不同深度脫水污泥的熱解特性及動(dòng)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(dòng)力學(xué)分析張強(qiáng)’邢智煒劉歡羅光前姚洪(1．華中科技大學(xué)，煤燃燒國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(lái)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(duì)比結(jié)果表明，由于復(fù)合調(diào)理劑對(duì)EPS的破壞溶解作用，因此對(duì)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(gè)數(shù)變少．熱解動(dòng)力學(xué)計(jì)算表明，反應(yīng)級(jí)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(dòng)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(jī)成分多、重金屬及病原菌多等特點(diǎn)，對(duì)環(huán)境和人體健康會(huì)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(jī)物的熱不穩(wěn)定性，在無(wú)氧條件下對(duì)其加熱從而使有機(jī)物產(chǎn)生熱裂解的過(guò)程．目前產(chǎn)業(yè)化的主流熱技術(shù)是焚燒．但熱解過(guò)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(jì)有效的污泥資源化處置方式之一．由于污泥的含水率高達(dá)97％__99％l，因此在熱處理前需進(jìn)行脫水處理．目前國(guó)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(jī)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(jī)物具有二次污染風(fēng)險(xiǎn)．然而隨著污泥問(wèn)題的日益嚴(yán)重，各國(guó)相關(guān)法律法規(guī)日趨嚴(yán)格．例如我國(guó)“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(yùn)，這意味著未來(lái)處置的對(duì)象將以深度脫水污泥為主．但不同調(diào)理劑勢(shì)必會(huì)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(jìn)行干化處理，同時(shí)更容易釋放惡臭氣體．由此可見(jiàn)，污泥深度脫水產(chǎn)業(yè)化將是未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，但目前關(guān)于深度脫水后污泥熱性質(zhì)的研究報(bào)道還較少．關(guān)于污泥的深度脫水國(guó)內(nèi)外已經(jīng)展開(kāi)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(shí)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(duì)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(duì)污泥進(jìn)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(jìn)行對(duì)比，采用熱分析中運(yùn)用最廣泛的熱重法來(lái)研究其熱解特性，并通過(guò)對(duì)熱重曲線的分析來(lái)研究熱解動(dòng)力學(xué)，為優(yōu)化熱解反應(yīng)操作及反應(yīng)器設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)．1材料與方法1．1樣品制備實(shí)驗(yàn)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(guó)家自然科學(xué)基金(51161140330；51076053)；國(guó)家重點(diǎn)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(cè)定，其中氧含量由差減法計(jì)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(jī)進(jìn)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(cè)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(jìn)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(hào)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