近年来随着我国污水排放量的迅速增加以及处理率的快速增长,产生了大量的剩余污泥。据统计,含水率约80%污泥的年产量预计已达350万吨,给环境带来巨大压力。我国污泥后续处置以农业利用和土地填埋为主,但城市化进程的加快使原来消纳污泥的农田变少,污泥后续的处置受到限制。且国家相关标准规定用于土地利用及填埋污泥的含水率必须要低于60%,常规机械脱水后污泥的含水率远不能满足要求,因此需对剩余污泥进行深度脱水处理。此外,降低污泥的含水率能显著减小其体积,节约后续异地运输和处理处置费用。污泥电渗脱水技术是一种利用电渗原理快速有效脱除污泥中水分的技术,同时能将污泥的含水率降低至60%以下。电渗脱水过程中电场、流场、浓度场发生变化,且相互影响。深入认识污泥电渗脱水过程中水分迁移机理及多物理场相互作用规律、掌握影响脱水效能的关键因素,有助于优化电渗脱水操作条件及改进技术。本文以西安市第四污水处理厂经机械脱水后的污泥为研究对象,通过模型实验、数值模拟等手段研究市政污泥电渗脱水机理及多场耦合作用理论,主要研究内容和成果包括:(1)搭建污泥电渗脱水实验平台,考查不同加载电压梯度、处理时间下电渗流量、电流以及脱水效果的变化规律。实验结果表明,随着脱水进行,阳极侧污泥含水率迅速降低,电阻急剧增加,造成处理过程中电渗流量减小,脱水效果变差,污泥的剩余含水率由阳极至阴极逐渐增加。分析认为,阳极侧低含水率污泥分担较大电压是电渗脱水处理效果下降的主要原因;(2)结合电渗脱水过程中电场、流场、浓度场的变化及相互作用规律,推导出多物理场相互作用的偏微分方程组,采用COMSOL Multiphysics 4.3a有限元软件对脱水过程进行数值模拟,模型参数由实验测量和数学推导获得。结果表明,模型能较好反映不同加载电压、处理时间下脱水单元内电场分布和流场变化的情况;(3)模型、实验所得电渗流量与污泥含水率随时间变化趋势基本吻合,故模型参数选择合理,可通过电渗脱水模型优化操作条件,如电极开孔率对脱水效果的影响,获得其最优值。模型分析表明,电极开孔率L0/L=3/10时,脱水速度最快,效果最优。