定程度上可使污泥脱水性能得到改善。 （3）通过响应面法优化实验条件，建立多变量多项式方程用来描述电化学预处理过程，得出最适电解电压、电解时间和电极间距分别为 21 V，12 min 和 5 cm，此时污泥的 CST 减小率为 22.15% 。最佳实验条件下的得出的CST减小率为18.8 ± 3.1%，表明实验值和多项式公式得出的预测值具有很好的拟合性。 （4）电化学预处理和PAM添加剂的联合调理作用可有效地提高污泥的脱水性能。通过电化学预处理，可使PAM用量减小50％，标准化CST值减小了36.8％。电化学预处理与表面活性剂联合作用对污泥进行调理，结果表明，阳离子表面活性剂CTAB调理对污泥脱水性能具有较好的效果，最佳添加量为2000 mg/L，在电化学预处理条件下，调理剂CTAB的用量减少66.7% 。阴离子表面活性剂SDS和非离子型表面活性剂Triton X-100对污泥脱水性能提高具有负面效应。EPS浓度，污泥粘度和污泥的zeta电位是导致污泥脱水性能发生变化的主要因素。 （5）通过电化学处理中试实验结果表明，在较低污泥浓度条件下，较低的电化学处理条件对污泥的脱水性能起促进作用；在中等污泥浓度条件下，15 V，30 min为最佳电化学处理条件；在高污泥浓度条件下，高电压处理条件能较好地改善污泥脱水性能。中试装置运行费用较低。污泥经电化学处理后，CST值明显降低。每吨污泥电化学处理的动力费用为0.75元/吨。 2100433B

高磁感、低铁损无取向硅钢对于节能降耗意义显著。影响磁性能的因素主要有晶粒尺寸、织构组分及夹杂物性质等，研究表明稀土在这三方面均发挥着明显作用，对改善磁性能有益。但目前的工作，一方面研究对象大多为混合稀土，单一元素改善磁性能的机理尚不明确；另一方面并未深入探讨稀土对再结晶织构的影响机理，且关于变质夹杂、调控晶粒尺寸、改善织构三者之间的相互影响关系研究也不充分。本项目针对上述问题拟开展铈对无取向硅钢磁性能影响机理研究。首先，采用统一的工艺制得不同铈含量的无取向硅钢成品，测量其磁性能，获得铈含量与成品磁性能的关系；其次，利用OM、SEM/EDS、TEM、EBSD等技术研究铈在改善织构、变质夹杂、调控晶粒尺寸等方面的作用；然后，在此基础上重点研究铈对再结晶织构演变规律的影响，探讨三者可能的耦合效应，建立相关的理论模型，揭示铈改善无取向硅钢磁性能的机理，为高性能无取硅钢研发提供理论指导。

针对传统污泥浓缩脱水工艺占地大、效率低、或脱水液回流造成系统负荷升高等问题，本青年基金项目将正渗透原理应用于污泥浓缩脱水，建立了高效、低耗、紧凑的污泥脱水新工艺。研究结果显示在一定条件下，正渗透工艺可将污泥脱水至含水率70%左右，证明了该工艺的可行性。但正渗透污泥脱水工艺中实际水通量低于理论值。针对该问题，课题主要研究了工艺要素（汲取液、FO膜、污泥调理方法）对正渗透污泥脱水过程中的传质阻力及传质阻力在污泥层、渗透膜、汲取液层的分布的影响，探讨其影响规律。并对渗透膜支撑层孔道结构对膜传质阻力的影响进行了深入的研究。 汲取液方面主要研究了膜面流速和汲取液浓度的影响。研究结果显示，汲取液膜面流速达到5.75 cm•s-1后对汲取液侧外浓差极化的影响不再显著。汲取液浓度对外浓差极化和内浓差极化均有显著影响。当汲取液（NaCl溶液）浓度由0.5提高到2.0 mol•L-1之间变化时，PRO模式下的两种FO膜的原料液侧外浓差极化阻力随汲取液浓度提高而均匀增加，内浓差极化则显示为先缓后急的增加。 FO膜方面主要研究了膜朝向（FO模式和PRO模式）及渗透膜支撑层结构对工艺性能的影响。研究结果显示，FO模式下，原料液侧外浓差极化阻力低于PRO模式。其机理主要是因为，较光滑的分离层面向原料液利于反混盐离子的扩散。渗透膜截盐性能优，则原料液侧外浓差极化阻力低。FO模式内浓差极化所致阻力分别高出PRO模式的2倍和5倍。FO模式下，渗透膜厚度高、支撑层裸露且粗糙，则内浓差极化所致阻力高。PRO模式下膜厚度和支撑层的影响较小。 在FO膜结构对传质阻力影响方面，结果显示，减小TFC FO膜支撑层厚度，提高膜支撑层的亲水性，提高支撑层的孔径以及下表面的开孔率等均可降低膜的ICP，有利于正渗透膜水通量的提高。 在整体传质阻力分布方面的研究结果显示，脱水污泥层阻力发展迅速，是正渗透污泥脱水过程总阻力的主要部分，其中污泥在膜面处凝胶层阻力的占比依初始污泥厚度不同可以达到30%~60%。初始污泥厚度2cm脱水4h含水率可从99%降低到78%。污泥层阻力的时间增长率随初始污泥厚度的增加而升高，污泥含水率降低至91~92%时有可能使脱水阻力急剧增加。阳离子型聚丙烯酰胺和聚合氯化铝在正渗透污泥脱水中的应用对脱水效果的提升并无助益。 2100433B

现有污泥脱水工艺效率低、能耗和费用高，亟待开发新工艺。正向渗透是一项具有低膜污染倾向、低能耗的新工艺，本项目拟将正向渗透工艺应用于污泥脱水，建立污泥脱水新工艺。从理论上分析，将正向渗透工艺应用于污泥脱水的传质驱动力远超过目前常用的机械脱水工艺，文献调研结果显示国内外尚无同类研究，因此本研究具有现实意义和创新性。本研究在前期工作的基础上，优化正向渗透污泥浓缩系统，以相同时间内污泥脱水程度为评价指标对不同类别的要素进行甄别，以确定影响工艺性能的主要因素，并对其分别进行优化，研究其影响规律，获得优化的工艺参数。传质阻力的升高是正向渗透污泥脱水工艺性能下降的根本原因。本研究将从汲取液侧、膜材料、和污泥层三部分解析工艺的整体传质阻力，并着重对污泥层中污泥结构及组成参数、反向传质离子浓度在脱水过程中的微观时空变化进行研究，进而分析各主要因素的作用机理，为进一步研究奠定理论基础。