低温热解处理污泥与废轮胎的相关研究

摘要

污水污泥与废轮胎的大量产生造成了严重的环境污染与资源浪费，目前主要的处置方法有污泥卫生填埋、污泥土地利用、废轮胎制胶粉以及二者的焚烧法与热解法等。填埋处置占地面积大，二次污染重，且有潜在的危险性；土地利用会使污泥中的有毒有害物污染土壤与水体；制备胶粉的成本较高，且需求数量与需求增长速度远小于废轮胎的数量和增长速度；焚烧可以回收污泥与废轮胎中的能源，但无法回收有价值的工业原料，且成本很高，对大气污染较重；固体废弃物的热解法能最大限度地回收潜在的资源与能源、经济效益高、环境污染小，更符合废弃物处理的资源化、无害化和减量化原则，是发展前景较好的一种固废处理利用方式。本文通过实验研究了污泥与废轮胎的低温热解及催化热解，旨在为污泥与废轮胎热解工艺的发展提供一些基础数据和重要的依据。
　　 利用固定床反应器进行了污泥的低温热解与催化热解实验。研究了热解终温对污泥热解产物产率的影响，发现450℃为污泥热解过程的一个典型温度，污泥热解液相产物产率增加的趋势与热解残渣产率减少的趋势相似，均在450℃以前变化较快，而在450℃以后变化趋势趋缓。利用GC-MS分析了典型温度下的污泥热解油的轻质有机组分，发现其中主要含有烷烃类、烯烃类、腈类、含氮杂环化合物、单环芳烃、醇类和酚类等；其中含量最多的几种物质为甲苯、4-甲基苯酚、十五烷腈、1-甲基-2，5-吡咯啉二酮、吡啶等。研究了热解残渣的性质随热解终温的变化，结果表明：热解残渣其碳含量较低，灰分含量较高；热解终温为500℃时，残渣的微孔结构最为发达，比表面积最大，而热解终温为450℃时，中大孔结构最为发达，总孔容积最大；残渣的碘吸附值随着热解终温的升高而逐渐减小，亚甲基蓝吸附值在450℃时最大；随着热解终温的升高，残渣表面低链烷烃的C-H键逐渐减少以至消失，-OH、C-O与取代芳烃均逐渐增加，而C=C与较长链烷烃的C-C则在450℃时含量最高。随后分别以Fe2O3、Al2O3、CaO、CuO和ZnO作为催化剂，进行了污泥催化热解实验，结果表明：较为廉价的CaO催化效果最好，可使液相产物的产率增加2.65％，使热解起始温度降低20℃，且催化热解油中轻质馏分所占比例有所增加，轻质有机组分中单环芳烃与烯烃的含量大大增加，含氮化合物与含氧化合物均有明显减少，这对提高污泥热解油作为燃料的品质以及从中提取化学化工物质的工艺研究有着重要的指导意义。
　　 在惰性气氛下的以粉煤灰以及两种碱改性粉煤灰作为催化剂的废轮胎低温催化热解。以热解油为目标产物，筛选出了催化剂的最佳催化热解工艺条件，结果表明：Ca(OH)2改性粉煤灰的最佳催化热解工艺条件为：灰碱比12，剂料比0.075，热解终温425℃；可使热解油的产率提高4.15%。无论是粉煤灰还是碱改性粉煤灰，最佳的催化热解温度均为425℃，且在该温度下的热解油产率与475℃时的热解油产率相当，甚至更高，即催化剂的加入大大降低了热解过程的能耗。