微波輔助熱解污泥機理與試驗研究.pdf

1、微波輔助熱解污泥可使污泥中的有機物發(fā)生化學裂解，生成生物油、合成氣和炭基吸附劑，有利于污泥的資源化利用，并且污染物排放可有效控制。本研究構(gòu)建了一套5 kg處理能力的干化污泥微波裝置。基于此裝置，開展了試驗研究與分析，著重分析了微波輻照條件(如微波加熱功率、微波加熱時間以及最終加熱溫度)和催化劑的應(yīng)用對產(chǎn)物產(chǎn)量和質(zhì)量的影響，并探討了微波輔助熱解污泥的反應(yīng)機理。主要研究內(nèi)容包括：
　　 ⑴微波輻照條件對熱解污泥過程分析發(fā)現(xiàn)，微波加熱

2、功率和最終加熱溫度是影響微波升溫過程的關(guān)鍵因素。微波輔助熱解污泥制備生物油主要在150-400℃加熱溫度區(qū)域生成，生物油產(chǎn)率最高的溫度范圍為250-300℃。合成氣產(chǎn)率最大化發(fā)生在250℃-320℃，產(chǎn)率在320℃以后開始下降。炭基吸附劑的最佳炭化溫度約為600℃，當最終炭化溫度達到700℃，會引起劇烈裂解反應(yīng)，從而引起炭產(chǎn)量和質(zhì)量的下降?？偟膩碚f，微波加熱功率的增加有利于生物油和合成氣質(zhì)量的提高。
　　 ⑵催化劑對微波輔助熱解

3、污泥實驗研究表明，除催化劑FeSO4和ZnCl2的添加能提高合成氣的產(chǎn)率外，其他催化劑的添加均降低了生物油、合成氣和炭基吸附劑的產(chǎn)率。催化劑的添加對生物油、合成氣和炭基吸附劑的質(zhì)量均有顯著性影響。對生物油而言，依據(jù)制備的生物油的卡路里值、密度、粘度和C含量分析，催化劑KOH、H2SO4、H3BO3和FeSO4的添加顯著提高了生物油的質(zhì)量，催化劑ZnCl2降低了生物油的質(zhì)量。對合成氣而言，污泥經(jīng)酸化處理(添加H3PO4和H3BO3)明顯降

4、低了CO和CO2的生成，但增加了H2的生成量。對炭基吸附劑而言，催化劑的添加可促進生成炭基吸附劑的孔結(jié)構(gòu)發(fā)育。
　　 ⑶考慮到污泥熱解過程及影響其過程因素的多種復雜性，分別運用三種統(tǒng)計推斷方法(即神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機、逐步聚類回歸)建立基于統(tǒng)計的動力學預測模型，以實現(xiàn)在不同工況條件下分別對溫度升高和產(chǎn)油過程的預報。研究結(jié)果表明，發(fā)現(xiàn)預測效果最好的為支持向量機預測模型，其預測精度的R2值達0.8以上，可以較好地用于污泥熱解過程分析

5、，從而實現(xiàn)對溫度和產(chǎn)油速率變化的預報。
　　 ⑷微波輔助熱解污泥產(chǎn)物質(zhì)量分配評估得出，炭基吸附劑、生物油和合成氣質(zhì)量分別占污泥原質(zhì)量的65.0-68.9％、10.1-15.3％和11.8-13.4％。微波輔助熱解污泥產(chǎn)物能量分配評估顯示，每公斤污泥微波輔助熱解產(chǎn)生的炭基吸附劑、生物油和合成氣的熱值分別為5.21-6.71 MJ、3.70-5.34 MJ和1.35-1.60 MJ。催化劑的添加增加了炭基吸附劑的能量儲存，但降低了生