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城市污水污泥问题是目前困扰城市健康迅速发展的一个严重而紧迫的问题,世界各国都在寻求污泥处理的理想途径。过去污水污泥被视作废物,现在人们己经发现污水污泥是一种资源,一旦被合理运用,污水污泥处置的前景便更加明确和具有现实意义。本文通过对南昌市青山湖污水处理厂污水污泥进行的热解特性及热解气化实验,对污泥的热解特性进行了较为详细的分析,并针对不同的热解温度进行了热解气化实验研究。本研究的开展对实现南昌污水污泥的稳定化、无害化、减量化与资源化具有重要的理论与实际意义。
1.城市污水污泥热解特性的实验研究主要包括四部分:工业分析、元素分析、热值的测定以及热失重分析。
(1)城市污水污泥的工业分析主要包括了收到基污水污泥的含水率、干燥基污泥的挥发分、干燥基污泥的灰分以及固定碳四项。分别为80.772%、31.258%、63.680%和5.062%,由以上数据我们可以知道青山湖污水处理厂污泥具有一般污水污泥的典型特点,即:高含水率、高干燥基挥发分和低干燥基固定碳的特点。
(2)通过城市污水污泥的元素分析可以得到:N 含量为2.429%、C 含量为15.96%、S 含量为0.89%、H 含量为5.47%。
(3)通过自动热量计测定得到城市污水污泥的热值为7107.55 J/g。
(4)从城市污水污泥的热失重分析可以知道,城市污水污泥在氮气气氛下热解存在三个明显的阶段:水分析出阶段、挥发分析出阶段和无机物分解阶段,而且前两个阶段都存在两个失重峰,无机物分解阶段失重峰不明显;加热速率在10K/min、20K/min 和40K/min 的情况下,最大失重速率分别出现在329.128℃、339.208℃和352.814℃。
2.污水污泥热解动力学方程以及动力学参数的求解用Malek 法将实验曲线与20 种常用的固态反应动力学模型的标准线进行对比来选择最可几的机理函数(MLF),然后用Li Chung-Hsiung 法对选择产生的最可几机理函数进行拟合。结果表明可以用模型函数( ) G a = 1 (1 ) 1 a - - -来较好的描述,其反应机理方程为2 ( ) (1 ) f a a = - ,并根据模拟结果求出不同升温速率下的活化能E 和指前因子A。升温速率为10K/min,E=27.0895 KJ/mol,A=7.0678×104min-1;升温速率为20K/min,E=30.5332KJ/mol,A=9.2333×104 min-1;升温速率为40K/min,E=26.1633 KJ/mol,A=45.0278×104 min-1;
3.城市污水污泥热解气化实验对不同热解温度下的气体成分、气体热值进行了分析,结果表明:污泥热解气体主要由CO2、CO、H2、CH4、C2H4 和C2H6 组成,热解温度在低温阶段时,污泥热解气体成分以CO2 为主,但含量随温度的升高而降低,600℃以后H2 的含量超过CO2 成为热解气体的最主要的成份,CO 的含量在750℃超过CO2,CO和H2 的含量一直随温度升高而升高。