基于热等离子体的焦化废水污泥资源化利用研究

摘要

热等离子体技术是近几年发展起来的固体废弃物处理领域的全新技术，目前在国外已被实际应用于核废料、城市生活垃圾、污水污泥等固体废物的工业化处理中。焦化污泥是一种典型的有机毒性极高的危险废物，配煤焚烧是国内主要处置手段。本次研究中利用实验室热等离子体系统处理焦化污泥，主要对焦化污泥基本性质、热等离子体固化污泥重金属程度、污泥热解气化制备可燃气效果进行研究分析。根据实验结果，概述实验室热等离子体处理焦化污泥的能量转化情况，初步核算运行成本，为该技术的工程应用提供参考。本文内容主要包括于以下四方面：
　　（1）焦化污泥基本性质的研究。测定焦化污泥的元素组成，进行工业分析，对不同含水率污泥的高位、低位燃烧发热量进行分析，评价焦化污泥的化学能回收利用潜力。然后，测定焦化污泥中有机组成和Pb、Cu、Cd、Cr含量，分析其有机毒性和重金属毒性。
　　（2）焦化污泥热解残渣的毒性研究。用1100℃加热方式处理焦化污泥，测定、分析Pb、Cu、Cd、Cr浸出浓度和浸出率。再以热等离子体技术处理添加SiO2的焦化污泥，对热解残渣做同样研究。再向SiO2和污泥的混合体加入一定量酸溶态Pb、Cu、Cd、Cr，进行残渣重金属毒性分析，全面评价热等离子体技术的重金属固化能力。
　　（3）焦化污泥的热解制气研究。首先进行焦化污泥在N2氛围中的热重分析用以选取适当热解温度，再分析不同温度下焦化污泥主要热解成分的产气率、不同气体比例和热解气热值。然后，采用热等离子体在合适工况下热解气化焦化污泥，对气相产物进行同样的分析，对比热等离子体技术与传统热解用于可燃气制备的效果不同，讨论热等离子体热解气化技术的特点。
　　（4）实验室等离子体处理焦化污泥的经济性分析。根据实验结果，初步进行本次热等离子体处理系统的能量衡算，粗略计算热等离子体处理不同含水率焦化污泥的成本投入，评价热等离子体技术的经济性和可用性。

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1 绪论

1.1 引言

1.2 焦化污泥的产生与处置

1.3 热等离子体处理系统

1.4 热等离子体技术在环境领域的应用

1.5 本文研究内容

2 焦化污泥基本性质研究

2.1 焦化污泥的元素及工业分析

2.2 焦化污泥的热值分析

2.3 焦化污泥有机成分分析

2.4 焦化污泥重金属含量测定分析

2.5 本章小结

3 实验室热等离子体处理系统研究

3.1 等离子体处理系统简介

3.2 等离子体处理系统组成

3.3 热等离子体处理系统的运行

4 焦化污泥残渣毒性研究

4.1 1100℃焦化污泥残渣的制备

4.2 热等离子体热解残渣的制备

4.3 污泥残渣浸出毒性样品的制备

4.4 污泥残渣重金属浸出毒性的测定

4.5 实验结果与讨论

4.6 本章小结

5 焦化污泥的热解制气研究

5.1 氮气氛围下焦化污泥的热重分析

5.2 焦化污泥的常规热解气体研究

5.3 焦化污泥的等离子体热解气体研究

5.4 本章小结

6 等离子体处理焦化污泥的经济性分析

6.1 污泥等离子体制气的能量分析

6.2 焦化污泥热解制气成本分析

6.3 本章小结

7 总结与建议

7.1 总结

7.2 建议

致谢

参考文献