污水處理過程中會(huì)產(chǎn)生大量污泥，這些污泥含水率很高，且含有大量有機(jī)物、金屬鹽、病原微生物和寄生蟲卵等，污泥性質(zhì)不穩(wěn)定且容易腐敗。如果污泥不能采用合理的技術(shù)進(jìn)行安全處理處置，會(huì)引起周圍環(huán)境的二次污染。污泥也可被看作為一種資源，如果將污泥進(jìn)行熱解處理，資源化利用污泥熱解三相產(chǎn)物，既可以解決污泥污染問題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了廢物再生利用。 本論文中研究了回收污泥中的鐵鹽和鋁鹽并作為混凝劑回用于污水化學(xué)一級(jí)強(qiáng)化處理。利用小試規(guī)模污泥序批式熱解和連續(xù)式熱解兩種反應(yīng)裝置，研究污泥熱解三相產(chǎn)物質(zhì)量平衡，分析各種元素在熱解過程中的遷移規(guī)律。測(cè)定不同溫度條件下污泥熱解三相產(chǎn)物熱值和反應(yīng)熱，建立污泥熱解能量平衡。定量分析污泥中有機(jī)物主要成分，結(jié)合各種成分熱解過程中變化規(guī)律分析污泥熱解機(jī)理，并利用表觀動(dòng)力學(xué)對(duì)污泥熱解反應(yīng)進(jìn)行分段擬合。研發(fā)污泥熱解設(shè)備開展工藝驗(yàn)證，對(duì)污泥熱解工藝進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。 污泥中鐵鹽回收最佳工藝條件pH值為1.5、攪拌時(shí)間60min，鋁鹽回收最佳工藝條件為pH值2.5、攪拌時(shí)間60min，回收率分別為79.2%和83.5%，污泥減量率為50.85%和35.51%。多次循環(huán)回收會(huì)導(dǎo)致鐵鹽或鋁鹽回收率下降，分解由83.78%和84.51%降低至70.06%和78.43%。利用污泥中回收的鐵鹽或鋁鹽處理污水，對(duì)濁度的去除效果接近或者略好于新鮮鐵鹽或鋁鹽對(duì)濁度的去除效果，出水UV254值略大于新鮮鐵鹽或鋁鹽出水的UV254值，對(duì)CODCr和SCODCr的去除率與使用新鮮的鐵鹽或鋁鹽處理效果沒有明顯的波動(dòng)，對(duì)總磷去除率均高于97.00%，對(duì)色度的去除率由51.00%降低到41.00%。 污泥熱解過程中影響熱解產(chǎn)物產(chǎn)率的主要因素是熱解溫度，熱解液體和氣體產(chǎn)物產(chǎn)率隨熱解溫度升高而升高，熱解升溫速率和熱解時(shí)間影響不明顯。污泥中碳、氫、氧、氮和硫元素向氣體產(chǎn)物中遷移量隨熱解溫度升高而增加。污泥連續(xù)式熱解工藝中污泥熱解反應(yīng)深度高于序批式熱解工藝，在800℃以上熱解溫度下，更多的碳、氧、氮元素由污泥中遷移出去，但硫元素正相反，原因是污泥連續(xù)式熱解工藝中熱解溫度高于800℃下硫元素可以與其他元素發(fā)生反應(yīng)被固定在熱解固體產(chǎn)物中，污泥連續(xù)式熱解工藝中污泥中除碳、氫、氧、氮和硫元素外的其他元素含量減少幅度大于序批式熱解，原因是連續(xù)式污泥熱解工藝反應(yīng)條件更利于這些元素由污泥向熱解氣體產(chǎn)物中遷移。 低熱解溫度下熱值明顯降低。熱解液體產(chǎn)物在450-600℃熱解溫度下熱值達(dá)到很高水平，液體產(chǎn)物熱值最大值為26433kJ/kg，熱解液體產(chǎn)物能源化利用價(jià)值在600℃時(shí)達(dá)到最大。污泥序批式熱解工藝在700-800℃溫度段獲得的熱解氣體產(chǎn)物熱值最高。兩種熱解工藝分別在各自最優(yōu)參數(shù)下從熱解液、氣體產(chǎn)物中可回收能量占污泥含有的化學(xué)能的77.50%左右。隨著污泥熱解溫度上升，熱解反應(yīng)呈現(xiàn)先吸熱后放熱的規(guī)律，反應(yīng)熱由吸熱轉(zhuǎn)變?yōu)榉艧岬臏囟赛c(diǎn)為588.56℃，整個(gè)熱解過程反應(yīng)熱盈虧轉(zhuǎn)換點(diǎn)為809.56℃，采用不同熱解反應(yīng)溫度條件，反應(yīng)熱最大吸熱量?jī)H為637.24J/g，僅占污泥自身化學(xué)能的3.94%，由此可見，污泥熱解能源化利用工藝是高效低耗的。 污泥中主要有機(jī)物成分中蛋白質(zhì)類、脂類、多糖類和以腐殖質(zhì)為主的其他有機(jī)物分別占污泥質(zhì)量的29.78%、16.62%、11.08%和11.77%。在25-180℃溫度段內(nèi)，主要是水分、易揮發(fā)有機(jī)物、碳氧化合物、氮和硫元素的氫化物氣化。當(dāng)熱解溫度超過240℃時(shí)，污泥中蛋白質(zhì)類、脂類和多糖類開始熱解。隨著熱解溫度超過400℃，二次熱解反應(yīng)開始出現(xiàn)，污泥熱解氣體產(chǎn)物產(chǎn)率迅速升高，當(dāng)熱解溫度達(dá)到428℃時(shí)，污泥中多糖類物質(zhì)熱解已經(jīng)基本完成，464℃脂類物質(zhì)氣化完成，538℃蛋白質(zhì)類物質(zhì)熱解完成，熱解溫度高于538℃后的污泥熱失重主要由于腐殖質(zhì)類物質(zhì)熱解導(dǎo)致。表觀動(dòng)力學(xué)分析表明，污泥熱解過程中在148-220℃溫度段時(shí)符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，在220-475℃符合二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，在475-630℃溫度段時(shí)符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型。 污泥熱解工藝研究結(jié)果表明污泥熱解產(chǎn)物產(chǎn)率和元素組成與小試規(guī)模相近，較高的熱解溫度下因?yàn)闊彷椛鋵?dǎo)致的能耗會(huì)增加，經(jīng)濟(jì)分析結(jié)果表明，污泥熱解產(chǎn)物具有較高的利用價(jià)值，污泥熱解資源化利用工藝具有優(yōu)良的效益產(chǎn)出，如果作為一個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行建設(shè)，具有投資基金回收周期短，回報(bào)率高的優(yōu)點(diǎn)。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2014
【中圖分類】：X703
【部分圖文】：

圖 7-2 污泥熱解工藝應(yīng)用設(shè)備Fig. 7-2 Equipments of sludge pyrolysis and energy utilization-3 所示。由圖 7-3 可知，在更高的熱解溫度下，污泥熱解固體產(chǎn)物產(chǎn)率變小，由 50 57.61-60.31%降低至 900℃的 35.56-36.08%，氣體產(chǎn)物產(chǎn)率變大，由 500℃9.69-42.39%升高到 900℃的 63.92-64.44%。通過與圖 3-3 數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在熱度為 500℃和 600℃時(shí)，污泥熱解固體產(chǎn)物明顯低于小試規(guī)模，原因是由于污解工藝研究設(shè)備長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過小試規(guī)模熱解裝置，而且設(shè)備內(nèi)部溫度場(chǎng)均一好，因此污泥中有機(jī)物熱解效率高于小試規(guī)模。在高于 700℃熱解溫度下，污解固體產(chǎn)物和氣體產(chǎn)物產(chǎn)率均與小試規(guī)模十分接近。熱解時(shí)間對(duì)污泥熱解率定的影響，延長(zhǎng)熱解時(shí)間可以提高污泥熱解率，但熱解時(shí)間對(duì)污泥熱解率影響不是很大，在熱解溫度為 500℃時(shí)，20min 熱解時(shí)間下固體產(chǎn)物產(chǎn)率僅比 60m解時(shí)間下高 2.70%，考慮到延長(zhǎng)熱解反應(yīng)時(shí)間會(huì)明顯降低污泥熱解生產(chǎn)效率，污泥熱解單位能耗，因此在本論文后續(xù)的能量平衡計(jì)算、經(jīng)濟(jì)分析和碳減排研污泥熱解時(shí)間均采用 20min。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2880496