市政污泥是污水處理過程中產(chǎn)生的固體廢棄物,同時也是一種潛在的生物質(zhì)資源,在水蒸氣氣氛下其有機組分能轉(zhuǎn)化成有價值的富H₂氣體燃料。污泥的深度脫水不僅能有效的降低其含水率,還能將具有催化作用的無機物負載到脫水泥餅中。在前期開創(chuàng)的基于“芬頓試劑+CaO”復(fù)合調(diào)理的深度脫水污泥氣化工藝基礎(chǔ)上,本論文進一步闡述了殘留鐵鈣的分階段作用機理,實現(xiàn)了無機組分的資源化利用,并提出了目標產(chǎn)物的定向調(diào)控方法。主要解決的科學(xué)問題有:（I）濕污泥氣化過程中內(nèi)部水和介質(zhì)水蒸氣的競爭作用關(guān)系;（II）鐵鈣調(diào)理劑對污泥氣化產(chǎn)H₂的定向調(diào)控和催化機理;（III）殘留鐵鈣在不同氣化階段對含硫含氮污染氣體釋放的影響程度及作用機理（IV）氣化灰對硫/氮污染氣體的吸附脫除原理及灰吸附性能的定向調(diào)控。針對上述問題,本論文開展了以下工作:（1）通過分析濕污泥水蒸氣氣化過程中的產(chǎn)物分布特性,探究了內(nèi)部水和介質(zhì)水蒸氣之間的競爭關(guān)系。研究表明,傳統(tǒng)濕污泥的氣化反應(yīng)性較差,介質(zhì)水蒸氣在高濃度和高溫下才會對污泥氣化產(chǎn)生明顯影響。在殘留鐵鈣的催化作用下,內(nèi)部水易與脂肪族的不飽和C=C鍵發(fā)生反應(yīng),降低... 

【文章來源】：華中科技大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：157 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

固定床氣化爐示意圖（a）下吸式（b）上吸式（c）平吸式[36]

燃氣進行燃燒，為干化和氣化提供能量，在不加輔助燃料的情況下實現(xiàn)了污泥氣化系統(tǒng)能源的自給自足。不難發(fā)現(xiàn)，無論是固定床還是流化床氣化，除了污泥高含水率帶來的阻礙外，同時也存在著焦油產(chǎn)量高、可燃氣產(chǎn)率低等問題。為了解決這些問題，有學(xué)者提出了二段式反應(yīng)的概念[48]，將氣化反應(yīng)的不同階段分開，在不同的反應(yīng)器內(nèi)完成，可以對反應(yīng)進行局部加強。例如，Soni 等[49]在兩段式固定床系統(tǒng)上對廚余垃圾進行氣化，第一段發(fā)生氣化反應(yīng)，第二段進行焦油裂解反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)與一段式系統(tǒng)相比，H2產(chǎn)量提升了 7.3-22.3%。Lin 等[50]采用兩段式流化床系統(tǒng)對木屑進行氣化，僅在第一段的熱解反應(yīng)段將溫度從 973 K 提升至 1173 K，H2產(chǎn)量就明顯提升，繼續(xù)將第二段水蒸氣重整反應(yīng)段的溫度提升至 1173 K，最終的 H2產(chǎn)量可提升 42%以上。不同于改變溫度，Liu 等[51]則是通過在第二段加入 CaO 或活性炭作為催化劑的方式，來提高H2或 CH4的產(chǎn)量。可見，相比于一段式反應(yīng)，二段式反應(yīng)系統(tǒng)的操作性更強，可根據(jù)不同氣化階段的反應(yīng)特性，通過調(diào)整工況參數(shù)或添加催化劑的方式對產(chǎn)物進行調(diào)控。

2.2.1 實驗樣品制備及特性濕污泥中有機物能被微生物消化分解，長期儲存過程中易變質(zhì)，因此本論文所有實驗原泥共分四個批次從污水廠取樣，盡管批次不同，但原料特性基本一致（表 2-1、3-1、3-6 和 5-1），說明該研究具有普遍性。本章實驗所用濕污泥為第一批次樣品。污泥原泥（RS）取自武漢某污水處理廠，原污泥采用 PAM 調(diào)理及帶式壓濾處理后含水率約為 83%。為制備含鐵鈣的深度脫水污泥，采用圖 2-1 所示流程對污泥進行調(diào)理脫水：將含水率為 83%的原泥加水混合成 93%左右的泥漿置入攪拌罐中，隨后在漿液中加入芬頓試劑和 CaO 進行攪拌調(diào)理并在實驗室小型板框壓濾機上進行脫水處理。調(diào)理劑添加量分別為 CaO-300 mg/gDS（污泥干基）、H2O2-32 mg/gDS 和 Fe2+-4mg/gDS，此調(diào)理劑配比是優(yōu)化后的最佳污泥脫水工藝參數(shù)[25]。板框壓濾過程中進料壓力為 0.6-0.8 MPa，隔膜壓力為 1.1MPa，所得泥餅含水率為 52%。實驗所用試劑（包括 H2SO4、H2O2、FeSO4和 CaO）均采用國藥集團化學(xué)試劑有限公司的分析純試劑


本文編號：3357429