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城市污水污泥低温热解及其热解特性研究

作　者: 贾建成
导　师: 王晓华
学　校: 西安科技大学
专　业: 化学工艺
关键词: 城市污水污泥低温热解两段管式反应器热解动力学
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

污泥是城市污水处理厂的主要副产物之一,随着城市化的发展和环保要求的提高,污泥的产量急剧增加。如何处置日益增长的污泥以尽量消除其所产生的危害已成为一项重要的环保课题。热解因其经济性好、二次污染小、热解产物利用价值高等优点而被认为是实现污泥减量化、稳定化、无害化和资源化目标的极具潜力的热化学处理技术之一。本论文对西安市创业水务有限公司消化污水污泥的热解特性及其产物性质进行了研究,主要工作如下:利用热重分析仪对污泥的热解特性进行研究,探讨了样品粒径和升温速率对污泥热解特性的影响,并利用Coats-Redfern积分法分别计算了热解反应的动力学参数。结果表明:在不同的实验条件下,污泥热解的TG和DTG曲线具有一致的变化趋势;水分析出、挥发分析出和焦炭燃烬阶段的规律基本相同;各个阶段的起始温度、终止温度和最大反应速率处的温度随着升温速率或粒径的增加均有不同程度升高,并且主反应区间减小;升温速率对污泥热解反应活化能的影响较小,反应速率与升温速率成正比;污泥粒径对反应速率的影响较小;在升温速率为10℃/min时,三种粒径的污泥样品的最佳动力学拟合方程反应级数都为2.5;在升温速率分别为20℃/min和30℃/min时,三种粒径的污泥样品的最佳动力学拟合方程反应级数都为1。分别采用两段管式反应器和铝甑反应器对污泥进行低温热解实验,结果表明:两段管式反应器热解所得的焦油产量较大;污泥在两段管式反应器中热解的最佳工艺条件为:升温速率为7℃/min,污泥粒径为120目,热解终温为550℃,反应时间为20min;三种热解产物的分布分别是:半焦产率约为47%;液体产率约为41%,其中焦油产率约为33%;气体产率约为11%。分别对污泥低温热解所得的三种产物进行了检测分析,结果表明:热解焦油的主要组分有:单环芳烃类化合物,含氮化合物,烷烃,酸酯类化合物等,实验条件不同对焦油中各主要组分含量的影响较大;热解温度在300℃以下时产生的气体不能燃烧;热解温度在350℃时所得半焦热值最高。在污泥低温热解过程中,污泥中的重金属基本都保留在半焦中。

全文目录

摘要  2-4
ABSTRACT  4-9
1 绪论  9-22
  1.1 城市污水污泥的简介  9
  1.2 城市污水污泥的组成、性质及特性  9-11
    1.2.1 城市污水污泥的组成  9
    1.2.2 城市污水污泥的性质和特性  9-11
  1.3 城市污水污泥的国内外处理利用方法  11-13
    1.3.1 土地填埋  12
    1.3.2 直接土地利用  12
    1.3.3 焚烧  12
    1.3.4 生物堆肥  12-13
    1.3.5 倾倒海洋  13
    1.3.6 建材化利用  13
    1.3.7 低温热解  13
  1.4 城市污水污泥热解的国内外研究现状  13-20
    1.4.1 低温热解反应机理研究  14-15
    1.4.2 低温热解工艺特点  15
    1.4.3 热解工艺的分类  15-16
    1.4.4 热解的影响因素  16-17
    1.4.5 热解产物的研究进展  17-19
    1.4.6 城市污水污泥热解技术的应用  19-20
    1.4.7 城市污水污泥低温热解存在问题及发展趋势  20
  1.5 本论文的研究背景及意义  20-21
  1.6 本论文的主要研究内容  21-22
2 城市污水污泥的热解动力学特性及模型研究  22-37
  2.1 污泥样品及其基本特性  22-23
    2.1.1 污泥试样的制备  22
    2.1.2 污泥试样的基本特性  22-23
  2.2 热重实验  23-26
    2.2.1 热重分析原理  24
    2.2.2 热重分析仪  24-25
    2.2.3 实验仪器和操作参数  25-26
  2.3 结果与讨论  26-30
    2.3.1 不同升温速率条件下的热重曲线分析  29
    2.3.2 不同粒径条件下的热重曲线分析  29-30
  2.4 污泥热解反应动力学模型建立及参数计算  30-36
    2.4.1 求解过程  30-31
    2.4.2 求解结果  31-36
  2.5 本章小结  36-37
3 两种工艺条件下的污泥低温热解实验  37-46
  3.1 两段管式反应器低温热解实验  37-43
    3.1.1 实验仪器及操作步骤  37-38
    3.1.2 实验流程及操作参数  38
    3.1.3 实验现象  38-39
    3.1.4 结果与讨论  39-43
  3.2 铝甑炉低温热解实验  43-45
    3.2.1 实验仪器及操作方法  43-44
    3.2.2 实验流程及操作参数  44
    3.2.3 两段管式反应器与铝甑炉的差异  44
    3.2.4 结果与讨论  44-45
  3.3 本章小结  45-46
4 污泥低温热解产物分析  46-65
  4.1 热解气体成分分析  46-47
    4.1.1 实验仪器、操作方法及操作参数  46
    4.1.2 四种热解气体的分析  46-47
  4.2 热解焦油成分分析  47-61
    4.2.1 GC-MS技术基本原理  47-48
    4.2.2 热解液体的油水分离  48
    4.2.3 GC-MS检测条件  48
    4.2.4 结果与分析  48-61
  4.3 热解固体产物特性分析  61-63
    4.3.1 半焦的元素分析  61-62
    4.3.2 半焦的燃烧特性分析  62-63
    4.3.3 半焦的重金属分析  63
  4.4 本章小结  63-65
5 研究结论  65-66
致谢  66-67
参考文献  67-71
附录  71

城市污水污泥低温热解及其热解特性研究

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