脱水污泥/生物质共热解特性研究

摘要

污泥是城市污水处理不可避免的副产物。近些年来,随着污水处理量不断增加,污泥产量大幅提高,而环境质量标准的日益严格,使得污泥的处置成为一个亟待解决的环境问题。传统的污泥处理方式主要包括卫生填埋、焚烧、堆肥以及污泥农用等,但这些方式均会导致不同程度的二次污染。因此,必须寻找新的污泥处理方式。污泥热解因具有经济性好、二次污染小、以及能量回收率高等优点,逐渐成为人们研究的焦点。
　　本文以城市污水处理厂机械脱水后的污泥(含水率80％)和生物质的混合物为原料,进行了共热解研究。主要研究内容及成果如下:
　　(1)采用工业分析和元素分析对两种原料进行分析。结果表明:相比污泥,生物质的挥发分和固定碳含量较高,灰分和水分含量则较低。将生物质添加到污泥中,可以有效调节混合样品的挥发分和水分含量。在热解过程中,污泥中的水分在高温条件下形成蒸气气氛,促进了热解产物和水蒸气反应,从而提高气体产率。
　　(2)采用热重分析仪(TG)、热重-质谱联用仪(TG-MS)对污泥/生物质的热解特性进行研究。比较了污泥和生物质单独热解的基本特性差异,分析了不同生物质掺混比对共热解特性的影响。混合样品的热解特性在某些方面优于单独污泥或生物质,且随着生物质掺混比增加,混合样品的挥发分析出特性指数(D)逐渐增大。样品热解气体中主要轻质组分的释放温度范围和样品主要失重的温度范围一致。在污泥中添加生物质,有效提高了主要气体组分的逸出强度。
　　(3)在自制的固定床反应装置上,对污泥/生物质的共热解进行研究。实验考察了生物质掺混比、温度、固相停留时间以及原料含水率对热解产物分布和气体产物特性的影响。结果表明:对于制备高品质燃料而言,生物质最佳掺混比为40%~60%。随着温度升高,气体产量和H2含量增加;延长停留时间有利于气体产物产生、H2含量提高以及碳转化率增大;物料中含水率的提高促进了热解初产物的蒸气重整反应和半焦的气化反应,有利于氢气组分和其他可燃气体的产生。
　　(4)借助BET和SEM对残余半焦的比表面积及表面形貌特性进行分析,并研究了混合半焦对亚甲基蓝的吸附特性。结果表明:混合半焦的比表面积为168.3m2/g。其对亚甲基蓝的吸附量随着温度升高而增加。等温吸附过程能很好地用Langmuir模型表示。热力学参数表明该吸附过程为自发吸热反应。

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1 绪论

1.1污泥的特性

1.2污泥的处理现状及问题

1.3污泥热解技术发展概述

1.4研究目的与内容

2 实验材料及其特性分析

2.1 实验原料

2.2原料的特性分析

2.3本章小结

3 污泥/生物质的热解特性及产物分析

3.1 热重曲线分析

3.2 TG-MS分析

3.3本章小结

4 污泥/生物质共热解实验研究

4.1 实验装置与方法

4.2结果与讨论

4.3本章小结

5 半焦吸附亚甲基蓝的实验研究

5.1实验方法

5.2结果与讨论

5.3 本章小结

6 全文总结与展望

6.1全文总结

6.2展望

致谢

参考文献

附录1 攻读学位期间发表的论文