1 緒論

目前，污泥的處理處置模式主要包括污泥土地利用、污泥填埋、污泥建筑材料利用和污泥焚燒。其中，污泥焚燒是實(shí)現(xiàn)污泥穩(wěn)定化、無(wú)害化、減量化的一項(xiàng)污泥能源化術(shù)。將污泥進(jìn)行焚燒處理，可以充分利用其可燃成分，減少填埋用地面積，增加能量的回收利用、避免污泥的二次污染。污泥中的可燃成分主要是其中存在的有機(jī)物，其發(fā)熱量通常與褐煤或貧煤相當(dāng)。為了提高其燃用效率，通常加入助燃劑，利用污泥和煤炭混合制備污泥水煤漿就是其中一種利用方式。污泥水煤漿是在水煤漿生產(chǎn)利用技術(shù)上發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)污泥燃料化技術(shù)：將污泥、煤粉、水、添加劑按不同比例混合，采取一定的制漿工藝生產(chǎn)的具有流體特性的漿體。因此，高品質(zhì)水煤漿所具有的濃度高、發(fā)熱量大、粘度低、穩(wěn)定性好等特性，也成為制備污泥水煤漿研究中所追求的目標(biāo)。由于污泥具有含水量大，成分復(fù)雜等特點(diǎn)，當(dāng)污泥與煤共成漿的過(guò)程中，成漿環(huán)境發(fā)生變化，成漿性能發(fā)生改變。因此，通過(guò)對(duì)體系中各因素在制漿過(guò)程中的影響規(guī)律的研究，為制備高性能污泥水煤漿提供理論基礎(chǔ)，探討污泥與煤共成漿行為中制約漿體特性的問(wèn)題所在，促進(jìn)污泥制漿理論和技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，有效地解決污泥的能源化和資源化利用，為高效、環(huán)保、高附加值的利用污泥，具有一定的經(jīng)濟(jì)意義和環(huán)保價(jià)值。

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2 實(shí)驗(yàn)方法及特性研究

2.1 藥品及儀器

從表 2-1 可以看出，DLT 的灰分和硫含量都很低，其中灰分 6.40%，硫含量0.37%，該煤種為優(yōu)質(zhì)的動(dòng)力煤和化工用煤，也是商品煤中配煤產(chǎn)品的主要組成。JN 的灰分也很低，只有 8.46%，其固定碳含量較 DLT 低。XZWN 具有稍高的揮發(fā)分含量和碳元素含量，其熱值也最高；其余各組分含量三種污泥差別不大。

2.2 成漿原料分析

選陜西神木大柳塔煤（DLT）和山東省濟(jì)寧市二號(hào)煤礦煤（JN）作為成漿煤種。選江蘇省徐州市某污水處理廠（XZWN）、廣東省佛山市某污水處理廠（FSWN）和廣東省順德市樂(lè)從某污水處理廠（LCWN）的脫水污泥。污泥樣品用塑料桶采集后，外裹保鮮膜密封保存。

3 污泥中水分對(duì)共成漿行為的影響機(jī)制 ................. 28

3.1 污泥中水的分布............... 28
3.2 污泥水分對(duì)漿體特性的影響............. 41
3.3 污泥中水分在成漿過(guò)程中的膠體化學(xué)行為....... 52
3.4 本章小結(jié)......... 55
4 有害雜質(zhì)在污泥水煤漿分散體系中的作用機(jī)理 . 57
4.1 污泥單因素平行制漿實(shí)驗(yàn)................. 57
4.2 有害雜質(zhì)組成及基本性質(zhì)................. 64
4.3 有害雜質(zhì)在成漿過(guò)程中的膠體化學(xué)行為........... 65
4.4 有害雜質(zhì)影響成漿效果弱化的表征. 80
4.5 本章小結(jié)......... 81
5 堿改性污泥共成漿的影響機(jī)理 ........... 84
5.1 改性污泥制漿正交實(shí)驗(yàn)... 84
5.2 堿對(duì)污泥的改性機(jī)理....... 92
5.3 改性污泥的微觀形貌和碳分布......... 99
5.4 污泥水煤漿密度研究..... 109
5.5 本章小結(jié)....... 111

6 污泥對(duì)濕法球磨方式制漿的影響

6.1 污泥水煤漿和對(duì)應(yīng)水煤漿的特性差異

選取 FSWN 和 XZWN 制備污泥水煤漿，除污泥種類外，綜合考慮污泥添加量、分散劑添量、球磨時(shí)間等因素，對(duì)漿體的制備原料和過(guò)程進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。考察污泥與干污泥，由于水分的差別，所制得漿體粒度的不同；然后依據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)原則，進(jìn)行水煤漿成漿實(shí)驗(yàn)，并同樣測(cè)定漿體的粒度、流變性、觸變性、濃度等。最后對(duì)比污泥水煤漿和水煤漿數(shù)據(jù)，得到污泥在濕法球磨工藝中對(duì)成漿的影響作用。實(shí)驗(yàn)中需要注意的是要保證球磨機(jī)負(fù)載相同，即制備的污泥水煤漿與水煤漿應(yīng)保持相同的重量，因此，水煤漿中未添加的污泥的質(zhì)量應(yīng)折算成額外漿體的質(zhì)量。選取污泥種類、污泥添加量、分散劑添加量、濕法球磨時(shí)間四種因素進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，并選取同樣的參數(shù)條件進(jìn)行水煤漿制備實(shí)驗(yàn)。其中污泥添加量的選取為煤干基的 5%、10%、15%和 20%；分散劑的添加量依據(jù)工業(yè)生產(chǎn)中分散劑使用量的范圍確定為煤干基的 0.8%、1.0%、1.2%和 1.4%；通過(guò)單獨(dú)測(cè)定球磨時(shí)間得到濕法球磨時(shí)間的范圍為 12min、14min、16min 和 18min。以粒度小于 74μm 的顆粒占漿體中的累積分布為評(píng)價(jià)指標(biāo)，實(shí)驗(yàn)篩選用 L16（45）的正交表，實(shí)驗(yàn)因素水平表同表3-1。

6.2 漿體的粒度分析和顆粒形狀

水煤漿的粒度分布（級(jí)配）是水煤漿工業(yè)生產(chǎn)的三大要素之一。高濃度的水煤漿應(yīng)具有濃度高、流動(dòng)性好等特點(diǎn)，這就要求其漿體應(yīng)磨制到具有一定的細(xì)度，使其粒度分布合理，讓大小顆粒能互相充填，減少空隙，從而使固體顆粒具有較高的堆積效率。工業(yè)上通過(guò)“級(jí)配”技術(shù)來(lái)調(diào)整煤漿的堆積效率，一般燃燒用水煤漿的粒度上限是 500~300μm，小于 74 μm 的含量在 70%左右，同時(shí)也應(yīng)具有 2~5μm 的微細(xì)顆粒；造氣用水煤漿的粒度上限是 1400 μm。由于水煤漿漿體顆粒是連續(xù)分布顆粒，，因此研究堆積效率和粒度分布的關(guān)系也比較復(fù)雜。為了研究連續(xù)分布的顆粒，各國(guó)學(xué)者建立相關(guān)的數(shù)學(xué)模型。最常用的粒度分布模型主要有：Alfred 分布模型、Gaudin-Schuhmann 模型和 Rosin-Rammler 模型。
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7 結(jié)論

污泥與煤共成漿的主要作用機(jī)理總結(jié)如下：1. 成漿性差：a.污泥中絮凝體結(jié)構(gòu)，尤其是親水性官能團(tuán)，對(duì)水的吸附作用，造成體系內(nèi)自由水減少；b. 污泥內(nèi)有害雜質(zhì)，即無(wú)機(jī)礦物質(zhì)，對(duì)分散劑的吸附，造成有效參與成漿的分散劑減少。2. 穩(wěn)定性好：a. 污泥中絮凝體物質(zhì)彼此搭接，并參與到煤-分散劑體系中，形成巨大的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具備了較大的空間位阻，成為阻礙大顆粒沉淀的隔網(wǎng)；b. 污泥中無(wú)機(jī)礦物質(zhì)，彼此之間和與煤顆粒間存在作用能，并因?yàn)樗饔枚纬伤鈿�，增加了聚結(jié)阻力。c. 污泥中絮凝體通過(guò)絡(luò)合或吸附作用而含有的高價(jià)金屬離子，通過(guò)靜電力大小和在顆粒表面吸附分散劑也會(huì)促進(jìn)穩(wěn)定性的增強(qiáng)。3. 粘度高：a. 成漿顆粒巨大的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和對(duì)水的吸附作用都會(huì)增加體系粘度；b. 較小的顆粒粒度和不對(duì)稱的顆粒形狀都會(huì)增加粘度。

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參考文獻(xiàn)（略）

本文編號(hào)：582845