近些年来，本团队部分教师重点围绕污泥脱水特性表征、连续型微波与超声波污泥改性设备设计研发、超声波协同微细气泡污泥降解与脱水设备设计开发、卧螺离心机脱水过程的CFD数值模拟、油泥处理等问题，开展了应用基础研究和应用研究工作。与此同时，由于本团队属于依托环境工程、过程装备与控制工程、油气储运工程、机械工程等专业而成立的学科交叉融合性研究团队，因此具有较强的非标设备设计研发能力，能够承接完成与污泥浓缩、污泥消化稳定、污泥机械脱水、污泥热干化、等过程相关的非标设备设计研发工作（含CFD数值模拟和测试分析表征）。

　　1.污泥脱水特性表征

　　预处理技术可改变污泥脱水特性，促进污泥脱水特性的变化。本团队对超声、微波处理、超声微波组合方法处理后的污泥进行了实验研究，采用差示扫描量热仪(Differential Scanning Calorimetry, DSC)，测试分析了在不同条件下，污泥毛细吸水时间(Capillary Suction Time, CST)、粒度分布、水分的变化情况，根据测试结果可计算出结合水的含量。例如，经连续型微波调质后，处理功率为300W，处理时间对应为30s、60s、120s、180s、240s的五个试样进行DSC热分析实验，当作用时间为30s时，测得污泥的凝结热为297.2 J/g，污泥的含水率为99.24%，因此真实的凝结热为299.48 J/g，即仍有10.52%的水分未在0℃附近结冰，换算可得此时结合水量为13.74kg/kg DS。研究中根据放热峰的出峰温度对应考察各条件下的脱水特性表征值，出峰温度越高说明污泥颗粒对水的束缚力越小，即污泥越易脱水。

　　另一方面，基于絮状物粒径分布、分形维数、丝状指数等表征污泥中颗粒聚集的形态参数，可以有效衡量污泥的脱水特性。本团队采用两种方法进行分形维数分析：一是采用Fractalfox2.0软件对污泥的显微图像提取分形维数；二是将激光粒度仪得到污泥颗粒度的筛下累积产率，在双对数坐标系建立污泥筛下累积百分含量和粒度的关系曲线来进行线性拟合以计算分形维数。

　　2.连续型微波与超声波污泥改性设备设计开发

　　大部分微波/超声波调质改性技术研究都停留在静态特性研究方面，本团队搭建了连续型微波和超声波污泥改性设备，实现了从“静态到动态特性研究”的突破，在设备设计优化、理化表征手段上也有所创新。

　　连续型微波污泥调质系统主要由供电单元、微波处理单元、控制单元3部分组成。利用模拟仿真手段进行微波场的优化，确定连续型微波调质系统的微波频率、微波功率及微波温度，对微波调质系统中的发生器、谐振腔、流道、水蒸汽冷凝回流系统等进行设计并进行定制。

　　连续型超声波污泥调质系统主要包括超声波发生器、超声波控制器、超声波探头、超声波反应器等组成。在超声波污泥调质模拟仿真方面，模拟了不同换能器分布形式对声压分布的影响，针对所设计的不同形状与尺寸的槽式超声设备反应器进行模拟，得到各模型在谐振频率下的声压分布云图。

　　3.超声波协同微细气泡污泥降解与脱水设备设计开发

　　近些年来，微细气泡作为一种过程强化手段得到了迅速发展。研究表明，微细气泡在超声波作用下的传质效率和氧化性会明显提高，微细气泡与超声波协同作用时可有效降低最佳超声波强度。为此，团队搭建了连续流动状态下超声波与微细气泡协同处理污泥设备，主要包括超声波探头、超声波反应罐、超声波发生器、超声波控制器、微细气泡发生器、EDUR多相流泵、缓冲罐、立式多级变频泵等。

　　采用微细气泡发生器和德国Edur多相流泵两套微细气泡发生系统，两套气泡发生系统均可独立运行。污泥被输送到反应罐中，经过微细气泡发生器或Edur多相泵产生的气泡及超声波处理后，实现连续流动状态下超声波调质、微细气泡处理污泥的目的。该装置可根据污泥相关特性的变化，改变超声波功率、频率、时间、微细气泡作用时间等工艺参数，确定最佳工艺条件。系统研究微细气泡与超声波协同作用处理污泥的效果，以促进污泥中有机污染物的降解、EPS(胞外聚合物)的破解，达到污泥降解与减量化效果提高的目的。

　　4.卧螺离心机脱水过程的CFD数值模拟

　　当今国际上已普遍使用全封闭连续运行的卧式螺旋卸料沉降离心机（简称卧螺沉降离心机）作为污泥脱水的主机，但普通卧螺沉降离心机的缺点是脱水污泥的含湿量比带式压滤机高，可以从提高分离因数、增加机械挤压和延长停留时间等三个方面采取改进措施。因切向速度是影响卧螺离心机离心分离效果的重要因素，本团队使用计算流体力学（CFD）软件数值模拟了长径比为3.5的离心机，在径向坐标为190 mm处，黏度分别为1.003×10-3Pa•s、1.143×10-3Pa•s、1.243×10-3Pa•s、1.423×10-3Pa•s、1.563×10-3Pa•s以及2Pa•s的情况下切向速度沿径向的分布情况。随着黏度的增大切向速度逐渐降低，当黏度大时切向速度相应较小，而较低的切向速度对于分离过程是不利的，因此降低流体黏度更有利于固-液分离。

　　研究过程中对有螺旋和无螺旋两种情况进行对比，结合污泥的调质分析悬浮液黏度、颗粒的粒径分布及离心机中螺旋对分离效率的影响。以悬浮液黏度对脱水特性的影响为例，选取实验研究中所得污泥调质特性研究测得的黏度作为模拟数据，分析调质技术对污泥脱水效率的影响，不同微波条件处理后的污泥黏度发生变化。通过DPM模型、对不同长径比下转鼓转速为50rad/s、入口速度为0.5m/s时卧螺离心机内的固-液分离过程进行模拟，模拟得到的不同工况下的分离效率，在无螺旋情况下，随着黏度的增大，离心机分离效率略有降低；相同黏度下，分离效率随着长径比的增大而增大，说明大长径比有利于固-液分离。在有螺旋情况下，随着黏度的增大离心机分离效率有增有减，在相同黏度下分离效率随长径比增大而增大，说明即使在有螺旋的情况下大长径比离心机也利于固-液分离。

　　5.污泥特性测试表征仪器与调质设备

　　本团队经过多年的建设，已经具备了较为完整的污泥特性测试表征仪器和调质设备。在脱水特性表征方面，拥有德国Sartorius公司红外水分测定仪MA150，英国Triton公司Multi-CST测试仪，美国TA公司Q10差示扫描量热仪；在分散相水颗粒的粒径分布测试方面，拥有日本Olympus CX41系统显微镜（配套CBIO-5.2彩色图像计算机分析系统）、美国DRS公司的RTD/16型高速动态记录仪、瑞士Mettler Toledo公司的聚焦光束反射测量仪（FBRM®）、颗粒录影显微镜（PVM®）、英国Malvern公司Mastersizer 3000型/Mastersizer 2000型激光粒度仪、美国Microtrac公司S3500激光粒度仪；在污泥调质设备方面，拥有美国Sonics公司VCX750超声波破碎仪、南京先欧仪器制造有限公司XO-SM50型超声微波组合反应系统、北京盈安美诚科学仪器有限公司MP6型微波消解系统。此外，还拥有德国WIGGENS DIGTOR21冷冻型台式离心机，上海天美科学仪器有限公司CT15RT型高速离心机。

仪器名称	型号	产地	图片
红外水分测试仪	MA150	德国
毛细吸水时间测试仪	Multi-CST Type 319	英国
马尔文激光粒度仪	Mastersizer 3000	英国
马尔文激光粒度仪	Mastersizer 2000	英国
差示扫描量热仪	Q10	美国

　　6.科研立项及工程应用

　　自2008年以来，本团队持续开展了污泥强化脱水处理方面的研发工作，已承担完成国家自然科学基金项目、北京市属高等学校“中青年骨干教师”项目、北京市属高等学校“青年拔尖人才培育计划”项目等，还承接完成了油泥处理等多项科研课题。目前正承担北京市教育委员会科技计划一般项目，致力于采用螺旋流强化颗粒迁移沉降技术提升污泥浓缩脱水性能。

项目名称	时间	项目类型
基于螺旋流强化颗粒迁移沉降的污泥浓缩脱水技术研究	2023年01月～2025年12月	北京市教育委员会科技计划一般项目
调质对污泥脱水特性与离心分离性能影响的研究	2012年01月～2015年12月	国家自然科学基金青年基金项目(51104022)
污泥连续微波分离实验装置的研制与实验研究	2013年01月～2016年12月	北京市属高等学校“青年拔尖人才培育计划”项目
超声波辅助污泥沉降和脱水特性研究	2010年01月～2012年12月	北京市属高等学校“中青年骨干教师”项目