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《华中科技大学》 2005年
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下水道污泥焚烧过程中重金属元素的挥发与回收

韩军  
【摘要】:2003 年我国工业和城市生活废水排放总量高达415 亿吨,其中工业废水排放量为194 亿吨,城市生活污水排放量为221 亿吨。据1996 年对全国29 家城市污水处理厂的调查,每处理万吨废水产生污泥0.3 到3 吨。污泥中含有大量的有机物、重金属以及其他有害的致病细菌,如何处理这么多的污泥是一个非常严重的环境问题。 目前世界范围内处置污泥主要有三种方法:农业利用、填埋、焚烧。前面两种方法由于其自身的缺陷而逐渐被禁止,焚烧方法则由于可以使污泥的体积大幅度减少、杀死有机微生物污染物、节能等优点而得到越来越广泛的应用。但焚烧后会产生二恶英、NOx、SO2、重金属等,导致一定程度的二次空气污染,即使随着烟气处理技术的发展,其中的大部分空气污染物可以得到很大程度的控制,但是污泥中所含有的大量重金属元素会富集于一些亚微米颗粒中或者是以气态形式存在于烟气中,不易被除去,因此重金属污染仍然是污泥焚烧必须面临的一个大问题。 本文通过数值模拟和试验相结合的方法对污泥燃烧特性、焚烧过程中重金属的挥发、凝固进行了研究。这些研究深化了我们对污泥焚烧过程重金属元素行为的认识,为控制燃污泥焚烧过程中重金属元素的排放提供了理论依据。论文有特色的研究工作体现在: 1.采用热重分析方法对污泥的燃烧特性进行了研究,发现污泥的燃烧过程分成五个阶段:干燥、低温时有机物的挥发、中温时有机物的挥发、高温时有机物的挥发和焦炭燃烧; 同时研究了上述各个阶段的化学反应机理和反应动力学参数; 研究了加热速率对污泥焚烧特性的影响,发现加热速率增强会使得污泥的挥发温度提高; 同时研究了污泥焚烧过程中重金属挥发与温度、加热速率的关系,发现重金属挥发与污泥的失重没有直接关系,重金属挥发则随温度升高而增强; 这些研究为污泥焚烧设备的设计,焚烧装置的运行提供了理论依据。 2.在实验室台架上进行了污泥焚烧试验,并对污泥熔融过程中灰渣的结构变化进行了研究,发现污泥直径跟时间有下列函数关系:Y =-0.0002X~2 -0.1313X + 49.64; (Y 是颗粒直径减少百分数,X 为时间) 同时对焚烧过程中污泥中的炭、氢含量变
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