微波能作用下污泥脫水和高溫熱解的效能與機制.pdf

1、污泥產(chǎn)量的增加及帶來的環(huán)境污染已成為環(huán)保界關注的焦點。污泥脫水是污泥處置的瓶頸,污泥高溫熱解則因能促進其資源化而成為近年研究的熱點。本論文針對污泥處理處置的關鍵技術(shù),將微波能引入污泥脫水預處理及高溫熱解處置中,以污泥減量化、無害化、資源化為主線,研究微波能作用下污泥脫水性改善及結(jié)構(gòu)破壞歷程,分析污泥微波高溫熱解的效能與機制,考察微波對污泥中主要污染物——重金屬的固定效果及機理,探討熱解固態(tài)產(chǎn)物的再利用前景。本文提出采用微波能促進污泥脫水

2、性的改善,考察130s內(nèi)污泥沉降、過濾脫水性的變化,并通過粒度分布及污泥胞外聚合物含量變化探討了相關機理,分析了污泥結(jié)構(gòu)的破壞歷程。結(jié)果表明：適宜的微波輻射可明顯改善污泥結(jié)構(gòu)及脫水性,900、720和540W微波改善污泥沉降及過濾脫水性的最適宜時間分別50、110和130s,處理后污泥SVI30分別較原泥減少48%、38%和30%,真空抽濾含水率由原泥直接抽濾的85%降為71%。分析認為：污泥結(jié)構(gòu)破壞是微波改善去其脫水性的重要因素,90

3、0W微波輻射50s污泥中超膠體顆粒有效減少30.7%,胞外糖含量介于15.8-16.5mg/gMLSS時污泥脫水性最佳。核酸能較好地指示微波輻射下污泥細胞壁開始破裂的時間,過量的微波輻射因破壞污泥的細胞壁結(jié)構(gòu),導致胞內(nèi)物質(zhì)大量溢出、污泥黏度增加,脫水性惡化。采用微波能進一步實現(xiàn)濕污泥的直接干燥,確定其中重金屬的固定效果及機理。試驗表明：含水率98%的污泥經(jīng)900W微波作用8min即可實現(xiàn)低耗、快速干燥；不同標準方法及擬自然水體流動條件下

4、的浸出試驗表明：微波干燥污泥可實現(xiàn)其中重金屬Cu、Cr、Zn、Pb的有效固定,試驗通過SEM及XRD手段分析干污泥的化學組成、結(jié)晶狀況、孔徑結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)：微波可通過破壁、堆積、包埋、固定、成孔過程將重金屬有效閉塞在干污泥0.075-0.75μm的孔徑中,實現(xiàn)重金屬與干污泥的緊密結(jié)合。通過不同污泥在微波場中的升溫特性確定：污泥在微波場中的加熱溫度低于200℃；通過添加少量SiC、Fe2O3、活性炭、炭化污泥,可促進污泥800℃微波高溫熱解。在

5、優(yōu)化反應條件下,微波高溫熱解污泥有機質(zhì)轉(zhuǎn)化率較傳統(tǒng)熱解過程增加10%以上,可實現(xiàn)污泥高效熱解。微波高溫熱解污泥固態(tài)產(chǎn)物中的重金屬是其再利用過程中必須考慮的問題。試驗研究發(fā)現(xiàn)：與傳統(tǒng)熱解過程相比,微波高溫熱解污泥過程可有效減少重金屬揮發(fā),而且TCLP方法下固態(tài)產(chǎn)物中Cd、Pb、Zn、Cu的浸出濃度降低了80.29%以上；在改變浸取液、液固比、pH以及擬自然水體流動的浸出試驗中,微波高溫熱解污泥固態(tài)產(chǎn)物中重金屬的固定效果優(yōu)于傳統(tǒng)高溫熱解。機

6、理分析發(fā)現(xiàn)：微波高溫熱解污泥固態(tài)產(chǎn)物呈堿性、重金屬賦存穩(wěn)定態(tài)增加、不穩(wěn)定態(tài)減少是實現(xiàn)重金屬化學固定的重要因素；固態(tài)產(chǎn)物歷經(jīng)玻璃轉(zhuǎn)化、形成微米級顆粒是實現(xiàn)重金屬物理固定的重要因素；化學及物理固定對重金屬固定共同發(fā)揮作用。在確定微波高溫熱解污泥有效固定重金屬的基礎上,進一步研究發(fā)現(xiàn)：添加炭化污泥條件下的微波高溫熱解污泥固態(tài)產(chǎn)物對伊紅、番紅的吸附量可達到73.99mg/g及79.82 mg/g,Freundich等溫吸附模型可較準確描述伊紅和