城市污水污泥的热解特性与低温热解实验研究

摘要

污水污泥问题是目前困扰城市健康迅速发展的一个严重而紧迫的问题，世界各国都在寻求污泥处理的理想途径。过去污水污泥被视作废物，现在人们已经发现污水污泥是一种资源，一旦被合理运用，污水污泥处置的前景便更加明确和具有现实意义。通过对昆明市第四污水处理厂污水污泥进行的热解特性及低温热解实验，对污泥的热解特性进行了较为详细的分析，并针对不同的热解条件进行了低温热解实验研究。 对城市污泥的来源、特点、危害、分类和国内外污泥的处置处理情况做了介绍，并对这些污水污泥处置处理的相关技术做了较为详细的介绍，经过分析比较得出污泥的热解是今后污泥处理领域的一项重要而具有发展潜力的新技术。 作为燃料的特性对污泥的工业分析、元素分析、污泥的发热量进行了实验研究。 通过污泥工业分析得到：Mar含量85.16％，Mad含量12.35％，Aad含量37.23％，Vad含量42.35％，FCad含量8.07％。结果表明，污泥是一种高含水量的物质资源，水份析出后是一种高挥发分、高灰分、固定碳含量低的燃料。 污泥元素分析结果为：C含量23.70％，O含量27.71％，H含量3.85％，N含量4.76％，P含量1.34％，Fe含量3.47％，Ca含量1.87％，Zn含量0.98％等。可以看出污泥中质量含量较高的元素为碳和氧，其余元素含量较低，但污泥中的重金属不可忽视。污泥发热量的测量得出污泥的热值为8.02kJ/kg，从而判定出污泥可归为一种低热值的劣质燃料。 污泥的热失重分析是研究污泥热解机理和热解特性的重要手段，是污泥热解实验前的必要工作。通过热失重分析可以看出污泥在热解过程中主要有三个失重较大的温度区间为：150～360℃，360～485℃，660～735℃，分别对应着三个放热峰。前两个为挥发分的析出阶段，第三个为固定碳的燃烧阶段。结合热失重的结果计算出污泥的热解动力学参数为：E=29.85kJ/mol，A=50.38min-1。 对不同情况下污泥低温热解进行了实验研究，包括：不同的加热终温、不同的反应时间和不同含水率的污泥热解实验。研究结果表明，当热解终温越高时越有利于油的生成，炭的生成是随加热终温的升高而下降。 对于反应时间而言，存在一个反应平衡的转折点，在反应时间没有达到平衡点之前或是超过平衡点时产油率和产炭率都不能达到最大，只有在平衡点附近的时间范围内污泥热解的产油率和产炭率是最大的。 含水率的差异不会对污泥的热解结果产生大的影响，但是它直接影响到的是热解的反应时间：含水率越高反应时间越长，含水率低时反应时间相对要短，含水率是影响污泥热解能量平衡的关键因素，但是由于实验条件的限制没有具体测出污泥含水率的转折点。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1城市污泥的特点以及产生情况

1.2城市污泥的危害

1.3污泥的来源和分类

1.4污泥处理和处置的目的

1.5污泥的处理

1.5.1污泥的浓缩

1.5.2污泥的稳定

1.5.3污泥的脱水

1.6污泥的处置

1.6.1土地填埋

1.6.2海洋倾倒

1.6.3污泥农用

1.6.4污泥热化学处理

1.6.5其它的污泥处置方法

1.6.6国外污泥处置技术的发展趋势

1.7污泥低温热解的发展现状

1.8问题的提出

1.9本文的主要研究内容

第二章城市污水污泥的燃料特性研究

2.1污泥的静态分析

2.2污泥试样的来源

2.3污泥的工业分析

2.3.1污泥中水分的测定

2.3.2污泥中灰分测定

2.3.3污泥中挥发分测定

2.3.4污泥中固定碳测定

2.3.5污泥工业分析结果讨论

2.4污泥的元素分析

2.4.1实验设备与原料

2.4.2污泥元素分析结果

2.5污泥发热量的测量

2.5.1实验仪器及试剂

2.5.2发热量的测量和计算

2.5.3污泥发热量测量结果分析计算

2.6污泥的热失重分析

2.6.1实验设备及实验条件

2.6.2热失重结果及其分析

2.6.3污泥热失重反应机理

2.6.4污泥的热解动力学参数

第三章城市污水污泥低温热解实验

3.1污泥低温热解实验概述

3.2热解实验装置及流程

3.2.1实验装置及流程的简介

3.2.2实验产物的萃取

3.2.3实验设备

3.3实验结果及分析

3.3.1不同热解终温下污泥热解实验结果及分析

3.3.2不同反应时间的污泥热解实验结果及分析

3.3.3不同含水率污泥热解实验结果及分析

3.4污泥低温热解反应机理

3.5污泥低温热解技术的优、缺点分析

第四章结论

致谢

参考文献

附录硕士期间发表的论文