不同深度脫水污泥的熱解特性及動力學(xué)分析-論文.pdf

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1、第32卷第5期環(huán)境化學(xué)Vo1．32，No．52013芷5月ENVIRONMENTALCHEMISTRYMav2013DOI：10．7524／j．issn．0254·6108．2013．05．017不同深度脫水污泥的熱解特性及動力學(xué)分析張強’邢智煒劉歡羅光前姚洪(1．華中科技大學(xué)，煤燃燒國家重點實驗室，武漢，430074；2．華中科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，武漢，430074)摘要選用4種利于深度脫水的復(fù)合調(diào)理劑(FeC1。／CaO、FeC1／CaO／煤粉、芬頓試劑(Fe2和HO組成體系)／CaO、芬頓試劑CaO／煤粉)來改善污泥的脫水性能，所得泥餅的含水率為43．7％—56．1％，滿

2、足深度脫水的要求．CaO和煤粉的添加能改變污泥的灰分和揮發(fā)分含量．與傳統(tǒng)聚丙烯酰胺(PAM)脫水污泥的熱重分析對比結(jié)果表明，由于復(fù)合調(diào)理劑對EPS的破壞溶解作用，因此對污泥熱解性質(zhì)有較大影響，不僅能前移水分失重峰，還使得熱重主要反應(yīng)階段峰個數(shù)變少．熱解動力學(xué)計算表明，反應(yīng)級數(shù)在1—2范圍內(nèi)．表觀活化能差異表明4種復(fù)合調(diào)理劑處理后脫水污泥更容易發(fā)生熱解反應(yīng)．關(guān)鍵詞深度脫水，污泥熱解，動力學(xué)模型，調(diào)理劑．污水處理的副產(chǎn)物市政污泥，具有含水率高、有機成分多、重金屬及病原菌多等特點，對環(huán)境和人體健康會造成危害_1]．污泥熱處置技術(shù)是污泥處理及能源化利用的重要途徑J，主要包括熱解和焚燒技術(shù)．熱

3、解是利用有機物的熱不穩(wěn)定性，在無氧條件下對其加熱從而使有機物產(chǎn)生熱裂解的過程．目前產(chǎn)業(yè)化的主流熱技術(shù)是焚燒．但熱解過程具能源的高值利用能力J，如生成的焦油和氣能夠作為燃料再利用，產(chǎn)物焦炭可作為吸附劑使用J．因此，熱解是經(jīng)濟有效的污泥資源化處置方式之一．由于污泥的含水率高達97％__99％l，因此在熱處理前需進行脫水處理．目前國內(nèi)的污水廠普遍采用聚丙烯酰胺(PAM)高分子絮凝劑作為調(diào)理劑J，經(jīng)離心或帶式壓濾機脫水后僅能獲得含水率為75％一85％的泥餅，且殘留在污泥中的高分子有機物具有二次污染風(fēng)險．然而隨著污泥問題的日益嚴(yán)重，各國相關(guān)法律法規(guī)日趨嚴(yán)格．例如我國“十二五”規(guī)劃規(guī)定城市污水處

4、理廠污泥含水率必須低于60％才能外運，這意味著未來處置的對象將以深度脫水污泥為主．但不同調(diào)理劑勢必會不同程度地改變污泥中礦質(zhì)元素含量及存在形態(tài)，從而影響污泥的熱性質(zhì)。。，且高含水率污泥在熱解前需提供額外能源進行干化處理，同時更容易釋放惡臭氣體．由此可見，污泥深度脫水產(chǎn)業(yè)化將是未來發(fā)展趨勢，但目前關(guān)于深度脫水后污泥熱性質(zhì)的研究報道還較少．關(guān)于污泥的深度脫水國內(nèi)外已經(jīng)展開了大量研究，鐵鹽配合骨架構(gòu)建體(也稱作物理調(diào)理劑，包括石灰、粉煤灰、水泥塵、煤粉等)能有效提高污泥的脫水性能，實現(xiàn)污泥的深度脫水。．本課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，芬頓試劑(Fe和HO組成體系)與骨架構(gòu)建體結(jié)合(F—S復(fù)合調(diào)理劑)

5、H刮對改善污泥脫水性能具有顯著效果．本文選擇FeC1／CaO、FeC1／CaO／煤粉、芬頓試劑／CaO、芬頓試劑CaO／煤粉4組調(diào)理劑對污泥進行調(diào)理脫水，將所得泥餅與傳統(tǒng)的高分子絮凝劑聚丙烯酰胺(PAM)調(diào)理污泥進行對比，采用熱分析中運用最廣泛的熱重法來研究其熱解特性，并通過對熱重曲線的分析來研究熱解動力學(xué)，為優(yōu)化熱解反應(yīng)操作及反應(yīng)器設(shè)計提供理論依據(jù)．1材料與方法1．1樣品制備實驗所用原污泥取自武漢某污水處理廠初沉池和二沉池排出的混合濃縮污泥，含水率為97．O％．2012年7月13日收稿．．}國家自然科學(xué)基金(51161140330；51076053)；國家重點基礎(chǔ)研究(973)(2

6、011CB201500)資助}十通訊聯(lián)系人，Tel：027—87545526；E-mail：hyao@hust．edu．cn840環(huán)境化學(xué)32卷注：所有指標(biāo)均基于空干基樣品測定，其中氧含量由差減法計算得到表2列出了5種不同調(diào)理方式"]，其中4和5為添加芬頓試劑調(diào)理方式．將原污泥分別調(diào)理后采用XYGA1／250一UK壓濾機進行板框壓濾脫水得到脫水泥餅．將所得脫水泥餅均勻取樣并直接測定收到基含水率．然后，將脫水污泥在45cI=烘箱中干燥24h，粉碎篩分后選取粒徑為18O—50om污泥作為空干基污泥樣品，并進行工業(yè)分析及元素分析．表2污泥調(diào)理方案Table2Sludgeconditioni

7、ngschemes污泥編號調(diào)理方式1PAM(35mg·g。。)_攪拌(40min)2FeC13(65mg·g)_+攪拌(5min)_+CaO(500mg·g。。)1攪拌(35min)3FeC13(65mg·g)攪拌(5min)CaO(100mg·g)攪拌(5min)_+煤粉(400mg·g)_攪拌(30min)H2SO4(2mg·gI1)_+攪拌(1min)一FeSO4(40mg·g)攪拌(4min)_+H2O2(32mg·g)一攪拌(25min)_+4C