热解工艺参数和污泥理化性质对污泥残渣特性的影响_徐文英

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1、第32卷第1期环境化学Vol．32，No．12013年1月ENVIRONMENTALCHEMISTRYJanuary2013DOI:10．7524/j．issn．0254-6108．2013．01．013*热解工艺参数和污泥理化性质对污泥残渣特性的影响＊＊徐文英吴迪戴晓虎(同济大学城市污染控制国家工程研究中心，上海，200092)摘要研究了热解工艺参数和污泥理化性质对热解残渣特性的影响，着重分析了不同热解工艺参数和污泥理化性质下，污泥热解残渣的吸附性能与内部孔结构．研究表明，当热解终温Tend在300℃—550℃之间，污泥热解残渣的碘值在450℃时最

2、大，亚甲基蓝值在500℃时最小．热解残渣的碘值随着RT的延长先增大，当停留时间RT=75min时达到最大值;亚甲基蓝值的最小值随着RT的延长逐渐往低温区移动．污泥热解残渣的－1碘值随着升温速率β的增大而减小，无论Tend的高低，亚甲基蓝值的最小值都出现在β=3℃·min．污泥热解残渣的比表面积随着颗粒粒径d的增大迅速减小，但d对残渣吸附性能的影响却不大．当含水率M=10%—40%，热解残渣的吸附性能基本不受M的影响;继续提高含水率，热解残渣的碘值迅速减小，而亚甲基蓝值却－1随M的增大而增大．Tend为450℃、RT为75min和β为3℃·min是较佳

3、的污泥热解工艺参数．关键词污泥热解，工艺参数，残渣分析，吸附性能，孔分布．随着我国城镇化水平不断提高，污水处理设施建设得到了高速发展，2010年我国已建有2500多座城镇污水处理厂，城市污水处理能力已达到每天1．22亿立方米，为实现国家的减排目标和水环境改善，做出了巨大贡献．但是污水厂的建设及投运伴随产生了大量的剩余污泥，以含水率80%计，全国年污泥总产生量将很快突破3000万吨，污泥处理形势十分严峻，其无害化、减量化及资源化的处理处置已经成［1］为市政管理部门和科研工作者关注的重要课题．污泥在热解过程中发生一系列物理化学反应，从而产生气、液、固三相

4、产物．早期的研究主要集中在热解油与热解气体的产率、性质分析与利用上，但热解残渣占污泥热解产物的很大一部分，因此污泥热解残渣的再处置及利用是污泥热解技术发展的关键，污泥热解残渣的基础特性是其再利用和处置中需［2］要参考的关键参数．污泥热解残渣主要成分是炭，具有孔状结构可以作为廉价的吸附剂使用．由于残渣作为吸附剂的关键在于其吸附性能和孔结构，因此对吸附性能和孔结构的研究是大家关注的重点，而热解工艺参数和污泥组成对吸附性能和孔结构有着重要的影响．［3］Lu等对影响热解残渣炭的比表面积的因素作了研究．研究表明，主要影响因素有热解温度和终温停留时间．炭的比表面

5、积随着热解温度和停留时间的增加而增加，但在550℃—650℃温度段减小．Lu等认为这是由于在形成孔的中间阶段由于挥发分的损失导致孔扩大，从而使炭的比表面积减小．最后他们得出，获得最大比表面积的热解条件是:热解温度是850℃，停留时间是2h．目前，已有研究表明，热解残渣中形成了以中孔为主、微孔为辅的孔结构，在高温下热解甚至会有碳［4］纳米管形成．随热解温度提高(400℃—950℃)，微孔和小于10nm中孔的孔体积均相应增大，其中3－1［5］［6］微孔体积最大达到0．051cm·g(950℃)．Menendez等在1000℃高温下得到的热解残渣中主要3－

6、1形成了大孔结构，微孔体积为0．02cm·g，用微波辐射(1000℃)的方法热解污泥，则得到的热解残渣微孔、中孔结构更小．热解终温为500℃时，污泥热解残渣的微孔结构最为发达，总比表面积最大;而热解终温为450℃时，污泥热解残渣的中大孔结构最为发达，总孔容积达到最大．在350℃—550℃温度范围内，污泥热解［7］残渣的碘值随着热解终温的升高而逐渐降低，其亚甲基蓝吸附值在热解终温为450℃时最大．此外，有研究表明，污泥组成，特别是污泥中腐殖酸与富里酸的比值越小，热解后残渣的比表面积越2012年4月9日收稿．*科技部十一五科技支撑(2010BAC67B0

7、4)资助．＊＊通讯联系人，E-mail:inna_xu@hotmail．com86环境化学32卷［8］大，越有利于作吸附剂使用．本文考察了不同工艺参数及污泥理化特性下热解残渣孔结构和液相吸附性能的变化规律，深入研究了热解终温、终温停留时间、升温速率等工艺参数和组分、颗粒粒径、含水率等污泥特性对污泥热解残渣吸附性能和孔结构的影响，为今后污泥热解残渣的处理与再利用提供一些参考．1实验部分1．1实验原料实验所用原料分别取自上海某两污水处理厂的污泥浓缩池，其成分分析见表1．从表1可以看出，污水污泥具有高含水率(＞79%)，干燥基具有高挥发分(＞51%)、低固

8、定碳和较低热值(15—－116kJ·g)的特点．表1污水污泥化学特性Table1Chemicalcharac