污水污泥热化学特性分析及低温热解产物研究

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，最高降幅约在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％。同时也看都污泥的粒径越小，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，在情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，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。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

第1章绪论

1.1污泥的来源及分类

1.1.1污泥的来源

1.1.2污泥的分类

1.2污水污泥的基本性质

1.2.1污泥的含水率和固体含量

1.2.2污水污泥的脱水性

1.2.3污泥的理化性质及生物性质

1.3当前污泥处理及资源化利用现状

1.3.1污泥处理方法

1.3.2污泥资源化利用现状

1.4课题背景及研究目的、意义和内容

1.4.1研究课题背景

1.4.2研究目的及意义

1.4.3研究内容

第2章热化学基本理论及热解技术

2.1污泥的热化学处理

2.1.1热化学处理的基本原理

2.1.2几种典型的污泥热处理技术

2.1.3污泥的基本热化学特性

2.2当前国内外污泥热解的现状

2.3热解工艺

2.3.1热解基本原理

2.3.2热解工艺的分类

2.3.3热解过程控制

2.3.4热解工艺实例

2.3.5热解污泥工业化实例

2.4热解工艺与其他污泥处理方法比较

第3章污泥热化学特性分析

3.1污泥基本热化学特性实验

3.1.1实验研究所用污泥

3.1.2污泥基本热化学特性实验

3.1.3结果分析

3.2污泥的热重分析

3.2.1热重法的原理

3.2.2微商热重法的原理

3.2.3影响热重法测定结果的各种因素

3.2.4综合热重分析仪简介

3.3热重实验

3.3.1实验方法

3.2.2热重分析实验结果分析

3.4本章小结

第4章污泥金属含量检测分析实验

4.1概论

4.2消解方法

4.3 ICP-AES检测方法

4.4实验结果及分析

4.5本章小结

第5章污泥低温热解实验及产物分析

5.1实验装置

5.2实验物料及器材

5.3实验方法

5.4 GC-MS检测方法

5.4.1 GC-MS分析条件的选择

5.4.2 GC-MS数据的采集

5.4.3 GC-MS得到的信息

5.4.4 GC-MS定性分析

5.4.5 GC-MS定量分析

5.4.6实验所采用的GC-MS实验方法

5.5实验数据处理及产物成分分析

5.5.1不同粒径及温度下污泥热解产物的重量分析

5.5.2油分成分分析

5.6本章小结

第6章前景分析及未来的研究重点

结论

参考文献

致谢

附录