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.     

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.     

印染污泥混燃特性及其燃烧动力学模型

采集了广东某印染污泥(YR)、造纸污泥(ZZ)及两种市政污水污泥(LJ、KFQ),利用热重法对不同来源污泥的单一及混合样在不同焚烧条件下进行了热重实验研究,并通过TG-DTG曲线计算了各试样的综合燃烧特性指数,获得了其燃烧动力学参数.结果表明,各单一试样的燃烧主要分为水分析出、挥发分析出、固定碳燃烧和残留物的燃烧和分解4个燃烧阶段,其中挥发分的析出制约着YR、KFQ、LJ污泥的整个燃烧过程,而ZZ污泥还受到固定碳燃烧阶段的显著影响.当向印染污泥中加入50%的KFQ市政污泥后,YR污泥的综合燃烧特性指数和可燃性指数分别提高了将近2倍和1.6倍.富氧(CO2/O2)燃烧可以提高印染污泥的后期燃烧强度,降低印染污泥燃烧阶段活化能,促进印染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反应的机理方程及相应的活化能参数,发现第一挥发分峰前取反应级数n=0.5、峰后n=2,可描述各自阶段的燃烧反应机理,而第二挥发分峰没有显著规律.     

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.     

不同氧化剂对污泥脱水性能及水解特性的影响研究

文章探索了不同氧化剂对污泥脱水性能及水解特性的影响,以污泥比阻(SRF)和污泥抽滤液中SCOD浓度为评价指标,主要研究了Fenton试剂、Cl O_2、Ca(Cl O)_2、Na Cl O、K_2Fe O_4、KMn O_46种氧化剂对污泥脱水性能及水解特性的影响。研究结果表明:与其他氧化剂相比,Fenton试剂的脱水效果更强,其中当Fe~(2+)和H_2O_2投加量分别为0.9 g/L和5.0 g/L时,污泥的脱水效果最佳,此时污泥比阻仅为初始污泥的25%。同类型的氧化剂进行比较发现,Ca(Cl O)_2改善脱水性能的效果优于Cl O_2和Na Cl O,K_2Fe O_4优于KMn O_4,这表明向污泥中投加含有絮凝作用离子的氧化剂将更利于污泥的脱水。同时发现氧化剂的加入十分利于污泥絮体的破解,有机物的释放,如K_2Fe O_4的加入使污泥抽滤液中的SCOD含量提升了50倍之多。     

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.     

煤化学链燃烧钙铁双氧载体竞争还原反应平衡分析

采用Ca SO4和少量Fe2O3所组成的混合物作为化学链燃烧的复合氧载体,对水蒸汽气化介质条件下煤气化-复合氧载体还原反应展开热力学分析,探讨了双氧载体在燃料反应器中的竞争还原反应机理及铁氧化物与气体硫化物、与煤灰反应的可能性.铁基氧化物主要是起到载氧的作用,其加入有利于提高燃料燃烬度,且不会被过度还原成Fe O或Fe.在850~1050℃反应温度范围,铁氧化物不会与SO2和H2S反应而转化成Fe S或Fe S2.Ca SO4还原副反应生成的Ca O容易与煤灰中Si O2和Al2O3反应,生成钙的硅酸盐和铝酸盐.     

污泥调理对其脱水性能的实验研究

以南京某污水处理厂的污泥为研究对象,采用化学调理法及热水解法对污泥进行调理,来改善污泥的脱水性能,从而达到污泥减量化的目的。考察了几种调理剂(Fe2(SO4)3、Al Cl3、PAM)与氧化钙(Ca O)同时作用对污泥的调理效果,确定了各自的最佳投加比例:Fe2(SO4)3与Ca O最佳投加比例为0.4,Al Cl3与Ca O的最佳投加比例为1.3,PAM与Ca O的最佳投加比例为0.27,其中Fe2(SO4)3与Ca O组合调理对污泥脱水性能的改善最好。研究了热水解对污泥脱水性能的影响,表现随着热水解温度的升高,污泥的脱水性能不断得到改善。     

A型分子筛对WPCBs燃烧特性的影响

利用热重分析法研究不同气氛（空气和N₂）、添加不同催化剂（4A和5A）下,废电路板非金属粉末（WPCBs）的燃烧特性,计算各类综合燃烧特性曲线,并建立燃烧动力学方程。结果表明:空气气氛下,WPCBs燃烧曲线存在3个明显失重峰,即挥发分析出与热解、难燃有机物分解以及固定碳热解;而N₂气氛下,WPCBs燃烧曲线存在1个明显失重峰和1个次失重峰,即挥发分析出与热解、难燃有机物分解。加入催化剂（4A和5A）,WPCBs燃烧特性曲线的水分析出失重峰明显加强,挥发分析出与燃烧和难燃有机物分解失重峰强度明显减弱。在N₂气氛下,WPCBs燃烧具有较高的挥发分释放特性指数D、可燃指数C和综合燃烧特性指数S,而燃尽指数C_b较小。利用Coats-Redfern积分法计算得到不同气氛及催化剂条件下WPCBs燃烧的平均表观活化能E_av,其中E_av约为227.29 kJ/mol（空气或N₂）、72.35~115.99 kJ/mol（空气/N₂+4A/5A）。修正后的质量平均表观活化能E_m为76.38 kJ/mol（空气）、115.09 kJ/mol（N₂）、≤47.26 kJ/mol（空气/N₂+4A/5A）。WPCBs热解的挥发分1峰前反应过程拟合方程为f（α）=（1-α）0.5;而其峰后、挥发分2和固定碳燃尽阶段反应过程拟合方程为f（α）=（1-α）2。     

深度脱水污泥焚烧过程中调理剂的热转化行为及其对重金属挥发的影响

采用化学热力学平衡分析方法,应用污泥实测数据模拟计算了深度脱水后污泥焚烧过程中调理剂的热转化过程及逸出产物,并预测了含Cl调理剂与CaO耦合作用对重金属迁移转化及排放的影响.研究结果表明,污泥添加单一调理剂Al_2(SO_4)_3、Fe_2(SO_4)_3、FeSO_4、AlCl_3及FeCl_3后,Fe和Al在高温下主要以Al_2O_3(s)和Fe_2O_3(s)存在,主要气态产物是HCl和SO_2.调理剂CaO和FeCl_3共存且含量增加时,焚烧过程中HCl(g)逸出过程变慢,并且Fe_2O_3(s)易于和CaO(s)作用导致Fe_2O_3(s)存在温度区间变窄.污泥未添加调理剂焚烧过程中,重金属Cd、Pb、Cr、Tl、Hg、As易于以Cd(OH)_2(g)、PbO(g)、CrO_2(OH)_2(g)、AsO(g)、Hg(g)、Tl(g)形式挥发,而Cu、Zn、Ni以其氧化物形式存在而难挥发.调理剂FeCl_3及CaO添加到污泥后,重金属(Cd、Pb、Cu、Zn、Ni、Hg、Tl)的分布受FeCl3的影响大于CaO,导致其形成重金属氯化物而挥发,而Cr和As与CaO作用生成CaCr_2O_4(s)、Ca_3(AsO_4)_2(s)热稳定化学物,抑制了Cr、As的挥发.当脱水污泥与含硫化物掺烧时,重金属(Pb、Cu、Zn、Ni)挥发受到Cl的影响大于S,在低温区间其主要以硫酸盐为主,在中高温区间以氯化物存在,而Hg和Tl不受硫化物影响.     

冷冻对脱水污泥干燥与燃烧特性的影响

为了研究冷冻对脱水污泥干燥与燃烧特性的影响,考察了不同冷冻温度对污泥干燥效果的影响.利用同步热重分析仪(TG-DTA)研究了不同冷冻温度和升温速率对脱水污泥燃烧特性的影响,并进行了污泥燃烧动力学分析.结果表明:与原泥相比,冷冻将脱水污泥变成了可进行破碎的硬质结构,当温度降到-20℃时,破碎污泥的干燥速率提升了41.46...     

交变电场-铁改性生物质强化城市污泥深度脱水

为了实现城市污泥的深度脱水,采用铁改性生物质作为骨架构建体联合交变电场电渗透技术处理污泥,以单因素实验为基础,探究了该联合技术对污泥脱水性能的影响,并通过表面响应法优化了污泥脱水的工艺参数.将玉米秸秆使用浓度为0.03g/mL的FeCl₃溶改性后与污泥混合,当采用不等占空比为4.33:1的交变电场,电压为17.22V/cm,改性生物质投加量为96.81mg/g DS,改性生物质含水率为61.91%,生物质粒径为1.05mm,阴阳极间距为2.10cm时,可以得到含水率为58.21%的脱水污泥,脱水能耗为0.0148kW·h/kg RW (脱除水分).脱水污泥的扫描电镜表征结果显示,铁改性生物质可以在污泥中起到良好的骨架支撑作用,有利于提高污泥的机械强度和可渗透性;热重分析显示,脱水后污泥的上、下层燃烧过程可划分为析出自由水和束缚水阶段,析出和燃烧挥发分阶段、分解无机盐阶段,添加铁改性生物质的脱水污泥有机质含量更高,燃烧得更快.     

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.     

脱水污泥/松木锯末水蒸气共气化研究

以城市污水处理厂机械脱水后的污泥(含水率约为80％)和松木锯末的混合物为原料,进行了共气化制取富氢燃气的研究.同时,采用热重分析(TGA)研究了混合样品的热失重特性,并在固定床反应器上考察了不同掺混比对燃气成分、燃气产量和碳转化率的影响.TGA结果表明,随着锯末掺混比的增加,样品的失重量、最大失重率及挥发分析出特性指数增大.在固定床反应器中,脱水污泥中的水分在高温条件下形成蒸气气氛,与产生的半焦发生了蒸气气化反应.实验结果表明,最佳掺混比为40％ ～ 60％,此时氢气含量、燃气产量、碳转化率分别为40％、0.70 m3· kg-1、64.1％.此外,借助BET和SEM对残余半焦的比表面积及表面形貌特征进行了分析.     

FeCl3改性污泥生物炭对水中吡虫啉的吸附性能研究

以脱水污泥为原料,制备污泥生物炭（SBC）和FeCl₃改性污泥生物炭（Fe-SBC）处理低浓度吡虫啉（IMI）废水（浓度为10 mg·L^-1）,考察SBC和Fe-SBC对IMI的吸附性能及影响因素,并探究其吸附机理.采用SEM、XRD、FTIR、BET及元素分析等探得污泥生物炭FeCl₃改性成功.Fe-SBC对IMI的最大吸附量为4.915 mg·g^-1,是SBC的1.97倍,表现出更好的IMI吸附性能.pH和离子强度的变化对Fe-SBC的吸附性能影响较小,最大波动幅度分别为4.4%和7.8%.两种生物炭对IMI的吸附均符合准二级动力学模型,Freundlich模型可以更好地描述其等温吸附曲线.热力学研究表明,SBC吸附IMI是非自发吸附,而Fe-SBC是自发吸附.Fe-SBC对IMI的吸附机理包括静电作用力、氢键作用力及π-π键相互作用力.多次热解再生后的Fe-SBC对IMI的去除率仍可达93.088%.     

Emission characteristics of dioxins, furans and polycyclic aromatic hydrocarbons during fluidized-bed combustion of sewage sludge

Pre-dried sewage sludge with high sulfur content was combusted in an electrically heated lab-scale fluidized-bed incinerator. The emission characteristics of polychlorinated dibenzo-p-dioxins (PCDDs), polychlorinated dibenzofurans (PCDFs) and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) were studied. Coal and calcium oxide (CaO) were added during the sewage sludge combustion tests to optimize combustion conditions and control SO2 emission. The results indicated that the flue gases emitted during mono-combustion of sewage sludge were characterized by relatively high concentrations of SO2, NOx and organic pollutants, due to the high sulfur, nitrogen, and volatile matter content of sewage sludge. The total 16 USEPA priority PAHs and 2,3,7,8-substituted PCDD/Fs produced from sewage sludge combustion were found to be 106.14 g/m3 and 8955.93 pg/m3 in the flue gas, respectively. In the case of cocombustion with coal (msludge/mcoal = 1:1), the 16 PAHs and 2,3,7,8-substituted PCDD/Fs concentrations were markedly lower than those found during mono-combustion of sewage sludge. During co-combustion, a suppressant e ect of CaO on PCDD/Fs formation was observed.     

纳米TiO2催化燃烧固硫的实验研究

通过纳米TiO₂催化CaO燃烧后粉煤灰的成分分析和燃烧烟气中SO₂含量的测定确定固硫效果,探讨了纳米TiO₂添加量、Ca/S摩尔比、不同条件制备的纳米TiO₂及燃烧温度对分析纯CaO固硫的影响,比较了纳米TiO₂对不同煤种以及不同钙基固硫剂的固硫效果,并对反应产物进行了X射线衍射和扫描电镜分析.结果表明,纳米TiO₂与CaO共同作用时,纳米TiO₂最佳的添加量为8%;在Ca/S摩尔比为2、燃烧温度为850℃时纳米TiO₂催化分析纯和工业纯CaO固硫效率达87.8%和60.3%,比不添加纳米TiO₂时增加13.4%和29.6%.纳米TiO₂对不同煤种燃烧时CaO固硫有较好地催化作用,能够促进SO₂转化成SO₃的本征反应,同时增加煤灰的孔尺寸,促进二氧化硫的扩散从而提高CaO的固硫效果.