不同深度脱水污泥的热解特性及动力学分析-论文.pdf

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1、第32卷第5期环境化学Vo1．32，No．52013芷5月ENVIRONMENTALCHEMISTRYMav2013DOI：10．7524／j．issn．0254·6108．2013．05．017不同深度脱水污泥的热解特性及动力学分析张强’邢智炜刘欢罗光前姚洪(1．华中科技大学，煤燃烧国家重点实验室，武汉，430074；2．华中科技大学环境科学与工程学院，武汉，430074)摘要选用4种利于深度脱水的复合调理剂(FeC1。／CaO、FeC1／CaO／煤粉、芬顿试剂(Fe2和HO组成体系)／CaO、芬顿试剂CaO／煤粉)来改善污泥的脱水性能，所得泥饼的含水率为43．7％—56．1％，满

2、足深度脱水的要求．CaO和煤粉的添加能改变污泥的灰分和挥发分含量．与传统聚丙烯酰胺(PAM)脱水污泥的热重分析对比结果表明，由于复合调理剂对EPS的破坏溶解作用，因此对污泥热解性质有较大影响，不仅能前移水分失重峰，还使得热重主要反应阶段峰个数变少．热解动力学计算表明，反应级数在1—2范围内．表观活化能差异表明4种复合调理剂处理后脱水污泥更容易发生热解反应．关键词深度脱水，污泥热解，动力学模型，调理剂．污水处理的副产物市政污泥，具有含水率高、有机成分多、重金属及病原菌多等特点，对环境和人体健康会造成危害_1]．污泥热处置技术是污泥处理及能源化利用的重要途径J，主要包括热解和焚烧技术．热

3、解是利用有机物的热不稳定性，在无氧条件下对其加热从而使有机物产生热裂解的过程．目前产业化的主流热技术是焚烧．但热解过程具能源的高值利用能力J，如生成的焦油和气能够作为燃料再利用，产物焦炭可作为吸附剂使用J．因此，热解是经济有效的污泥资源化处置方式之一．由于污泥的含水率高达97％__99％l，因此在热处理前需进行脱水处理．目前国内的污水厂普遍采用聚丙烯酰胺(PAM)高分子絮凝剂作为调理剂J，经离心或带式压滤机脱水后仅能获得含水率为75％一85％的泥饼，且残留在污泥中的高分子有机物具有二次污染风险．然而随着污泥问题的日益严重，各国相关法律法规日趋严格．例如我国“十二五”规划规定城市污水处

4、理厂污泥含水率必须低于60％才能外运，这意味着未来处置的对象将以深度脱水污泥为主．但不同调理剂势必会不同程度地改变污泥中矿质元素含量及存在形态，从而影响污泥的热性质。。，且高含水率污泥在热解前需提供额外能源进行干化处理，同时更容易释放恶臭气体．由此可见，污泥深度脱水产业化将是未来发展趋势，但目前关于深度脱水后污泥热性质的研究报道还较少．关于污泥的深度脱水国内外已经展开了大量研究，铁盐配合骨架构建体(也称作物理调理剂，包括石灰、粉煤灰、水泥尘、煤粉等)能有效提高污泥的脱水性能，实现污泥的深度脱水。．本课题组前期研究发现，芬顿试剂(Fe和HO组成体系)与骨架构建体结合(F—S复合调理剂)

5、H刮对改善污泥脱水性能具有显著效果．本文选择FeC1／CaO、FeC1／CaO／煤粉、芬顿试剂／CaO、芬顿试剂CaO／煤粉4组调理剂对污泥进行调理脱水，将所得泥饼与传统的高分子絮凝剂聚丙烯酰胺(PAM)调理污泥进行对比，采用热分析中运用最广泛的热重法来研究其热解特性，并通过对热重曲线的分析来研究热解动力学，为优化热解反应操作及反应器设计提供理论依据．1材料与方法1．1样品制备实验所用原污泥取自武汉某污水处理厂初沉池和二沉池排出的混合浓缩污泥，含水率为97．O％．2012年7月13日收稿．．}国家自然科学基金(51161140330；51076053)；国家重点基础研究(973)(2

6、011CB201500)资助}十通讯联系人，Tel：027—87545526；E-mail：hyao@hust．edu．cn840环境化学32卷注：所有指标均基于空干基样品测定，其中氧含量由差减法计算得到表2列出了5种不同调理方式"]，其中4和5为添加芬顿试剂调理方式．将原污泥分别调理后采用XYGA1／250一UK压滤机进行板框压滤脱水得到脱水泥饼．将所得脱水泥饼均匀取样并直接测定收到基含水率．然后，将脱水污泥在45cI=烘箱中干燥24h，粉碎筛分后选取粒径为18O—50om污泥作为空干基污泥样品，并进行工业分析及元素分析．表2污泥调理方案Table2Sludgeconditioni

7、ngschemes污泥编号调理方式1PAM(35mg·g。。)_搅拌(40min)2FeC13(65mg·g)_+搅拌(5min)_+CaO(500mg·g。。)1搅拌(35min)3FeC13(65mg·g)搅拌(5min)CaO(100mg·g)搅拌(5min)_+煤粉(400mg·g)_搅拌(30min)H2SO4(2mg·gI1)_+搅拌(1min)一FeSO4(40mg·g)搅拌(4min)_+H2O2(32mg·g)一搅拌(25min)_+4C