污泥用作水泥工业替代燃料合理工艺

摘要

在城市污水处理工业中，污泥是必然的产物。具有含水量高、极易腐败、含有重金属等特点，且含有较高的有机物，具有一定的发热量。近年来，随着城市经济社会的不断发展，城市污水处理量越来越大，导致污泥的产量也不断上升。一个污水处理厂对污泥的处理能力，已经逐渐成为了其污水处理品质的决定性因素。本课题以城市中不同来源的污泥为研究对象，对于污泥的干燥过程进行分析，并测定其干化处理后的理化性质、燃烧特性和重金属毒性，并与传统燃料煤粉进行对比，从各个方面分析其作为替代燃料的可行性。在此基础上进一步研究污泥用作水泥工业替代燃料的合理工艺，分析污泥最佳含水率范围和合理添加率范围，为污泥在水泥窑系统中燃料化的实际利用提供理论研究依据。
　　对不同种类的污泥选用不同的干燥温度进行干化处理，研究污泥干化过程中体积、形态的变化，结果表明在一定温度范围内，温度越高，含水率降低速率越快，但过高的温度导致挥发分的析出，利用热分析技术研究湿污泥随温度增加污泥本身的变化情况，综合二者结论得出污泥的干燥温度应控制在100℃-140℃之间。
　　通过化学成分分析、工业分析、发热量分析和元素分析四个方面研究干燥污泥，并与水泥工业传统燃料煤粉进行对比，得出结论污泥中主要化学成分与煤粉类似，大部分重金属元素种类和含量也无明显差异；干燥污泥和煤粉在工业分析上存在着很明显的差距，干燥污泥的挥发分含量较高，而煤粉中的固定碳含量远高于干燥污泥；干燥污泥的发热量约为8.5-20kJ·g-1，平均发热量约为13.69kJ·g-1，发热量相对较高，具有很高的利用价值；在氢、硫两种元素方面，干燥污泥和煤粉的差别不明显，而污泥中的氮元素普遍高于煤粉，在碳元素方面，煤粉的含量远高于干燥污泥。
　　通过热分析法，绘制热分析曲线，对干燥污泥和煤粉在燃烧过程中的质量变化和吸放热情况进行分析，结果表明干燥污泥和煤粉的燃烧均分为三个阶段，干燥污泥在挥发分析出阶段放热量较高，煤粉则主要靠固定碳的燃烧放热。
　　本研究测定了污泥燃烧后剩余灰分中重金属种类和含量，并与传统燃料煤燃烧后的煤灰进行对比，结果表明干燥污泥经水泥窑系统煅烧后剩余物质中重金属含量与煤灰无明显变化，且满足GB50295-2008《水泥工厂设计规范》中规定的水泥熟料重金属限值。
　　对污泥在不同含水率的发热量和烘干至不同含水率需吸收的热量以及烘干所需时间进行对比，考虑经济性、实用性等多方面因素，确定污泥用作水泥工业替代燃料的合理含水率范围为10％-30%。
　　将不同种类的污泥以不同比例与煤粉混合，采用同步热分析技术研究混合样品的燃烧过程，分析混合样品燃烧的质量变化和吸放热情况，得出污泥在煤粉中的添加量不宜超过40%。

目录

1 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 污泥的定义及性质

1.3 污泥的危害与处置

1.4 水泥窑协同处置污泥

1.5 污泥用作水泥工业替代燃料

1.6 本课题研究内容

2 污泥干燥过程影响分析

2.1 污泥的干燥实验

2.2 污泥干燥过程分析

2.3 干燥温度对干燥效率的影响

2.4 小结

3 干燥污泥和煤粉的理化性能

3.1 污泥和煤粉的化学成分分析

3.2 干燥污泥和煤粉的工业分析

3.3 干燥污泥和煤粉的热值分析

3.4 干燥污泥和煤粉的元素分析

3.5 小结

4 干燥污泥和煤粉的燃烧特性分析

4.1 燃烧特性

4.2 热分析

4.3 小结

5 污泥灰和煤灰重金属毒性分析

5.1 重金属毒性及致毒机理

5.2 重金属元素的毒性特点

5.3 水泥工业处理污泥中的重金属

5.4 小结

6 污泥用作水泥工业替代燃料合理工艺分析

6.1 污泥的合理含水率

6.2 污泥的合理添加量

6.3 小结

7 结 论

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录：