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污泥煤粉混合制浆及浆体燃烧特性的试验研究

作　者: 苏琦
导　师: 范海宏
学　校: 西安建筑科技大学
专　业: 材料学
关键词: 污泥结构粘度混浆燃烧特性
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

污泥是污水处理过程中的必然产物,其含有大量的有害物质,如不对其进行妥善处理必然引起严重的二次污染。目前的处理方式中,焚烧最为有效和洁净。污泥煤粉混烧克服了污泥低热值,高含水无法满足自身水分蒸发的难题。但由于污泥的粘度很高,所制混浆难以达到泵送和雾化要求。本文通过对污泥微观结构的观察,分析了污泥粘度高的原因;研究了物理化学方法的降粘机理;提出了一种制备污泥浆体燃料的方法。研究结果如下:污泥结构分析表明:污泥的基本结构为丝状微生物相互缠绕、搭接所形成的网状结构,自身排泄物EPS(胞外聚合物)与水形成凝胶体,填充在网状结构中。导致污泥粘度很高。物理作用方式会破坏污泥网状结构,降低污泥粘度。挤压方式的降粘效果最为明显,最终粘度值可降低到2.64Pa·S,降粘率达到83.66%。化学方法可以破坏微生物细胞壁,放出细胞水,降低污泥粘度。其中添加5%NaOH,污泥粘度值可降低到0.73Pa·S,降粘率达到96.23%。污泥中掺加煤粉制浆,当煤粉添加量超过40%时,浆体粘度明显上升,说明煤粉添加量控制在40%以内比较合理。污泥中加入10%的煤粉制成的浆体,其热值足以满足水份蒸发的需要,且燃烧过程能够稳定进行。添加40%煤粉,混浆热值能够达到1.38×10~4kJ/kg,相当于劣质煤的发热量。混浆中添加碱,对污泥的燃烧过程影响很小,着火温度略有升高,燃烬温度变化也不大,说明在混浆中加碱降粘燃烧是可行的。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-10
1 前言  10-22
  1.1 污泥水分和EPS  10-14
    1.1.1 污泥水分存在形式  10-11
    1.1.2 污泥EPS 概述  11-14
  1.2 污泥破解技术概述  14-15
    1.2.1 污泥的机械破解  14-15
    1.2.2 污泥的化学破解  15
  1.3 污泥焚烧现状  15-17
  1.4 污泥和煤混合处理现状  17-20
    1.4.1 污泥和煤混合制浆  17-18
    1.4.2 污泥和煤混合燃烧的过程  18
    1.4.3 污泥和煤在流化床上的混合燃烧  18-20
  1.5 课题研究目的  20
  1.6 课题研究内容  20-21
  1.7 课题研究方案  21-22
2 实验仪器、试剂及方法  22-30
  2.1 试验原料  22-23
  2.2 试验仪器  23-26
    2.2.1 降粘设备  23-24
    2.2.2 扫描电子显微镜  24
    2.2.3 光学显微镜  24-25
    2.2.4 TGA/DSC 热分析仪  25
    2.2.5 旋转粘度计  25-26
  2.3 试验试剂  26
  2.4 试验方法  26-30
    2.4.1 污泥结构和水分存在形式的确定方法  26
    2.4.2 污泥物理和化学降粘试验方法  26-27
    2.4.3 污泥煤粉混浆的制备方法  27
    2.4.4 燃烧特性的测定方法  27-30
3. 污泥微观结构及水分存在形式分析  30-38
  3.1 污泥的显微分析  30-33
    3.1.1 污泥的光学显微观察  30-32
    3.1.2 重力浓缩污泥的扫描电子显微镜观察  32-33
  3.2 讨论  33-35
    3.2.1 剩余污泥中有机物质存在形式  33-34
    3.2.2 剩余污泥脱水前后结构  34-35
    3.2.3 剩余污泥的水分存在形式  35
  3.3 脱水污泥粘度分析  35
  3.4 本章小结  35-38
4 污泥的物理化学降粘  38-48
  4.1 污泥的降粘机理  38
  4.2 不同降粘设备的作用机理及优缺点  38-40
    4.2.1 高速剪切机  38-39
    4.2.2 盘磨  39
    4.2.3 球磨  39
    4.2.4 破碎机  39-40
  4.3 不同作用力下污泥性质的变化  40-43
    4.3.1 高速剪切力对污泥性质的影响  40
    4.3.2 一定荷载时低速剪切作用对污泥性质的影响  40-41
    4.3.3 冲击、磨削作用力对污泥的性质的影响  41-42
    4.3.4 挤压、冲击作用力对污泥的性质的影响  42-43
  4.4 研磨前后污泥的微观结构分析  43
  4.5 酸碱对污泥粘度的影响  43-46
    4.5.1 酸对污泥粘度的影响  43-44
    4.5.2 碱对污泥粘度的影响  44
    4.5.3 酸碱处理后污泥PH 值和粘度的变化关系  44-46
  4.6 酸碱处理后污泥的微观结构结构  46-47
  4.7 本章小结  47-48
5 碱解污泥的燃烧特性  48-58
  5.1 样品制备  48
  5.2 碱解污泥的工业分析  48-49
    5.2.1 NaOH 碱解污泥的工业分析  48-49
    5.2.2 CaO 碱解污泥的工业分析  49
  5.3 碱解后污泥的TG/DTG 分析  49-52
    5.3.1 NaOH 碱解后污泥的TG/DTG 分析  49-51
    5.3.2 CaO 碱解后污泥的TG/DTG 分析  51-52
  5.4 碱解污泥的燃烧特性分析  52-55
    5.4.1 NaOH 碱解后污泥的热值分析  52-53
    5.4.2 CaO 碱解后污泥的热值分析  53
    5.4.3 着火特性  53-54
    5.4.4 燃尽温度  54
    5.4.5 综合燃烧特性  54-55
  5.5 碱解污泥的动力学分析  55-56
  5.6 本章小结  56-58
6 污泥浆体燃料的制备  58-64
  6.1 污泥煤粉混磨制浆的试验研究  58-61
    6.1.1 不添加外加剂情况下配制所得混浆的粘度特性  58-59
    6.1.2 添加碱性试剂情况下配制所得混浆的粘度特性  59-61
  6.2 添加煤粉后污泥结构变化  61-62
  6.3 本章小结  62-64
7 污泥浆体燃料的燃烧特性分析  64-72
  7.1 样品制备  64
  7.2 添加不同煤粉比例污泥煤粉混浆的工业分析  64-65
    7.2.1 污泥煤粉混浆的工业分析  64-65
    7.2.2 固定煤粉比例下添加不同NaOH 污泥煤粉混浆的工业分析  65
  7.3 污泥煤粉混浆的TG/DTG 分析  65-66
  7.4 加碱污泥煤粉混浆的TG/DTG 分析  66
  7.5 污泥煤粉混浆的燃烧特性分析  66-69
    7.5.1 不同煤粉添加比例污泥煤粉混浆的热值计算  66-67
    7.5.2 添加不同比例NaOH 时污泥煤粉混浆的热值计算  67-68
    7.5.3 着火特性  68
    7.5.4 燃尽温度  68-69
    7.5.5 综合燃烧特性  69
  7.6 污泥煤浆动力学计算  69
  7.7 本章小结  69-72
8 结论与展望  72-74
  8.1 结论  72
  8.2 展望  72-74
致谢  74-76
参考文献  76-80
附录硕士研究生学习阶段发表论文  80

污泥煤粉混合制浆及浆体燃烧特性的试验研究

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