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污水污泥热化学特性分析及低温热解产物研究

刘强  
【摘要】: 随着城市的发展,城市废水量加大,由此排出的污泥以每年大于15%的速度增加。由于污泥中含有可利用的有机物,蕴藏着大量热能,如能回收利用则可作为替代能源而资源化。在多年的探索中,低温热解作为具有多方面优势的处理方法更显示出其广阔的应用前景。 本文以城市污水厂生物法处理产生的剩余污泥为原料,通过对污泥样品特性进行工业分析、元素分析,使用TG分析仪进行热重分析、ICP-AES分析污泥中重金属含量来探求污泥的性质,了解污泥成分特性。在此基础上对不同粒径的污泥颗粒在250~700℃的温度范围内,进行了低温热解实验,讨论了热解过程和热解产物产率的分配情况,并使用GC-MS对液相成分进行了分析,得到了以下结果: 通过对样品污泥进行工业分析和元素分析发现,污泥有机氧含量高达47.52%,而碳含量也达41.66%;高H/C表明存在含CH2基团的长链化合物;并且污泥的热值达到16.61MJ/kg;这些特性都表明污泥是一种重要的热解原料。热重分析实验结果表明,干燥污泥随着温度的升高,其重量百分比呈递减趋势,最高降幅在40%左右。终温越高,其降幅越大;终温越低,降幅越小;三种粒径污泥在终温为500℃时,其热解后的固体重量分别为58%,56%,52%。同时也看到污泥的粒径越小,则污泥中的物质越易发生分解。使用ICP-AES对样品污泥中的重金属含量进行了检测,发现该样品污泥中11重金属有5种与其他地区的污泥相比含量比较高。而热解技术能很好的将这些重金属固定在焦炭内,防止其再污染。 采用管式电炉,在惰性条件下对污水污泥进行热解实验,污泥根据颗粒粒径分为1-0.5mm,0.5-0.2mm和≤0.2mm三组,热解温度范围为250~700℃。结果表明粒径的大小影响污泥油液的产率:粒径为0.5-0.2mm污泥在450℃时,得到最大油产率32%;污泥粒径越小达到最大产率的温度越低,热解效率越高。使用GC-MS对油液进行分析,以确定不同实验条件下得到的主要成分。三种热解油所含化合物主要为单环芳烃,脂肪族化合物,含氧有机化合物,含氮化合物,甾族化合物,卤化物,含氮的杂环化合物,多环芳烃化合物等八类。通过以上的研究,探求在不同热解温度下污泥热解产物作为燃料或在工业上运用的可行性,并为相关的其它研究提供参考。 通过该实验研究,了解污水污泥的特性,并为污水污泥进一步资源化利用提供有利的基础,并针对传统污泥资源化利用过程中的缺点与弊端,制定新的污泥对策。


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