广州城市污泥燃烧性能综合评价及其燃烧动力学模型

采集了广州5种不同来源城市污泥(分别为KFQ、DTS、LJ、LD和ZZ)及肇庆市1种污水污泥(ZQ),利用热重法对6种干污泥的单一样及两种干污泥的混合样在不同条件下进行了热重实验研究,并通过TG-DTG曲线计算了污泥燃烧的4个综合燃烧指数.研究发现,广州当前城市污泥具有高挥发分、低固定碳和低热值的特点.整个污泥燃烧可以分为水分析出、挥发分析出、挥发分燃烧和焦炭燃烧4个阶段,并且不同来源污泥这4个燃烧阶段差别较大,其中,挥发分的析出和燃烧制约着污泥的整个燃烧过程.不同来源污泥的燃烧性能与污水处理厂水处理工艺、污泥种类及其理化性质有关.从挥发分释放特性指数D、可燃性指数C、综合燃烧特性指数S来看,6种污泥中,LJ污泥燃烧性能最好,而LD污泥的燃烧性能最差.KFQ与ZZ污泥混合后,除D指数外,其他指数都变小,而升温速率过快,并不能显著提高污泥的综合燃烧性能.采用积分法(Coats-Redfern方程)计算得到各燃烧阶段的反应的机理方程及相应的活化能参数,发现活化能大小与污泥的燃烧阶段是相对应的.     

不同来源污泥混燃特性及其综合燃烧性能评价

采集了广州两种生活污水污泥、两种工业污泥(印染污泥和造纸污泥),利用热重法对这4种不同来源的单一干污泥及混合污泥在不同条件下进行实验研究,同时计算了试样的4个燃烧特性指数,获得了污泥燃烧的动力学参数.实验结果表明,各污泥燃烧阶段主要分为水分析出、挥发分析出、固定碳的燃烧和无机盐类挥发分解4个阶段,其中挥发分的析出和燃烧制约着污泥燃烧整个过程.市政污泥S1与其他类污泥混烧过程中,各污泥有较明显的交互作用,其中市政污泥S1与其他3种污泥按照1∶1质量比混合后,其挥发特性指数D提高较明显,而综合燃烧特性指数S改变不明显.两种市政污泥8∶2质量比混合后,其混合样燃烧性能明显提高,其中综合燃烧指数提高接近2倍.采用积分法(Coats-Redfern方程)计算得到各燃烧阶段反应的机理方程及相应的活化能参数,发现各试样燃烧反应级数不尽相同,其中市政污泥S1与其他污泥混合后活化能E普遍降低,与样品S2混燃的活化能降低最多,对燃烧最有利.     

城市污泥与煤或玉米秆混烧特性及动力学研究

利用热重分析法对城市污泥分别与煤或玉米秆混烧特性进行研究。结果表明:城市污泥燃烧过程存在挥发分析出和燃烧阶段及挥发分和固定碳燃尽阶段两个主要失重区间。城市污泥着火温度低,燃烧温度范围宽,失重速率低,燃尽性能特性指数Cb和综合燃烧特性指数SN性能均低于煤和玉米秆。掺混煤或玉米秆燃烧会改善城市污泥的燃尽特性和综合燃烧特性。采用积分法(Coats-Redfern方程)计算各阶段燃烧反应的动力学参数。混合试样中污泥含量增加,挥发分燃烧阶段活化能减小,固定碳燃烧阶段活化能增加。     

城市干污泥与水葫芦的混燃特性分析

对广州城市干污泥与水葫芦的单一及混合样进行了热重实验,通过TG-DTG曲线计算了不同焚烧条件下其混燃特性指数,建立了其掺烧的动力学方程.结果表明,污泥单独燃烧曲线分为水分析出、挥发分的析出和燃烧、次挥发分及固定碳的燃尽、残留物的燃烧和分解4个过程,其中,挥发分的析出和燃烧是污泥燃烧的主要控制阶段;水葫芦的燃烧则分为水分析出、挥发分析出燃烧、固定碳燃烧、残留物质的燃烧和分解.污泥添加10%~40%水葫芦后,其燃烧性能得到改善,其中,着火点Ti有所升高,挥发特性指数D及综合燃烧特性指数S分别增加了0.22~1.06、0.10~0.92倍.随着水葫芦的添加量增加,污泥挥发分析出及燃烧更加激烈,污泥和水葫芦混燃过程中出现较强的协同交互作用.相对于空气气氛,在富氧(V(CO2)/V(O2)=8/2)条件下,混合试样的燃烧受到抑制.采用积分法(Coats-Redfern方程)计算得到污泥的质量平均表观活化能(Em)在32.09~34.70 k J·mol-1之间,水葫芦的Em在30.56~51.63 k J·mol-1之间,而混合试样的Em在22.44~28.40 k J·mol-1之间,污泥与水葫芦混燃其Em有所降低,与燃烧特性指数的增加是相对应的.第一挥发分峰前取n=0.5、第一挥发分峰后及其他峰取n=2可描述各燃烧阶段的反应机理.     

城市污水污泥与咖啡渣的混燃特性分析

利用热重分析法研究了城市污水污泥、咖啡渣在不同气氛及不同混合比例条件下,其单一样及其混合样的燃烧特性,计算了各类综合燃烧特性指数,并对他们的燃烧动力学进行了建模.结果表明,单一污泥样品的燃烧曲线存在3个明显的失重峰,分别对应于水分的析出、挥发分的析出燃烧、难燃有机物及固定碳的燃烧.咖啡渣燃烧则分为挥发分析出及燃烧、挥发分的燃尽和固定碳燃烧两个明显阶段.污泥中混合咖啡渣后,污泥燃烧特性有所改善,其中混合30%咖啡渣后污泥的挥发分释放特性指数D、可燃性指数C、燃尽指数Cb、综合燃烧特性指数S分别增加了1.5、1.0、0.3、1.7倍,与燃烧气氛N_2/O_2相比,污泥和咖啡渣混合试样在CO_2/O_2气氛中燃烧受到了一定的抑制作用.利用Coats-Redfern积分法计算得到不同条件下污泥、咖啡渣及其混合样燃烧的质量平均表观活化能(Em)分别在30.49~36.72 k J·mol~(-1)、63.07~118.90 k J·mol~(-1)、37.80~44.49k J·mol~(-1)范围.可以分别用f(α)=(1-α)0.5、f(α)=(1-α)2描述污泥、咖啡渣及其混合样燃烧的第一挥发分峰前及峰后的燃烧机理.     

调理剂FeCl_3/CaO对深度脱水市政污泥燃烧特性的影响

利用热重分析仪(TG-DTG)研究了Fe Cl3/Ca O添加量和升温速率对深度脱水市政污泥燃烧特性的影响,并得出污泥燃烧的动力学参数.试验结果表明,Fe Cl3/Ca O深度脱水后的泥样燃烧过程中有4个失重阶段:水分的析出、挥发分1的燃烧、挥发分2和固定碳的燃烧、以碳酸钙的分解为主的无机物分解.随着调理剂添加量的增加,可燃性指数和挥发分特征指数得到提高,有利于污泥初期的燃烧;而燃尽指数和综合燃烧特性指数先略微上升后降低,适量的添加量有助于污泥燃烧.燃烧动力学计算表明,反应峰前的反应级数一般取0.5,峰后取2,表观活化能随Fe Cl3/Ca O添加量的增加而升高.     

污泥与煤在CO2/O2及N2/O2气氛条件下的混燃特性分析

采集了广州具有代表性的市政污泥,利用热重法对单一污泥、煤及其混合样品在CO_2/O_2及N_2/O_2气氛条件下进行了TG(热重)实验,同时计算了污泥和煤的4个燃烧特性指数,获得了燃烧的动力学参数.实验结果表明,污泥燃烧有4个燃烧阶段,包括水分析出、挥发分析出与燃烧、固定碳的燃烧和无机盐类挥发分解,其中,挥发分析出与燃烧是污泥燃烧的主要阶段;煤掺烧污泥可以提高煤的着火性能.在CO_2/O_2及N_2/O_2燃烧气氛下,增加O_2浓度,污泥与煤混合样的热重曲线整体向低温区移动,微商热重曲线峰值增大,峰宽变小,燃烧性能增强.在CO_2/O_2气氛下,O_2浓度从30%增加到60%时,污泥的挥发分释放特性指数D、可燃性指数C、燃尽指数Cb、综合燃烧特性指数S分别增加了45%、12%、18%、6%.相同O_2浓度条件下,污泥与煤在CO_2/O_2气氛下的着火性能较N_2/O_2气氛滞后,最大峰值变小,高浓度的CO_2抑制其混合样的燃烧.采用Coats-Redfern方程计算得到3个燃烧阶段反应的动力学参数,其中,增加O_2浓度,污泥与煤混合样品的质量平均表观反应活化能Em减小,并且O_2浓度越高越有利于燃烧反应的进行.污泥与煤混合燃烧取n=2可以对挥发分燃烧与固定碳燃尽峰峰前与峰后的反应模型进行描述.     

城市污泥掺制水煤浆燃烧动力学特性

通过热重实验,分析了污泥、水煤浆的单-燃烧以及水煤浆中掺混不同比例城市污泥后混合浆的燃烧特性.结果表明.混合浆样的热分析曲线出现2个由挥发分析出的燃烧峰(分别对应250～380°C和380～570°C)与固定碳燃烧峰(570～680°C).混合浆样着火温度因污泥的掺人比水煤浆高约50℃,但随掺混比例的提高,最大燃烧速率及综合燃烧特性指数S增加,污泥的掺入使燃烧得到加强.采用积分法(Coats-Redfern方程)计算得到各阶段燃烧反应的机理方程及相应的动力学参数活化能E,表明活化能值的大小与试样的燃烧阶段是对应的.     

污泥与煤、木屑的混合燃烧特性及动力学研究

通过热天平分析装置对城市污水污泥、煤及木屑单独或混合燃料的燃烧行为进行研究。结果表明,燃料的燃烧过程分为脱水干燥、挥发分的析出和燃烧、残余挥发分与焦炭的燃尽三个阶段;污泥的着火温度低,燃尽温度高,灰分产量高,燃烧放热量较低,挥发分与固定碳燃烧的活化能分别为26.67 kJ/mol和32.12 kJ/mol;污泥单独燃烧性能较差,综合燃烧指数较低为0.161×10-11 K-.3min-2,加入煤或木屑后能明显改善其燃烧性能,缩短燃烧温度范围,提高燃烧速率,降低灰分产率,但同时使挥发分与固定碳燃烧的活化能增加,燃烧对温度的敏感度增加。污泥与煤或者生物质废弃物混燃是污泥燃料资源化利用的较好方式。     

调理剂Fenton/CaO对深度脱水市政污泥燃烧特性的影响

采用超高压板框压滤法进行污泥脱水,制备了3种Fenton/Ca O调理的深度脱水污泥.同时,利用热重分析仪(TG/DTG)研究了Fenton/Ca O投加量和升温速率对深度脱水市政污泥燃烧特性的影响,获得其燃烧特性指数,并建立了燃烧动力学方程.研究表明,Fenton/Ca O调理污泥燃烧过程中有3个失重阶段:水分的析出、挥发分的析出与燃烧、部分挥发分与固定碳的燃尽.与原泥(S1)对比研究可知,调理污泥S2(调理剂折算量Fe2+/H2O2/Ca2+=30/30/70 mg·g-1DS)、S3(调理剂折算量Fe2+/H2O2/Ca2+=50/30/100 mg·g-1DS)的燃尽指数Cb较小,S4(调理剂折算量Fe2+/H2O2/Ca2+=70/30/120 mg·g-1DS)的燃尽指数Cb较大,说明调理剂投加较多时(S4)有利于污泥的燃尽.而3种调理污泥的挥发分释放特性指数D分别增大为原泥的1.10、1.97、1.73倍,可燃性指数C及综合燃烧特性指数S分别降低为原泥的78%~95%、52%~75%,说明增加调理剂用量提升了污泥的初期燃尽率,却降低了污泥的整体燃烧性能.调理污泥的对比研究可知,S3的燃烧特性指数(D、C、S)最大,说明适量的调理剂投加(S3)能在调理污泥中获得最佳的燃烧性能.利用Ozawz-Flynn-Wall法和Kissinger-Akahira-Sunose法计算得到原泥S1及调理污泥(S2、S3、S4)燃烧的质量平均表观活化能,发现调理后污泥的质量平均表观活化能Em1(阶段Ⅰ)下降,但Em2(阶段Ⅱ)提高,整体活化能Em下降;S3获得最低的Em.     

Fe-絮凝降阻法处理后的印染污泥燃烧特性

为明确印染污泥焚烧特性,提高其处理效率.以Fe-絮凝降阻法深度处理的印染污泥为研究对象,通过TG-DTG热重曲线法研究不同干燥时间（1.5、2.0、2.5、3.0、3.5和4.0 h）对深度处理的印染污泥燃烧特性的影响,并对深度处理的印染污泥燃烧过程的动力学和失重速率进行拟合.结果表明:不同干燥时间下,深度处理的印染污泥的焚烧过程均可分为4个阶段,阶段1为水蒸发阶段（15.9~106.9℃）,阶段2为低沸点有机物析出阶段（106.9~235.5℃）,阶段3为挥发分的析出和燃烧阶段（235.5~479.0℃）,阶段4为难挥发物质和碳酸盐分解阶段（479.0~852.2℃）,污泥最大失重率均在410.0℃左右,最大失重均出现在阶段3.最佳干燥时间为2.0 h（含水率为3.60%）,该条件下深度处理的印染污泥在阶段3失重峰值前、后分别为0.5级和2级反应,活化能分别为7.227和87.040 kJ/mol.失重峰值前、后的失重速率方程分别为y=9.003 18-0.099 68x（R2=0.998 1）和y=5.576+2.105/{1+exp[（x-18.076）/1.349]}（R2=0.997 8）.研究显示,深度处理的印染污泥主要在第3阶段燃烧,所得失重速率方程与其第3阶段燃烧的失重速率数据较好吻合.      

印染污泥特性及其掺煤焚烧处置的环境影响研究

对佛山6家印染厂污泥的基本性质和重金属污染进行了分析研究。结果表明:印染污泥有机质含量较高;对照农用污泥污染物限值和城镇污水处理污泥处置混合填埋用泥质标准,Cr、Ni、Cu、Zn不同程度超标,说明印染污泥既不能农用,也不能混合填埋。污泥浸出液中重金属浓度远低于危险废物浸出毒性限值和城镇污水处理厂污泥单独焚烧用泥质的污染物限值。污泥与煤掺混焚烧烟道气中二恶英浓度在0.0125～0.022 ngTEQ/Nm3,远低于GB 18485—2001《生活垃圾焚烧污染控制标准》限值和GB/T 24602—2009《城镇污水处理厂污泥处置单独焚烧用泥质》限值。     

污泥焚烧大气污染物排放及其控制研究进展

污泥焚烧技术是处理城市污泥的一种有效方法,但由于焚烧过程会产生严重的大气污染,因而也是一种备受争议的方法。论文对污泥焚烧大气污染物的排放种类、产生机理及其减排控制技术等进行了国内外文献综述,结果表明污泥焚烧产生的大气污染物主要包括粉尘、重金属、二英、酸性气体等,其中重金属汞和二英最受人们关注。研究表明在污泥焚烧过程中重金属的迁移转化主要受重金属的种类、存在形态、焚烧环境等因素的影响,针对重金属的控制目前主要采用"活性炭喷射+除尘"的组合技术进行控制;污泥焚烧过程中二英的生成和释放主要由污泥的组成和特性、燃烧条件、烟气组成、颗粒去除装置的运行温度等因素决定,其控制技术目前主要有焚烧过程控制和活性炭吸附等方法;而针对粉尘和酸性气体的控制目前已有成熟的技术可以应用。此外,通过国内外已有工程实例分析表明只要采用合适的烟气治理技术,完全可以控制和避免污泥焚烧烟气污染的产生。同时提出了适合我国国情的污泥焚烧烟气处理工艺流程。