含厨余垃圾的混合污水污泥热解性能及逸出气体分析

为解决厨余垃圾进入市政管网导致的污泥处理问题,利用厨余垃圾制备初沉污泥(PS),与污水处理的残余污泥(RS)混合制备了不同厨余垃圾比例的混合污水污泥(MSS)。采用TG-FTIR评估了含厨余垃圾的混合污水污泥的热解性能及逸出气体特性。质量损失可分为3个阶段:初步脱水阶段、主要分解阶段及连续轻微分解阶段。PS含量的增加导致反应速率提高和热解特性参数CPI增加,反应时间缩短,从而提高了污水污泥的热解性能。不同温度下PS和RS之间的相互作用存在差异,低温区(<300℃)基本不存在相互作用,中温区(300~550℃)为相互促进,高温区(550~850℃)为相互抑制。FTIR主要检测出CH₄、CO₂、H₂O、CO、CO、SO₂ 6种气态产物及官能团,表明CO₂是主要的气态产物,且随着PS含量的增加,逸出气体及官能团的产生均增加。相互作用不仅体现在质量损失过程中,也体现在产物演化过程中,PS50RS50呈现最明显的相互促进效果,可认为是最适合的比例。随着温度增加,产物普遍在500~600℃内达到最大值,可认为是最佳的热解温度。     

污泥与磷酸二氢钙共热解对残渣特性及Cr稳定性的影响

污泥中不稳定Cr的存在严重威胁环境安全和人体健康。利用正交试验方法优化Ca(H₂PO₄)₂与污泥的混合比、热解终温、升温速率和停留时间,分析其对残渣特性及Cr稳定性的影响。结果表明:热解使污泥中的CH₂基团、脂肪族硝基-NO₂和硫酸氢盐分解。在添加Ca(H₂PO₄)₂后,残渣中出现了磷酸PO基团、磷酸二氢盐PO₂基团和磷酸盐PO₄基团。Ca(H₂PO₄)₂在共热解过程中转化为Ca(PO₃)₂,同时Cr在残渣中会形成Cr₂(SO₄)₃晶型化合物。当Ca(H₂PO₄)₂与污泥的质量比为15%、热解终温为650℃、升温速率为15℃/min、停留时间为90 min时,Cr的残渣态(F4)比例最高。此外,添加15%或30%的Ca(H₂PO₄)₂共热解后,残渣中Cr浸出浓度满足GB/T 14848-2017《地下水质量标准》中Ⅳ类水质要求,表明添加Ca(H₂PO₄)₂共热解可促进污泥中Cr的稳定化。     

CeCl3和CeO2对松木屑的催化热解作用研究

以松木屑为研究对象,分别负载CeCl₃和CeO₂两种催化剂,制备松木屑原位催化热解原料,探究不同添加比例的CeCl₃和CeO₂两种催化剂在不同热解温度下对松木屑热解产物的产率和气体组分的影响。结果表明:在CeCl₃和CeO₂两种催化剂的催化作用下均能使热解气和焦炭产率增加、焦油产率减小,且随着两种催化剂添加比例的增加,松木屑热解产物的产率和气体组分均有所变化;在650℃的热解温度下,与无催化剂相比,当CeCl₃添加比为10.0%时焦油产率降低至53.05%,下降了11.70%,当CeCl₃添加比为7.5%时热解气产率达到最大值18.58%,当CeCl₃添加比为10.0%时焦炭产率为26.85%,增加了7.48%,热解气H₂和CO₂组分的百分比含量显著增加;当CeO₂添加比为7.5%时焦油产率达到最小值59.95%,下降了4.80%,当CeO₂添加比为10.0%时热解气产率增加了2.39%,当CeO₂添加比为10.0%时焦炭产率相对较大值为21.66%,增加了2.29%,各热解气组分的百分比含量变化较小;在原位催化热解中,CeCl₃催化剂的催化效果优于CeO₂催化剂。     

制浆造纸厂污泥热分解特性及其动力学、热力学分析

热解技术在制浆造纸厂污泥的无害化、资源化、减量化处置方面具有很大的应用潜力。目前对制浆造纸厂污泥在热解过程的热解行为、热动力学特性和产品组成情况了解仍不全面。采用热重红外联用(TG-FTIR)、快速热解-气质联用(Py-GC/MS)技术,研究了制浆造纸厂污泥在不同加热速率下的热分解行为以及挥发性产物的释放特性,并采用多组分平行反应动力学模型、动力学补偿法以及主图法探究了有机物热解动力学。研究结果表明,制浆造纸污泥中的有机物质主要集中在温度范围为140℃至600℃之间进行热解,热解产物主要包括H₂O、CH₄、CO₂、CO、NH₃、酮、醛、羧酸、酚、芳烃、醚和醇类等物质。随着热解温度升高至600～900℃时,制浆造纸污泥中的CaCO₃将会分解,产生大量CO₂,同时CO₂会与热解炭反应生成CO。研究采用的4组分的平行反应动力学模型可以较好地描述制浆造纸污泥中的有机物分解过程。4个假组分的平均表观活化能分别为171.54、179.50、192...     

垃圾RDF的气化特性

采用自制的气化装置对垃圾RDF进行了气化实验。垃圾RDF在200⁹00℃温度下气化时,瞬时产气量出现先升高、后下降、再升高又迅速下降的趋势,2个瞬时产气高峰分别为500℃和800℃。当气化温度在400℃以下时,除CO外,各种可燃气体的含量均很少。随着气化温度的升高,底渣含量逐渐降低,焦油的产率逐渐增加,产生的各可燃气体的体积分数和热值也增加,当热解温度达到900℃时,可燃气体的热值达到最高,为28MJ/m3,底渣含量最低,仅为12%左右。焦油在600900℃温度下气化时,瞬时产气量出现先升高、后下降、再升高又迅速下降的趋势,2个瞬时产气高峰分别为500℃和800℃。当气化温度在400℃以下时,除CO外,各种可燃气体的含量均很少。随着气化温度的升高,底渣含量逐渐降低,焦油的产率逐渐增加,产生的各可燃气体的体积分数和热值也增加,当热解温度达到900℃时,可燃气体的热值达到最高,为28MJ/m3,底渣含量最低,仅为12%左右。焦油在600⁷00℃达到最高值,为40%左右。     

芬顿污泥制备磁性生物炭回用于对硝基苯酚的去除及机制

芬顿/絮凝组合工艺在处理难降解有机物废水时会产生大量的芬顿污泥,会提高废水处理成本,同时也会对环境构成威胁,迫切需要开发一种绿色可持续的方法实现芬顿污泥资源化利用.该研究通过将处理PNP(对硝基苯酚)废水产生的芬顿污泥和污水厂生化污泥共热解,原位制备具有高催化活性的MBC(磁性生物炭),并作为多相芬顿催化剂用于去除PNP,实现“以废治废”.结果表明：当芬顿污泥和生化污泥质量比为1∶1、热解温度为800℃时,制备得到的MBC-800-3催化性能最佳;合适的混合比例可有效避免颗粒聚集,高温形成缺陷结构和多种铁相,为MBC-800-3提供了丰富的反应活性位点;当废水初始pH为3、H₂O₂浓度为60 mmol/L、MBC-800-3投加量为0.4 g/L时,PNP和TOC(总有机碳)的去除率均最高,在催化反应100 min时分别达到98%和62%;酸性条件下,MBC活化H₂O₂产生·OH和·O₂-催化降解废水的有机物,其中,·OH作为主要活性物种,其来源包括均相芬顿反应和非均芬顿相反应...     

页岩气开发油基钻屑-单组分生物质共热解特性

油基钻屑与生物质热解油分别存在产率低、有害组分含量高的问题,为探究二者共热解是否可以产生协同作用,采用固定床反应器研究了热解温度、终温时间（热解温度保持时间）、升温速率、N₂流量、生物质与油基钻屑混合比例（质量比）等因素对油基钻屑与单组分生物质共热解的影响.结果表明:①油基钻屑与单组分生物质热解效果随热解温度和终温时间的增加而增强、随升温速率的加快而减弱,N₂流量对热解过程影响不大;最佳热解工艺参数为热解温度350℃、终温时间60 min、升温速率10℃/min、N₂流量0.15 L/min.②共热解可产生协同作用,当生物质与油基钻屑混合比例分别为3:7、7:3时,热解灰渣含油量较理论值下降较为明显,降幅分别为21.71%、17.64%.③共热解可减少生物质热解过程中有害物质的生成,提高油基钻屑的液相产率,生物质单独热解时液相产物中有害组分占比高达74.92%;加入适量油基钻屑共热解时有害组分占比明显降低,当油基钻屑与生物质混合比例为7:3、8:2时,有害组分占比可分别降至22.74%、17.57%.研究显示,共热解产生的协同作用可减少有害物质的生成,提高热解油产率,在油基钻屑无害化、资源化利用与生物质开发中具有良好的应用前景.      

微波热解污泥燃气释放影响因素及热解动力学分析

微波热解城市污水污泥可实现污泥资源化、减量化目标。城市污水污泥微波热解后产生大量能源气体H2和CO。运用气相色谱技术检测H2和CO的含量,研究了热解终温、污泥含水率、矿物催化剂对污泥微波热解过程中能源气体产率的影响,结合热重分析对热解过程进行了动力学分析。结果表明:随着热解终温升高,2种燃气产率均有所提高,800℃时,1 kg干污泥产生29.02 g H2以及302.72 g CO,两者体积之和占气体总体积的58%;污泥含水率越高,气体产率越高,但是达到90%含水率时,热解过程无法进行。镍基催化剂和白云石对能源气体产率均有促进作用,800℃时,镍基催化剂可使H2和CO产率提高到60%,对CxHy产率提高效果不明显;利用一级反应动力学方程对污泥热重结果进行分析,计算出热解动力学参数。     

油墨污泥热解实验及能量平衡分析

油墨污泥作为危险废物,实现其低成本减量化、无害化处理处置具有重要意义。采用固定床反应器对油墨污泥在500～900℃内进行了热解实验,研究了油墨污泥热解产物的特性,并分析了其低成本处理处置的可能性。结果表明,实验用油墨污泥挥发性有机物含量高达60. 43%,热解后干污泥减容率可达55%～62%。含水率约80%的污泥经干燥、热解后,固体减容率达到90%,且固体残渣浸出毒性小,可安全填埋。随着反应温度的升高,气体产率增加,热解残渣产率减小,在500℃时气体、热解残渣产率分别为21. 7%、48. 5%,900℃时分别为44. 3%、37. 4%; 600℃时焦油产率最高,达到30. 5%。根据800℃下热解结果进行了能量平衡分析,结果表明:焦油和气体燃烧产生的能量可满足含水率65%的污泥干燥和热解所需,从而实现污泥热解过程的能量自给。     

湿污泥热解制取富氢燃气影响因素研究

采用管式炉热解装置,在700～1000℃温度范围内对不同含水率的生物污泥进行中高温常压热解实验,研究了加热模式、热解终温、物料含水率及升温速率对热解产物产率及气相产物组成的影响规律.结果表明:待温度达到设定温度后,迅速将物料送入反应区的加热模式有利于得到高品质燃气;高温能减少固体碳和焦油的生成,促进富氢气体产生;同时,随着物料含水率的增加,氢气体积分数从17%提高到36%,当含水率为84%时,H2+CO的含量(体积分数)达到最大值;提高热解升温速率能使气相产物产率得到相应增加.湿污泥在高温条件下进行的快速热解过程,一次性完成了污泥干燥、热解和气化,更有利于氢气组分和其他可燃气体的生成,所得气体热值高达12MJ.m-3以上.     

钢渣对京津冀地区典型罐底油泥热解影响

为了研究钢渣对油泥热解产物的影响,以京津冀地区典型罐底油泥为研究对象,利用固定床反应器、热重分析仪对油泥热解条件及反应特性进行研究,通过单因素实验和响应面实验设计考察了热解终温、升温速率、停留时间和钢渣添加量等对热解产物产率的影响,采用气相色谱（GC）、气质联用（GC-MS）、扫描电镜（SEM）、红外光谱（FTIR）等对热解气体、热解回收油和热解焦表征,并对反应后固体残渣采用磁选的方式回收钢渣及分析物相组成（XRD）。热重分析（TG）表明:添加钢渣有利于油泥失重率增加。热解动力学计算表明,油泥单独热解和添加钢渣的反应的表观活化能分别为8.32,7.43 kJ/mol。固定床实验表明:当热解温度为550℃,升温速率为40℃/min,停留时间为30 min时,钢渣添加量为15%时,油泥热解回收油产率最高,达到16.03%。通过17组响应面实验设计,预测回收油产率最高可达16.12%。热解产物分析表明,添加钢渣提高了气体中H₂和CH₄产量增加,降低了CO₂产量。焦油的GC-MS分析表明,添加钢渣提高了焦油中低碳原子数成分含量。这证明了油泥和钢渣协同处置的可行性,可为热态钢渣与油泥的协同处置研究提供数据支撑。     

生物质再燃脱硝及其同相还原反应特性

利用固定床反应器研究了稻壳、木屑和玉米秸3种生物质在不同工况〔再燃温度、φ(O₂)〕下的再燃脱硝效率,同时考察了再燃区出口处CO、H₂、碳氢类物质(主要是CH₄)、HCN和NH₃的体积分数随工况的变化规律. 结果表明:生物质类型对再燃脱硝效率有很大影响,木屑再燃脱硝效率最大值达57.0%±2.1%,高于稻壳(50.0%±1.5%)和玉米秸(51.0%±1.1%). 在再燃过程中,生物质产生的热解气能够增强还原性气氛,从而提高再燃脱硝效率,当烟气中φ(O₂)为0%～1%时,再燃脱硝效率较高. 在还原性气氛(800～1 200 ℃)下,3种生物质再燃脱硝效率差异主要来自生物质不同热解气与NO的同相反应. 其中,碳氢类物质对NO的还原起到了关键作用,而CO和H₂所起作用并不大,φ(HCN)与φ(NH₃)之和反映了气相中NO向N₂的转化趋势. 因此,深入了解生物质热解气对其再燃脱硝效率的影响机制有益于燃料再燃脱硝效率的提高.      

Fenton/CaO调理污泥与生物质成型燃料燃烧污染物排放

针对Fenton/CaO调理后的市政污泥与稻壳混合成型燃料燃烧后烟气中SO₂和NO_x排放进行研究,分析了掺混比、温度和Fenton/CaO剂量对于SO₂和NO_x排放的影响规律.结果表明,污泥混合燃料中稻壳添加量增多,燃烧排放的SO₂和NO_x量逐渐下降,燃料硫转化率先降后升,燃料氮转化率上升;随着炉内温度的升高,污泥混合成型燃料燃烧排放的SO₂和NO_x量也将有所增加,燃料氮硫转化率也保持上升的趋势.经过Fenton/CaO调理后的混合成型燃料燃烧SO₂产生量与未经调理污泥燃烧SO₂排放量相比,低了近3.5倍,而NO_x生成量相对下降了1.3倍左右.经分析,调理污泥SS2与50%的稻壳在800℃温度下混合燃烧污染物排放性能最佳.     

废轮胎热解富芳烃油燃烧温度与烟气污染物排放特性

清洁燃烧是各类有机固废热解油高效能源化利用的主要途径。全钢废轮胎热解油产物中芳香烃含量约占30%,其热值及黏度与柴油相似,但闪点偏低,仅为20℃。在自建燃烧炉膛中进行燃烧实验,研究了废轮胎热解油的燃烧温度及烟气排放特性。实验发现,当过量空气系数为1.3时,热解油燃烧温度最高;当过量空气系数为1.4时,烟气中CO浓度降至0;NO_x浓度随着过量空气系数增大而升高;过量空气系数超过1.3后,SO₂浓度大幅降低。喷射油压提升可提高燃烧温度,使热解油燃烧更加充分,同时可降低烟气中CO浓度,促进热力型NO_x生成。当压力由1.5 MPa升至1.75 MPa时,燃烧温度、CO浓度与NO_x浓度变化幅度最大。喷嘴喷孔直径增大会使雾化锥角增大,燃油雾束更易展开与空气接触反应,CO浓度随之降低;同时雾化锥角的增大可减小喷雾贯穿距,缩短火焰长度,减少烟气在高温区的停留时间,降低NO_x浓度。     

不同类型秸秆对污泥厌氧消化特性及细菌群落结构的影响

为促进污水处理厂污泥及农作物秸秆的资源化利用,探讨不同类型秸秆（玉米、小麦、水稻）对污泥厌氧消化特性、产气效果及细菌群落结构的影响,在中温〔（35±1）℃〕下,研究了污泥与秸秆按不同质量比（1:0、1:0.5、1:1、1:1.5）联合厌氧消化对污泥C/N（碳氮比）和厌氧消化环境中pH、ρ（NH₄+-N）、ρ（VFAs）（VFAs为挥发性脂肪酸）、日均沼气产量及φ（CH₄）、细菌群落的特征变化,以未添加秸秆的污泥厌氧消化为CK（对照）.结果表明:不同类型秸秆的添加对厌氧消化体系的pH、ρ（NH₄+-N）、ρ（VFAs）均产生显著影响,秸秆的加入明显提高了厌氧消化体系的产气量.联合厌氧消化可通过优化厌氧消化底物的C/N,从而增加ρ（VFAs）和φ（CH₄）.其中,污泥与玉米秸秆质量比为1:1.5时对厌氧消化的促进作用最为显著;其沼气日产量为2 303.08 mL,比CK（536.15 mL）提高了3倍以上,而沼气中φ（CH₄）最高为54.49%,比CK（37.07%）提高46.99%.此外,不同类型秸秆的添加也可通过改变细菌群落结构从而促进秸秆降解,增加ρ（VFAs）和提高沼气产量,特别是添加秸秆后,Bacteroidetes会逐渐取代Proteobacteria成为主要的产酸菌种,从而导致ρ（VFAs）增加.研究显示,污泥与秸秆联合厌氧消化可改善污泥营养结构,改变细菌群落结构,提高沼气产量.      

7种改性水稻秸秆对溶液中Cd2+的吸附

为实现废弃水稻秸秆资源化利用及其治理水环境中Cd²⁺的污染问题,用KMnO₄、KOH、H₂O₂、KOH+H₂O₂、酒石酸、柠檬酸、TiO₂对水稻秸秆进行改性,制成不同的水稻秸秆吸附剂来吸附溶液中的Cd²⁺,利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、傅里叶红外光谱仪、比表面积及孔径分析仪和Zeta电位仪对改性前后的水稻秸秆进行表征分析,吸附过程采用准一级动力学方程、修正一级动力学方程、准二级动力学方程和颗粒内扩散模型进行拟合.结果表明：在Cd²⁺初始浓度100mg/L,pH7,水稻秸秆添加量为10g/L,25℃条件下,7种改性水稻秸秆吸附Cd²⁺的效果不同,其中经KMnO₄改性的水稻秸秆对Cd²⁺的吸附效果最好,吸附量达10.024mg/g,对Cd²⁺的去除率达到99.24%,比未改性水稻秸秆提高了99.44%,其次是KOH和KOH+H₂O₂改性处理的水稻秸秆,吸附量分别达到了9.302和9.189mg/g,对Cd²⁺的去除率分别达92.62%和90.82%,比未改性水稻秸秆分别提高了85.07%和82.83%.改性处理水稻秸秆吸附Cd²⁺的效果顺序为：KMnO₄ > KOH > KOH+H₂O₂ > TiO₂ > H₂O₂ > 柠檬酸 > 酒石酸.对于Cd²⁺的吸附过程,准一级速率方程只能较好地描述吸附初始阶段,准二级动力学方程则能很好地描述吸附的整个过程.经KMnO₄,KOH和KOH+H₂O₂改性的水稻秸秆是具有潜在利用价值的废水中Cd²⁺吸附剂.