城市污水污泥熱解特性及動(dòng)力學(xué)規(guī)律研究-論文.pdf

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1、第27卷第2期熱能動(dòng)力工程Vo1．27，No．22012年3月JOURNALOFENGINEERINGFORTHERMALENERGYANDPOWERMar．，2012文章編號(hào)：1001—2060(2012)02—0253—06城市污水污泥熱解特性及動(dòng)力學(xué)規(guī)律研究胡艷軍，寧方勇，鐘英杰(浙江工業(yè)大學(xué)能源與動(dòng)力工程研究所，浙江杭州310024)摘要：采用差熱一熱重分析法對(duì)不同反應(yīng)條件下的污泥熱解特性及動(dòng)力學(xué)規(guī)律展開(kāi)研究。結(jié)果表明：污泥的非等溫?zé)?實(shí)驗(yàn)部分解過(guò)程包含4個(gè)失重階段；提高升溫速率和降低氮?dú)獯祾咚俾士纱龠M(jìn)污泥熱解轉(zhuǎn)化效率增加、揮發(fā)

2、份最大失重率增大、1．1樣品及預(yù)處理表觀活化能E值和頻率因子A值增大；加入不同類(lèi)型催化劑2010年11月在杭州市四堡污水處理廠污泥排放總管進(jìn)行取樣，樣品是未經(jīng)消化處理的二次脫水也提高了污泥熱解轉(zhuǎn)化效率，使熱解過(guò)程向低溫區(qū)移動(dòng)；加污泥。該廠主要處理杭州城區(qū)部分生活污水。入KC1催化劑使污泥熱解DTG曲線向低溫移動(dòng)最多，加入在進(jìn)行污泥熱重分析實(shí)驗(yàn)前，采用DHG一Na：CO，使污泥最大失重率達(dá)到11．8％，是未添加催化劑時(shí)9070A型恒溫電熱鼓風(fēng)干燥箱，在105℃下對(duì)脫水的2．7倍；添加催化劑也降低了表現(xiàn)活化能E值、提高了頻率污泥進(jìn)行干化處理

3、12h；利用HP001型研磨機(jī)磨細(xì)因子值，且N％CO的加入使揮發(fā)份在主要析出階段的表干污泥樣品，使其能全部通過(guò)60目標(biāo)準(zhǔn)篩，將處理觀活化能E值降低了約30％。好的樣品置于采樣袋和干燥皿中備用。污泥的工業(yè)關(guān)鍵詞：污水污泥；熱重分析；動(dòng)力學(xué)；升溫速率；催化劑分析和元素分析方法參照《煤炭工業(yè)分析方法》J。1．2熱重實(shí)驗(yàn)中圖分類(lèi)號(hào)：X705文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A污泥熱重分析的測(cè)試裝置是法國(guó)Setaram公司引言TG92型常壓差熱一熱重分析儀，用一A1O做參照物，由程序設(shè)定升溫速率、終溫及保溫時(shí)間。熱重污泥作為一種特殊的高聚物，其熱解過(guò)程既有分析過(guò)程采用

4、水冷方式調(diào)節(jié)熱天平工作溫度，使其熱化學(xué)反應(yīng)，也包含各種物理現(xiàn)象的相互轉(zhuǎn)換，是許在較低溫度下工作，熱天平自動(dòng)記錄逐時(shí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)多相互競(jìng)爭(zhēng)或平行的理化反應(yīng)的綜合體¨“J。關(guān)于信號(hào)，可獲得熱重TG數(shù)據(jù)、微商熱重DTG數(shù)據(jù)、差熱DTA數(shù)據(jù)。每個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，做空白實(shí)驗(yàn)以校核污泥特性及其熱解規(guī)律等已有大量研究，但開(kāi)展不誤差。同反應(yīng)條件下的污泥熱解特性及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)規(guī)律的具體測(cè)試方法：每次熱重實(shí)驗(yàn)稱(chēng)取8～10mg干研究，對(duì)于揭示污泥熱解過(guò)程各物理化學(xué)變化特征、污泥樣品放人加蓋的氧化鋁坩堝內(nèi)，將坩堝置于熱闡明影響污泥熱解過(guò)程的因素與熱解過(guò)程及動(dòng)力學(xué)重分析儀

5、的分析小室內(nèi)；向熱分析儀中通高純度氮規(guī)律之間的關(guān)系仍具有重要意義。氣(99．95％)作為反應(yīng)過(guò)程的載氣。本研究采用差熱一熱重分析法對(duì)杭州四堡污水為了分析不同反應(yīng)條件對(duì)污泥熱解效果的影處理廠的污泥熱解特性及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)規(guī)律展開(kāi)研響，實(shí)驗(yàn)所選取的升溫速率分別為20、30、40℃／究，主要探討升溫速率(2O、30和40~C／min)、氮?dú)鈓in，其對(duì)應(yīng)的測(cè)試數(shù)據(jù)組命名為：S1—1、SI一2、S1吹掃速率(50和80mL／min)和添加不同類(lèi)型催化—3；氮?dú)獯祾咚俾史謩e為50和80mlMmin，其對(duì)應(yīng)劑(KC1、NaCO”FeO及污泥熱解殘?jiān)?對(duì)

6、污泥熱的測(cè)試數(shù)據(jù)組命名為：s2—1和s2—2；參考以往對(duì)解特性參數(shù)的影響，采用非等溫化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方生物質(zhì)及污泥催化熱解常用的催化劑，本實(shí)驗(yàn)選取程計(jì)算并比較了不同反應(yīng)條件下污泥的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)了KC1、NaCO，、Fe：O及污泥熱解固體殘?jiān)鳛槟刻匦詤?shù)。標(biāo)催化劑，投入量為干污泥總質(zhì)量的5％，其對(duì)應(yīng)的收稿日期：201l一04—12；修訂日期：2011—05—09基金項(xiàng)目：浙江省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(Y5100258)；浙江省科技廳公益型科研基金資助項(xiàng)目(2010C33058)作者簡(jiǎn)介：胡艷軍(1979一)，女，遼寧沈陽(yáng)人，浙江工業(yè)大學(xué)副教授

7、，博士．·254·熱能動(dòng)力工程2012拄測(cè)試數(shù)據(jù)組命名為：s3—1、S3—2、s3—3、s3—4。溫?zé)峤饧夹g(shù)有利。(3)揮發(fā)份的二次(延遲)析出階段(410～2污泥熱解特性分析490oC)，反應(yīng)時(shí)間為4±1．3min。此過(guò)程中在454℃出現(xiàn)一個(gè)相對(duì)較弱失重峰，失重率為2．94％／2．1污泥基本特性min，質(zhì)量損失約為樣品初始質(zhì)量的2．15％，這是高剩余污泥樣品脫水處理后的工業(yè)分析和元素分沸點(diǎn)大分子有機(jī)物揮發(fā)造成。析結(jié)果如表1所示?？梢钥闯觯?jīng)脫水處理后的污(4)殘留有機(jī)物和礦物質(zhì)分解、焦炭燃盡階段泥水分含量仍很高；干基揮發(fā)份含量也較高，

8、而固定(490～700oC)，反應(yīng)時(shí)間為8．5-4-1．5min，此過(guò)程碳含量較低。從這方面看，污泥的熱解動(dòng)力學(xué)特性中也出現(xiàn)一個(gè)相對(duì)較弱失重峰，質(zhì)量損失約為樣品會(huì)與煤、天然燃油有很大不同。初始質(zhì)量的15．4