不同催化剂对污泥热解特性的影响及机理分析

为提高污泥资源化,进一步实现污泥热解产物利用的多元化,探究了经机械化学预处理后,CaO、CaO-半焦和半焦3种不同催化体系对污泥快速热解产物特性的影响。结果表明:CaO催化体系下,H_2产率较原污泥提高了80%,通过TG-DTG、FTIR分析发现,添加CaO有助于热解过程中发生固碳反应和CO_2的原位释放,利于CO、H_2生成和半焦产率的降低;采用适量半焦与CaO混合作为催化剂,可以优化热解气品质,显著提高H_2占比,体积分数达到44. 21%,同时促进焦油产生,为后续焦油二次裂解产气提供新思路;完全以半焦为催化剂有利于热解后焦炭孔隙和比表面积的增加,使其具备开发为吸附材料和负载型催化材料的潜力。     

HCl气体对污泥热解产物性质影响的试验研究

为研究污泥热解中同步提升热解产气品质和制取低重金属含量半焦吸附剂,文章分别在800℃和900℃下进行干化后污泥的快速热解实验,对比研究了通入HC(l0.1%体积分数)气体对热解气体产物组分、半焦中重金属含量及制取半焦吸附性能的影响。研究表明热解过程中通入HCl可在提高热解气组分中H2、CO含量的同时提高重金属去除率、降低热解半焦中重金属残余量,增大热解半焦比表面积、提高其吸附性能,但对于半焦吸附性能的影响程度要小于对热解产气及重金属残余量的影响。900℃通入HCl时H2和CO含量均最高分别达到35.01%和30.68%,同时半焦中重金属浓度最低,且同时具有最大比表面积、最高吸附性能,对Pb2+最大吸附量为19.2 mg/g。     

无热载体蓄热式旋转床生活污泥热解技术研究

以无热载体蓄热式旋转床为热解装置,研究不同热解终温对生活污泥热解产物产率和产物性质的影响。结果表明:热解液随着温度升高呈先升高后降低趋势,当热解终温为550℃时,热解液产率最高,为39.05%;热解气产率与热解终温呈正比,产气率在650℃最高,为16.86%,热值为19.90 MJ/m3;热解固体产率与热解终温呈反比,当热解终温为500℃时,热解固体产率达到最大值为47.69%。试验结果可为旋转床污泥热解工业化运行提供数据支持。     

流化床污泥热解实验及产物性质研究

采用流化床反应器对城市污水污泥在400~600 ℃及800~950 ℃温度区间内进行了热解实验.结果表明,污泥受热升温过程经过干燥脱气、分解解聚和裂解缩聚3个阶段,在此过程中发生复杂的化学反应,生成热解气、焦油和半焦.热解温度为550 ℃时液体产率达到最大值,为50.35%,热解气产率在950 ℃时为51.58%,半焦产率随着热解温度升高而逐渐降低,950 ℃时为36.92%.污泥低温热解焦油含有较高百分含量的脂肪族碳氢化合物和类固醇类化合物,经加工可作为液体燃料利用,高温热解焦油可提取多种化工原料.热解气可作为合成气或燃烧利用.     

城市污泥两段式催化热解制合成气研究

为了把城市污泥中温热解产生的挥发性产物转化为可直接利用的洁净可燃性气体或重要的化工原料合成气,采用两段式热解装置对城市污泥进行了催化热解实验研究,讨论了不同催化剂对城市污泥热解挥发性产物的催化裂解能力,结果表明:城市污泥在热解终温500℃,热解液产率最大,超过500℃,热解液产率减少,热解气增多,固相产率基本不变;城市污泥热解液的裂解温度需在900℃以上,产生的气体组分主要为H2、CO、CH4等小分子非冷凝性气体;Ni/分子筛复合催化剂对热解液转化为合成气的作用效果较好,合成气体(H2+CO)体积含量占气体总量的85%以上.     

低温短时水热预处理混合及初沉污泥的高温厌氧消化特性研究

以低温短时(90℃、30 min)水热预处理后的混合及初沉污泥为研究对象,分别进行了高温((55±1)℃)厌氧消化连续性试验.研究了该预处理条件下这两类污泥在水力停留时间(HRT)为20 d时的产气量、有机物分解率及物料平衡等,探讨了低温短时水热预处理对提高污泥厌氧消化性能的效果.结果表明:TS约为35 g·L-1的预处理混合污泥与初沉污泥经高温厌氧消化后,投加单位VS的产气量分别为(343.00±9.86)m L·g-1和(365.00±7.61)m L·g-1,VS去除率分别为38.9%和45.8%.COD物料平衡计算结果表明,混合和初沉污泥中分别有33.6%和43.9%的固体有机物被分解转化,生物气中CH4含量均在70%左右.     

污水污泥热解过程与产气特性的实验研究

采用热失重分析的方法研究南昌市污水处理厂的两种污泥的热解，得到了两种污水污泥的TG—DTG曲线；采用电阻炉对污水污泥进行热解产气实验。实验结果显示，污水污泥热解主要分为三个阶段：水分析出阶段、挥发分析出阶段和无机物分解阶段。热解气体的成分有CO2、CO、H2、CH2、C2H4和C2H6，低温时主要成分是CO2，随着实验中热解温度的升高CO2的含量减少，而H2和CO的含量上升。     

荧光灯管芯柱玻璃中金属铅的机械化学硫化

以硫化钠为硫化剂,机械化学硫化荧光灯管芯柱玻璃中金属铅,实现金属铅向硫化铅快速转化.通过单因素实验,考察了不同机械化学硫化条件,即球磨时间、球磨转速和球料比对硫化率的影响,并通过XRD、SEM和粒度对硫化产物进行表征.结果表明,硫化率随球磨时间和球磨转速的增大而增大,随球料比的增大先增大后减小,当球磨转速为750r/min、球磨时间为120min、球料比为50：1g/g时,荧光灯管芯柱玻璃中金属铅的硫化率可达96.18%.XRD结果表明,荧光灯管芯柱玻璃中金属铅的机械化学硫化产物为PbS、SEM和粒度结果表明,荧光灯管芯柱玻璃的粒径随球磨转速和球磨时间的增加而减小.     

CaO机械化学法去除土壤中DDTs的工艺参数优化

为了探究应用机械化学技术处理高浓度DDTs污染土壤的最优工艺,以CaO为球磨药剂,采用行星式球磨机对高浓度DDTs污染土壤进行球磨无害化处理研究,分析不同尺寸磨球配比、球磨机转速、球料比(磨球与物料的质量比)和物料比(CaO与土壤的质量比)对DDTs的去除效果,并通过响应面法优化工艺参数.结果表明:单独使用大球(直径20 mm)球磨4 h后,土壤中DDTs残余量为4 mg/kg;而单独使用其他更小尺寸(10和8 mm)的磨球或不同尺寸磨球组合处理下的DDTs残余量均超过80 mg/kg,与单独使用大球处理的效果有显著差异.单因素试验结果显示,去除土壤DDTs的最佳参数为转速500 r/min、球料比35∶1、物料比5∶10,在该工艺条件下球磨3 h后土壤中DDTs残余量为44 mg/kg,去除率可达99.6%.依据三因素三水平的Box-Behnken试验建立的响应面模型可较好地反映土壤中DDTs残余量与转速、球料比和物料比之间的关系,各因素对土壤中DDTs残余量的影响大小表现为球料比＞转速＞物料比;通过优化计算得到使DDTs残余量达到最低时的工艺参数为转速500 r/min、球料比24∶1、物料比5∶10,在该工艺条件下球磨3 h后土壤中DDTs残余量为369 mg/kg,可见响应面法优化并未能够筛选出最优的球料比.因此,CaO机械化学法无害化处理高浓度DDTs污染土壤的最优工艺参数为各单因素试验确定的工艺条件组合,即球磨转速500 r/min、球料比35∶1、物料比5∶10.      

含固率对超声联合热碱预处理及厌氧消化的影响

含固率是影响污泥预处理效果的重要因素。对含固率为1.5%、5%、10%的污泥进行超声联合热碱预处理及厌氧消化,以探究含固率对污泥破解效果及产气量的影响,发现VSS的减少率和氨氮的增长率随污泥含固率的提高而减小。厌氧消化27d后,经预处理作用后污泥的含固率为1.5%、5%、10%,VSS浓度较原泥依次减少了64.5%、54.6%、20.1%,氨氮浓度较原泥依次增加了97.3%、47.5%、25.6%,厌氧消化产气量较原泥分别增加了32.0%、40.1%、18.9%,且产气量均在第20天之前便达到了原泥30 d的总产气量。综合考虑污泥体积、总减量效果以及产气量,采用含固率5%的污泥进行预处理以及后续的厌氧消化过程更合适。     

高温热解对污泥炭特性及其重金属形态变化的影响

温度是影响污泥热解产物性质的主要因素之一。研究了热解温度(550,700,850℃)对污泥炭性质、结构和重金属含量及其形态变化的影响。结果表明:污泥炭产率(55. 83%)和H/C(0. 05)在热解温度为850℃时达到最小值。而当热解温度为700℃时,其pH值、比表面积及污泥炭中各重金属总量与残渣态百分比(F4)均为最大值,同时其所含各重金属中生物有效态(F1+F2)的质量分数也均为最低值,即污泥中各重金属潜在的生态风险水平处于最低水平。而当温度升至850℃时,污泥中各重金属相对稳定态质量分数(F3+F4)有所减小,这可能是由于高温条件下金属易随热解气挥发所导致。故700℃是提升污泥炭质量和钝化污泥中重金属、降低其生态风险的最佳温度。     

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。     

热水解和超声波预处理对污泥厌氧消化效能的影响研究

针对城市污泥厌氧消化中由于融胞困难所存在的消化速率低、产气量低等问题,采用热水解、超声及热超声组合的方法对污泥进行预处理,预处理后污泥分别经35,41,55℃厌氧消化,考察预处理和温度对厌氧消化产气性能的影响。结果显示:通过增加预处理,可以使污泥厌氧消化产气量提高16.51%~36.98%,并可将55℃温度条件下厌氧消化周期最小缩短至11 d。合理的升高温度和增加预处理可以使污泥的厌氧消化性能得到一定的改善。但在相同预处理条件下,厌氧消化温度由35℃升高到55℃时其厌氧消化效果的改善却并不明显。试验结果可以为城市污泥厌氧消化工艺的选择提供一定的技术支撑。     

含油污泥组成及其对热解特性的影响

对含油污泥及其主要组成矿物油与矿物质进行了成分分析,并利用热重-红外光谱联用仪与管式电阻炉对比分析了含油污泥及其组成的热解过程与热解气体析出特性.结果表明,[1]含油污泥具有较高热值(15422.41 kJ/kg),以石英为主要成分的矿物质在含油污泥中所占比重较大(61.57%),并与热转化性能较好的矿物油紧密结合;[2]含油污泥热解过程依次经历干燥脱气(50-180℃)、轻质油分挥发析出(180-370℃)、重质油分热解析出(370-500℃)、半焦炭化(500-600℃)与矿物质分解(>600℃)5个阶段;[3]矿物质通过表面作用与导热性系数提升作用影响矿物油的热转化反应,矿物油中的杂质元素会降低矿物质的分解温度;[4]矿物质的存在降低了矿物油热解气体的产量并促进H2析出.     

碱处理玉米秸秆与超声预处理污泥混合厌氧消化效果研究

以碱处理玉米秸秆和超声预处理污泥为发酵原料,在恒温35±1℃及底物浓度为15 gVS/L的条件下,采用正常运行的大型沼气池沼液作为接种物,研究不同配比(VS污泥:VS秸秆分别为1:0、2:1、1:1、1:2、1:4)对混合厌氧消化效果的影响.研究表明,VS污泥:VS秸秆的比例为1:2时累积产气量最高,VS产气率达到了472.33 mL·g-1,甲烷产量在发酵稳定后达到了60.52%.进一步研究得出,将超声预处理污泥与碱处理玉米秸秆按一定比例混合发酵可以将产气高峰提前.     

污水处理厂污泥磷形态及低温热解-碱解联合处理的释磷效果研究

以北京三家污水处理厂的污泥为研究对象,通过SMT法分析污泥中不同形态磷的含量与分布特征及热碱联合处理后污泥的释磷情况,为污泥磷回收预处理技术提供支持。结果表明:无机磷(IP)是污泥中磷的主要存在形态,三家污水处理厂污泥中IP分别占总磷(TP)的63%、68%、75%以上;生物有效磷在TP中均占60%~76%,并与总磷有显著的正相关关系。污泥的热碱联合处理结果表明:1)热解阶段:污泥上清液中正磷酸盐占总磷的比例和总磷释放率均随热解温度呈先上升后下降趋势;60℃时污泥上清液中正磷酸盐占TP的比例最高,TP释放率也较高。2)碱解阶段:pH为9~11时,污泥上清液中正磷酸盐占TP的比例随pH升高而减少,pH≥11后趋于稳定;TP释放率与pH大体呈正相关关系。考虑后期磷回收的可行性及药剂投加成本等原因,选择最适处理条件为:热解温度为60℃,热解时间为30 min;碱解pH为11,碱解时间为30 min。     

卧式球磨机处理高浓度HCHs污染土壤工艺参数优化

为了对自主研发的卧式机械化学球磨设备的工艺参数进行优化,为设备的完善、放大及应用积累基础数据,以某有机氯农药污染地块高浓度六六六(HCHs)污染土壤为供试土壤,利用普通生石灰作为球磨药剂进行机械化学脱卤,以不同球磨时间土壤中HCHs的去除率为指标,通过正交试验对球料比和物料比两个影响球磨效果的重要参数进行优化. 结果表明:①卧式机械化学球磨设备处理HCHs的最佳工艺参数组合为球料比10∶1、物料比1∶2,且物料比1∶5和1∶2两种水平对去除率的影响无显著差异,因此实际应用时物料比可选择1∶5,以减少药剂添加量. 验证试验得出,在球料比10∶1、物料比1∶5的工艺参数组合下,0.5 h的HCHs去除率平均值为91.1%,1.0 h时为96.04%,表明优选的工艺参数组合稳定可行. ②球磨0.5 h后,正交试验的各组处理中HCHs的去除率为65.21%~99.94%,1.0 h后为72.44%~99.98%,证实自主研发的球磨机能有效处理污染土壤中的HCHs. 研究显示,卧式球磨设备可高效处理HCHs污染场地土壤,并且具有操作简单、处理流程短等优势,具有较大的应用潜力,可进一步放大设备体积,优选的工艺参数可进行实际应用.      

活化温度对SCAC制备过程中副产物生成规律的影响

文章研究了污泥-玉米芯活性炭(SCAC)制备过程中,活化温度对副产物(热解气和热解油)生成规律的影响。热解气和热解油分别采用气相色谱仪和气质联用仪进行分析检测。试验结果表明,随着活化温度的升高,SCAC的产量逐渐降低,热解气与热解油的产量则随之增多。不同温度条件下,热解气的主要成分均为H2和CO2,热解气中H2所占的体积百分数随着活化温度的升高而增加,而CO2则相应降低。此外,热解气中CH4的含量也会随着活化温度的上升而略有提高,说明较高的活化温度更有利于热解气的资源利用。热解油组分较为复杂,每个温度条件下的液态产物都包括上百种化合物,可分为烷烃,烯烃,苯类,酚类,腈类,杂环化合物,多环芳烃,有机酸,酰胺,酯类,甾体,醇,酮以及其他类共14大类型,其中以有机酸、腈类和甾体类有机物含量居多。随着活化温度的升高,有机酸和多环芳烃的含量有所增加,而酚类化合物的含量则有所降低;当活化温度升高至650℃以上时,甾体类有机物含量明显降低。     

固定床煤热解有机气体析出规律的GC-MS分析

为了研究层燃炉块煤热解时有机气体的析出规律,在自行设计的可移动式-固定床上对神木煤进行了热解实验,煤颗粒尺寸为3~5mm;热解气在炉膛内的停留时间为1.76s,热解温度分别为1100K、1400K和1600K;采用气相色谱质谱联用仪(GC-MS)测试分析了热解气中有机气体的析出规律;离线测试热解气体试样。研究结果显示:随着热解温度的升高,热解气中饱和脂肪烃含量降低,其中2-甲基戊烷和2,2,3-三甲基丁烷降低幅度分别为83.29%和59.66%;芳香烃含量升高,其中甲苯浓度增加了8倍。随着热解温度的升高,热解气CH组分中,碳含量增大,氢含量减小;热解气中的部分饱和脂肪烃经历浓缩、环化和析氢过程形成芳香烃。     

不同污泥预处理方法对污泥厌氧消化产气量影响研究

污泥溶胞破解是提高污泥厌氧消化产气量的重要手段。实验比较了热预处理、碱预处理、热碱预处理以及电化学热处理四种破解方法对污泥厌氧消化产气量的优化效果,通过对沼气累计产量、日产气速率、CH4在沼气中的含量占比等指标的分析,结果表明,不同的破解方法对污泥厌氧消化产气量的优化程度是不同的。