Fenton試劑與赤泥復(fù)合調(diào)理深度脫水泥餅催化熱解制取富氫燃?xì)獾难芯?pdf

1、市政污泥是城市生活污水處理廠污水處理產(chǎn)生的一種副產(chǎn)物，其成分復(fù)雜、含水率高且難以脫水處理。如何降低污泥含水率并實(shí)現(xiàn)泥餅合理利用成為一項(xiàng)難題。本文在課題組前期研究以Fenton試劑與赤泥作為市政污泥的復(fù)合調(diào)理劑，經(jīng)過板框壓濾脫水，得到含水率為60％左右的深度脫水泥餅的基礎(chǔ)上，開展深度脫水泥餅的熱解產(chǎn)氣資源化利用研究，重點(diǎn)探討含水率對深度脫水泥餅熱解產(chǎn)氣效果的影響以及赤泥在泥餅有機(jī)物裂解中的催化作用效果，主要內(nèi)容包括：
　　1、市政污

2、泥深度脫水泥餅熱解特性分析
　　采用熱重分析，對烘干原泥和復(fù)合調(diào)理深度脫水泥餅的熱解特性進(jìn)行了分析。根據(jù)泥餅的熱重（TG）和微分熱重曲線（DTG）曲線發(fā)現(xiàn)，原泥中的有機(jī)物裂解主要集中在200-600℃，總失重為49.15%，而深度脫水泥餅中的有機(jī)物裂解可以分為三個(gè)階段，即100-200℃、200-600℃和600-900℃，總失重為47.31%。無機(jī)復(fù)合調(diào)理劑能夠促使污泥中可生物降解有機(jī)物、腐殖質(zhì)以及難生物降解有機(jī)物的裂解溫度降低

3、，熱解失重速率下降，從而有利于污泥中有機(jī)物的裂解反應(yīng)，增加產(chǎn)氣量。
　　2、含水率對深度脫水泥餅熱解產(chǎn)氣效果的影響
　　分別對含水率為0%、14.2%、40.9%、52.2%及65.2%的深度脫水泥餅，以及含水率分別為14.6%、40.4%、52.8%、65.1%及85.2%的傳統(tǒng)的PAM調(diào)理脫水泥餅開展熱解溫度分別為700、800和900℃的熱解實(shí)驗(yàn)。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)熱解溫度達(dá)到900℃時(shí)，深度脫水泥餅含水率為65.2%時(shí)產(chǎn)氣

4、總量達(dá)到最大，但含水率為52.2%，H2產(chǎn)量達(dá)到最大。熱解溫度達(dá)到900℃時(shí)，PAM調(diào)理污泥含水率為65.1%，產(chǎn)氣總量以及H2產(chǎn)量均達(dá)到最大。在900℃時(shí)，深度脫水泥餅熱解最大產(chǎn)氣量相較于PAM調(diào)理污泥提高了36.0%，H2產(chǎn)量提高了89.1%。通過對深度脫水泥餅熱解焦油的GC-MS檢測發(fā)現(xiàn)，焦油中主要包括芳香烴、含氮化合物、雜環(huán)化合物、含氧化合物以及脂肪烴等物質(zhì)，其中芳香烴，尤其是多環(huán)芳烴（PAHs）占最主要成分。隨著含水率的不斷提

5、高，脂肪烴和含氧化合物逐漸消失，雜環(huán)化合物以及含氮化合物含量升高，有毒有害的芳香烴類物質(zhì)的含量不斷下降，尤其是5-6環(huán) PAHs含量下降明顯。對泥餅熱解殘?jiān)M(jìn)行 FTIR分析，當(dāng)溫度達(dá)到700℃時(shí)，污泥中的有機(jī)物大部分已裂解完全。隨著泥餅含水率的增加，參與泥餅熱解反應(yīng)的水分比例越來越高，泥餅熱解殘?jiān)馁|(zhì)量也越來越低。當(dāng)深度脫水泥餅含水率達(dá)到65.2%，水分為其熱解提供了充足的水蒸氣氛圍，提高了水分參與泥餅熱解焦油的二次裂解重整反應(yīng)以及殘

6、渣氣化反應(yīng)的水蒸氣濃度，從而加強(qiáng)了焦油的裂解重整反應(yīng)和殘?jiān)臍饣磻?yīng)程度，從而提高了產(chǎn)氣總量，尤其是H2產(chǎn)量。
　　3、赤泥在深度脫水泥餅熱解產(chǎn)氣中的催化作用效果
　　對700、800和900℃三個(gè)溫度下的不同種類的赤泥和Fenton試劑復(fù)合調(diào)理深度脫水泥餅產(chǎn)氣進(jìn)行研究。研究發(fā)現(xiàn)，不同種類的赤泥對Fenton試劑與赤泥復(fù)合調(diào)理深度脫水泥餅的熱解產(chǎn)氣總量及H2產(chǎn)量有很大影響。經(jīng)過Fe2O3含量最高的赤泥復(fù)合調(diào)理的深度脫水泥餅的

7、單位有機(jī)物產(chǎn)氣總量以及 H2產(chǎn)量最高，尤其是在700℃時(shí)，其對污泥中有機(jī)物裂解產(chǎn)氣起到較大的催化促進(jìn)作用。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，赤泥中的Fe2O3含量越高，泥餅的熱解焦油中 PAHs的相對含量就越高，最高時(shí)其相對含量達(dá)到了88.54%。此外，對經(jīng)過赤泥復(fù)合調(diào)理的深度脫水泥餅熱解殘?jiān)M(jìn)行 FTIR分析，分析發(fā)現(xiàn)其 C-Har鍵吸收振動(dòng)較弱，且隨熱解溫度的提高，其吸收振動(dòng)幅度下降較快，由此說明赤泥增強(qiáng)了污泥熱解殘?jiān)械姆枷阕寤衔飻嗔押蜌饣卣?/p>

8、應(yīng)，從而增加了焦油中芳香烴的相對含量。根據(jù) Diles-Alder反應(yīng)模型，赤泥可以促進(jìn)泥餅熱解產(chǎn)物之間的脫氫、環(huán)化和芳香化反應(yīng)，提高 PAHs含量，且 Fe2O3含量越高，促進(jìn)效果越強(qiáng)，反應(yīng)越劇烈，產(chǎn)氣量尤其是H2產(chǎn)量越高。
　　此外，考察了赤泥與污泥混合方式對泥餅產(chǎn)氣效果的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)赤泥作為復(fù)合調(diào)理劑加入到污泥中，不僅能夠達(dá)到深度脫水效果，而且能對脫水泥餅中有機(jī)物的熱解產(chǎn)氣及焦油二次裂解重整和殘?jiān)牧呀夥磻?yīng)起到催化作用。本