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固废稳定化与材料老化新型一体反应器的设计与应用研究

作　者: 杨文卿
导　师: 陈庆华
学　校: 福建师范大学
专　业: 环境工程
关键词: 污水污泥新型反应器 PAAS 保水好氧堆肥厌氧堆肥材料老化
分类号: X703.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

近年来,随着城市污水处理的普及,污泥处理量日益增长,利用高效机械化反应器进行快速堆肥具有堆肥效率高,可控性强的优点,因此成为污泥堆肥处置技术中的研究热点。本课题组致力于污泥的资源化利用及环境友好材料的开发研究多年,在本研究中,创新性的提出了在污泥堆肥的条件下进行可堆肥可降解材料老化试验的思路。为实现这个目标,自行设计了一套新型固废稳定化和材料老化一体反应器系统,并用以研究添加PAAS后污水污泥的好／厌氧堆肥效果,同时对可堆肥材料在堆肥条件下的老化试验进行了初探。本研究主要采用福州市祥坂污水处理厂的污水污泥开展了如下研究：首先,设计了新型固废稳定化和材料老化一体反应器系统。从污泥特性研究出发,详述了反应器主反应罐系统、保温控温系统、搅拌系统、通风控氧系统、材料加速老化样品承载系统等的设计计算和图纸绘画。其中“鼓风加热—聚氨酯发泡保温—温感反馈控制”三位一体的独特保温控温系统为最大创新之处,已申请两项专利(一种污泥好厌氧堆肥综合反应器：实用新型专利号：ZL200920138759.0；一种利用污泥堆肥法加速塑料薄膜性能老化的加速反应器：发明专利申请号：2009101119619)。其次,利用该新型反应器进行了污泥添加PAAS的好氧堆肥实验。实验发现,反应器在一定的控制参数之下,好氧堆肥实验顺利,各指标变化规律性极强,堆体温度上升迅速,并可在55℃以上保持5d以上,仅需13d即完成一个堆肥周期,有机质降解率可达30%左右,最终种子发芽指数高于0.9,堆肥产品质量良好且稳定。其三,利用该新型反应器进行了污泥添加PAAS的厌氧堆肥实验。实验发现,加入活性干酵母粉加速发酵后,控制系统运行参数和物料配比,反应器运行良好,能在21d内完成快速完成一个厌氧堆肥周期,发酵效果好,各指标变化规律性强。其四,利用该新型反应器及其老化承载系统对光钙型可降解塑料在堆肥条件下的降解规律进行初探。实验发现,PE/CaO复合材料具有很好的可堆肥性能,在堆肥条件下,复合材料的CaO颗粒能吸收堆肥环境中的H2O和C02而生成相应的产物Ca(OH)2或CaCO3,使得颗粒产生涨大与脱落,从而使PE/CaO复合材料的表面产生很多的孔洞,而这些孔洞不仅增大了材料与环境的接触面积,同时更为降解细菌进入材料内部提供了通道,大大加速了材料的降解过程。最后,我们对新型反应器添加了PAAS的堆肥产品的吸水保水性能进行了研究。研究发现,添加了PAAS的堆肥产品,其吸水倍率可达到5.97mL/g,远大于未添加PAAS普通堆肥。将添加PAAS的堆肥产品按农田施用比例1：0.20与旱地田土(吸水倍率仅为0.51mL/g)混合后,其混合样的吸水倍率仍然可达3.38mL/g,比起普通堆肥与田土的混合样要好的多。添加了PAAS的堆肥产品及其与田土的混合样品,其保水能力在各个温度条件下都远远要优于田土、普通堆肥产品。添加了PAAS的堆肥产品及其与田土的混合样,在较高温度条件下均具有极好的保水性能。且随着温度的降低,其保水时间也会不断加长。所求出来的动力学预测方程来预算添加了PAAS的堆肥产品及其与田土的混合样的保水反应过程,其结果与实验数据能较好的吻合。在这一系列的研究中,反应器的设计合理,将其应用于污水厂污泥添加PAAS的好氧堆肥、厌氧堆肥,以及对光钙型可降解塑料在堆肥条件下的降解情况的研究都表现出了很好的运行性能。对新型反应器所堆制的肥料进行的吸水保水性能测试,显示出了比普通堆肥产品优越得多的吸水保水性能,并对其进行了动力学研究,求得了与实验数据有较好吻合的保水预测方程。本研究对于城市污泥的高值化利用具有一定的参考价值。由于时间的紧张,不足之外在于对于可堆肥材料在堆肥条件下的降解情况研究的还不是非常深透,未来的研究将把重心放在多种可堆肥材料在反应器堆肥条件下的降解规律的研究,将其做到普适化、标准化；而反应器快速堆肥方面的研究,我们可以对其进行工业化应用探讨,此研究目前正在开展。

全文目录

中文摘要  2-4
Abstract  4-6
中文文摘  6-9
目录  9-12
绪论  12-24
  0.1 前言  12
  0.2 污泥堆肥化的主要研究进展  12-18
    0.2.1 城市污泥的基本性质  12-13
    0.2.2 城市污泥的处理处置现状  13-15
    0.2.3 城市污泥堆肥系统与设备的研究进展  15-18
  0.3 高吸水性树脂在堆肥中的应用  18-20
    0.3.1 高吸水性树脂的发展与应用  18-19
    0.3.2 PAAS在堆肥中的应用  19-20
  0.4 材料老化性能研究进展  20-22
    0.4.1 可降解可堆肥塑料  20
    0.4.2 材料老化性能试验方法  20-22
  0.5 本课题的提出、目的和创新点  22-24
第一章新型固废稳定化与材料老化一体反应器的设计  24-38
  1.1 前言  24-25
  1.2 反应器结构的设计方案  25-26
  1.3 堆肥反应器容积的确定  26-31
    1.3.1 堆肥固体物料平衡分析  26-27
    1.3.2 堆肥物料热力学分析  27-31
    1.3.3 反应器容积的选择  31
  1.4 反应器部件的设计  31-34
    1.4.1 主反应罐设计  31-32
    1.4.2 搅拌装置设计  32-33
    1.4.3 空气加热器设计  33-34
    1.4.4 材料老化承载系统设计  34
  1.5 通风系统的选择  34-35
  1.6 反应器系统的主要技术参数  35-37
  附图一  37-38
第二章新型反应器中污泥添加PAAS的快速好氧堆肥研究  38-46
  2.1 前言  38
  2.2 实验材料与方法  38-40
    2.2.1 实验材料  38-39
    2.2.2 实验装置  39
    2.2.3 实验条件控制  39
    2.2.4 采样与分析方法  39-40
  2.3 结果与讨论  40-44
    2.3.1 堆肥过程中温度的变化情况分析  40-41
    2.3.2 含水率和pH的变化情况分析  41-42
    2.3.3 电导率和可挥发性固体的变化情况分析  42-43
    2.3.4 发芽指数的变化情况分析  43-44
    2.3.5 表观性状的变化  44
  2.4 结论  44-46
第三章新型反应器中污泥添加PAAS的厌氧堆肥研究  46-54
  3.1 前言  46
  3.2 实验材料与方法  46-48
    3.2.1 实验材料  46-47
    3.2.2 实验装置  47-48
    3.2.3 反应器控制参数  48
    3.2.4 采样与分析方法  48
  3.3 结果与讨论  48-52
    3.3.1 氨氮的变化  48-49
    3.3.2 含水率和pH的变化情况分析  49-50
    3.3.3 可挥发性固体的变化情况分析  50-51
    3.3.4 发芽指数的变化情况分析  51-52
    3.3.5 表观性状的变化  52
  3.4 结论  52-54
第四章新型反应器进行光钙型可降解塑料的堆肥老化初探  54-64
  4.1 前言  54
  4.2 实验材料与方法  54-57
    4.2.1 实验材料  54-55
    4.2.2 实验装置  55-56
    4.2.3 实验条件控制  56
    4.2.4 采样与分析方法  56-57
  4.3 结果与讨论  57-63
    4.3.1 材料老化下污泥堆肥各指标的变化情况  57-59
    4.3.2 PE/CaO复合材料在堆肥条件下的老化情况  59-63
  4.4 结论  63-64
第五章新型反应器添加PAAS的堆肥产品的吸水保水性能研究  64-72
  5.1 前言  64
  5.2 实验材料与方法  64-65
    5.2.1 原料与仪器  65
    5.2.2 实验方法  65
  5.3 结果与讨论  65-71
    5.3.1 样品的吸水能力分析  65-66
    5.3.2 样品不同温度的保水能力分析  66-67
    5.3.3 添加PAAS堆肥产品的保水行为动力学分析  67-71
  5.4 结论  71-72
第六章结论  72-74
参考文献  74-80
攻读学位期间承担的科研任务与主要成果  80-82
致谢  82-83
个人简历  83

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