污泥吸附剂的制备及其在烟气脱硫中的应用研究

摘要

鉴于我国城市污水厂污泥生产量增加、处置压力增大等问题，以污泥为原料制备的吸附剂来进行烟气脱硫的技术，具有较高的性价比，不但可以为污泥的处置找到一条新出路，而且能为燃煤烟气中SO2的脱除以及硫资源的回收提供一条新途径，因而具有广阔的发展前景。 实验以南京市锁金村污水处理厂剩余污泥为原料制备吸附剂，并采用该吸附剂进行脱除烟气中SO2的研究。分别考察了污泥吸附剂粒径、烟气流速、吸附剂床层温度、SO2浓度、O2浓度及水蒸气浓度对污泥吸附剂脱硫性能的影响，确定了本实验最佳操作条件。当SO2进口浓度为2000ppm、污泥吸附剂粒径为20目～30目、模拟烟气流速为3m·min-1、床层温度为60℃、O2体积浓度为12％、水蒸气体积浓度为14％时，污泥吸附剂的硫容达到最大，脱硫效果最好；将污泥吸附剂和商品活性焦的脱硫性能进行了对比，得出污泥吸附剂的硫容为商品活性焦的65.3％，但前30min内的脱硫效率相差不大，均在95％以上。 对污泥吸附剂脱硫过程动力学进行了研究，建立了脱硫过程的吸附动力学方程；通过实验对污泥吸附剂等温吸附方程进行了测定，等温吸附过程满足Freundlich模型；建立了固定床吸附模型，模型计算值与实验结果吻合较好。 在管式工业电炉中对脱硫后的污泥吸附剂进行加热再生实验，再生率随再生温度和时间的增加而增加；加热60min左右，相应温度下能解吸的SO2均能解吸完全；在燃煤电厂实际再生温度400℃时，污泥吸附剂的再生率约为75％。 对同一组污泥吸附剂进行了5次吸附-再生循环实验，在第2次吸附时，污泥吸附剂的硫容高于第1次的且达到了最大值，之后随着吸附-再生循环次数的增加，硫容不断减小；经过5次吸附-再生循环后，污泥吸附剂的脱硫效率在前20min内仍能保持在90％以上。 采用比表面积测定仪、电子扫描电镜和傅立叶变换红外光谱仪等现代分析手段对污泥吸附剂原样、吸附后和再生后的样品进行表征，经过分析得出：污泥吸附剂发达的孔隙结构和种类繁多的表面官能团在脱硫过程中发挥了重要作用；加热再生改善了污泥吸附剂的孔隙结构，使其更有利于对SO2的吸附和催化氧化。

目录

文摘

英文文摘

声明

1前言

1.1课题的研究背景和意义

1.1.1我国SO2的排放现状

1.1.2 SO2的危害

1.1.3污泥的产生状况

1.1.4污泥的组成及引起的环境问题

1.2烟气脱硫技术现状

1.2.1湿法烟气脱硫技术

1.2.2半干法烟气脱硫技术

1.2.3干法烟气脱硫技术

1.3污水厂污泥处置现状

1.3.1污泥的传统处置方法及其弊端

1.3.2污泥资源化利用

1.4炭质材料吸附法烟气脱硫技术

1.4.1炭质材料吸附法烟气脱硫技术的分类

1.4.2炭质材料吸附法烟气脱硫技术的发展

1.4.3炭质材料吸附法烟气脱硫技术的优势及存在的问题

1.5污泥吸附剂的制备及其在烟气脱硫中的应用研究进展

1.5.1污泥吸附剂的制备研究进展

1.5.2污泥吸附剂在烟气脱硫中的应用研究进展

1.6污泥吸附剂烟气脱硫技术的应用前景

1.7课题主要研究内容和路线

1.7.1课题主要研究内容

1.7.2课题的研究路线

2污泥吸附剂烟气脱硫的基础理论

2.1吸附过程机理

2.1.1物理吸附

2.1.2化学吸附

2.2炭质材料吸附剂脱硫后的再生

2.2.1吸附中的有效脱附

2.2.2炭质材料吸附剂的再生方法

3污泥吸附剂烟气脱硫实验

3.1实验药品及仪器

3.1.1实验药品

3.1.2主要实验仪器

3.2实验装置及流程

3.2.1污泥吸附剂的制备实验装置及流程

3.2.2污泥吸附剂吸附SO2实验装置及流程

3.2.3污泥吸附剂再生实验装置及流程

3.3实验分析方法

3.3.1污泥含水率的测定

3.3.2污泥灰份的测定

3.3.3 SO2浓度的测定

3.3.4污泥吸附剂硫容的测定

3.3.5脱硫效率的测定

3.3.6污泥吸附剂再生率的测定

3.3.7污泥吸附剂损耗率的测定

3.3.8水蒸气含量的测定方法

3.3.9再生气中SO2含量的测定方法

3.3.10污泥吸附剂晶型的分析

3.3.11污泥吸附剂表面化学官能团的分析方法

3.3.12污泥吸附剂表面结构的分析方法

3.3.13污泥吸附剂的热重分析

4污泥吸附剂的制备研究

4.1污泥吸附剂的制备及其烟气脱硫性能测定

4.1.1污泥吸附剂的制备

4.1.2制备的污泥吸附剂的脱硫性能测定

4.2污泥吸附剂原样的表征与分析

4.2.1污泥吸附剂原样的比表面积及孔结构

4.2.2污泥吸附剂原样的扫描电镜(SEM)分析

4.2.3污泥吸附剂原样的X射线衍射(XRD)分析

4.2.4污泥吸附剂原样的傅立叶变换红外光谱(FTIR)分析

4.2.5污泥吸附剂原样的热重(TG)分析

4.3本章小结

5污泥吸附剂烟气脱硫特性研究

5.1工艺条件对污泥吸附剂脱硫性能的影响研究

5.1.1粒径对污泥吸附剂硫容的影响

5.1.2烟气流速对污泥吸附剂硫容的影响

5.1.3床层温度对污泥吸附剂硫容的影响

5.1.4烟气中SO2浓度对污泥吸附剂硫容的影响

5.1.5 O2浓度对污泥吸附剂硫容的影响

5.1.6水蒸气浓度对污泥吸附剂硫容的影响

5.2 SO2在污泥吸附剂上的吸附动力学与吸附模型研究

5.2.1 SO2在污泥吸附剂上的吸附动力学

5.2.2 SO2在污泥吸附剂上的吸附模型研究

5.3污泥吸附剂与活性焦脱硫性能的对比

5.4.污泥吸附剂吸附后样品的表征与分析

5.4.1污泥吸附剂吸附后样品的扫描电镜(SEM)分析

5.4.2污泥吸附剂吸附后样品的X射线衍射(XRD)分析

5.4.3污泥吸附剂吸附后样品的傅立叶变换红外光谱(FTIR)分析

5.4.4污泥吸附剂吸附后样品的热重(TG)分析

5.5本章小结

6污泥吸附剂再生特性研究

6.1用于再生实验的污泥吸附剂样品的制备

6.2再生条件对污泥吸附剂再生率的影响

6.2.1再生温度对污泥吸附剂再生率的影响

6.2.2再生时间对污泥吸附剂再生率的影响

6.3吸附-再生循环次数对污泥吸附剂脱硫特性的影响

6.3.1吸附-再生循环次数对污泥吸附剂硫容的影响

6.3.2吸附-再生循环次数对污泥吸附剂脱硫效率的影响

6.3.3吸附-再生循环次数对污泥吸附剂再生率的影响

6.4吸附-再生循环次数对污泥吸附剂损耗率的影响

6.5污泥吸附剂再生后样品的表征与分析

6.5.1污泥吸附剂再生后样品的扫描电镜(SEM)分析

6.5.2污泥吸附剂再生后样品的X射线衍射(XRD)分析

6.5.3污泥吸附剂再生后样品的傅立叶变换红外光谱(FTIR)分析

6.5.4污泥吸附剂再生后样品的热重(TG)分析

6.6本章小结

7结论与展望

7.1结论

7.2创新点

7.3展望

致 谢

参考文献