市政污泥熱解動力學(xué)及其能量平衡研究.pdf

1、當(dāng)前，污泥處理與處置已成為我國亟待解決的環(huán)境問題。論文在課題組前期研發(fā)的Fenton試劑+赤泥調(diào)理、Fenton試劑+石灰調(diào)理兩種無機復(fù)合調(diào)理體系基礎(chǔ)上，對其脫水泥餅開展熱解研究，主要內(nèi)容包括：
　　1、兩種調(diào)理體系污泥熱解特性研究及動力學(xué)分析
　　利用TGA（Thermogravimetric analysis）熱分析技術(shù)對原泥及兩種調(diào)理脫水污泥進(jìn)行了實驗研究，獲得了不同升溫速率下污泥的TG（Thermogravimetr

2、ic）和DTG（Differential Thermogravimetric）失重曲線。并利用M-KAS（Kissinger-Akahira-Sunose）模型和Discrete DAEM（Discrete distribute activation energy model）模型對兩種調(diào)理體系污泥進(jìn)行了熱解動力學(xué)參數(shù)研究。結(jié)果表明，污泥熱解可分為三個階段：第一階段室溫~120℃為脫水段；第二階段120~700℃為主揮發(fā)份熱解階段，兩種

3、調(diào)理體系污泥對應(yīng)的熱解溫度區(qū)間存在差異；第三階段700~900℃為無機鹽分解段。升溫速率顯著影響了熱解三個不同階段的特征峰溫度：起始溫度（Ti）、結(jié)束溫度（Tf）和各類峰值溫度（Tp）。兩種調(diào)理體系在污泥熱解主揮發(fā)段的失重曲線存在差別，赤泥調(diào)理對熱解的影響覆蓋整個污泥熱解段，而石灰調(diào)理的影響僅存在第三階段，在800~1000℃溫度區(qū)間出現(xiàn)了明顯的石灰分解峰。原泥、原泥+Fenton、原泥+赤泥、原泥+Fenton+赤泥以及原泥+Fent

4、on+石灰第一段的熱解反應(yīng)平均活化能分別為218.99、181.27、187.35、176.04和175.83 kJ·mol-1。
　　2、赤泥對污泥熱解作用機理研究
　　赤泥能提高污泥熱解效率，提高污泥熱解失重率，使污泥有機物裂解轉(zhuǎn)化更加充分；同時，赤泥能改善污泥熱解條件，降低污泥熱解終止溫度、降低能耗、縮短反應(yīng)時間；而且，赤泥組分中Fe2O3起到了關(guān)鍵性的作用。此外，赤泥能催化污泥熱解反應(yīng)，降低污泥熱解高溫段的熱解表觀活

5、化能，使該段有機質(zhì)熱解反應(yīng)更加容易，其中赤泥組分中Fe2O3、Al2O3在這部分起到了催化作用。
　　3、污泥熱解系統(tǒng)能量平衡研究
　　污泥熱解能耗包括污泥前期干化能耗和熱解反應(yīng)能耗兩部分。對于熱解反應(yīng)能耗，由于污泥原料中有機物含量發(fā)生變化，熱解產(chǎn)物也發(fā)生了變化，隨著有機物的升高，熱解殘渣產(chǎn)量降低；對應(yīng)的，熱解氣產(chǎn)量提高。污泥機械深度脫水含水率60％左右，整個污泥熱解系統(tǒng)能耗大約在~5.5MJ/kg，且絕大部分能量消耗在前期

6、的干化和樣品熱解升溫階段，而主要的污泥熱解反應(yīng)熱相對較少，占不到10%。干化能耗主要取決于污泥初始含水率，80wt%初始含水率污泥直接干化到5 wt%終止含水率需要能量10.3 MJ·kg-1dried，ss；若80 wt%初始含水率污泥通過深度機械脫水工藝降低到60 wt%，再干化到5 wt%只需要3.8MJ·kg-1dried，ss，能耗降低了63%。然而，同一初始含水率污泥（80 wt%）干化，干化終止含水率從45 wt%降低到5