不同深度脱水污泥的热解特性及动力学分析

选用4种利于深度脱水的复合调理剂(FeCl3/CaO、FeCl3/CaO/煤粉、芬顿试剂(Fe2+和H2O2组成体系)/CaO、芬顿试剂CaO/煤粉)来改善污泥的脱水性能,所得泥饼的含水率为43.7%—56.1%,满足深度脱水的要求.CaO和煤粉的添加能改变污泥的灰分和挥发分含量.与传统聚丙烯酰胺(PAM)脱水污泥的热重分析对比结果表明,由于复合调理剂对EPS的破坏溶解作用,因此对污泥热解性质有较大影响,不仅能前移水分失重峰,还使得热重主要反应阶段峰个数变少.热解动力学计算表明,反应级数在1—2范围内.表观活化能差异表明4种复合调理剂处理后脱水污泥更容易发生热解反应.     

生物沥浸联合类Fenton作用对污泥脱水性能的改善

为了解生物沥浸促进下的类Fenton调理对污泥脱水性能的影响,采用序批式恒温培养法,以比阻(SRF)、毛细吸水时间(CST)、过滤时间(TTF)和上清液中胞外聚合物(EPS)组分含量等指标,比较生物沥浸、Fenton氧化以及生物沥浸联合类Fenton氧化3种调理方法对污泥脱水速率和脱水程度的影响,并探讨其调理机制.结果表明,污泥经过生物沥浸联合类Fenton氧化调理后,比阻和毛细吸水时间分别从14.0×10~(12) m/kg和24 s下降到0.178×10~(12) m/kg和7.7 s,脱水性能较单独生物沥浸提高80.0%,与单独Fenton相比提高90.6%.此外,H_2O_2投加量对污泥的脱水效果具有重要影响,在本研究条件下最佳H_2O_2投加量是20 mg/g DS(干物质).因此,生物沥浸联合类Fenton作用可显著改善污泥脱水性能,EPS释放、Fe~(3+)絮凝和大量结合水转化为自由水是促进污泥脱水的主要原因.     

污水污泥微波辅助快速热裂解制生物油和合成气

利用实验室微波加热装置,研究了微波功率、椰壳活性炭(微波受体)添加量和反应气氛条件对污泥(含水率:76.8%)热解产物产量和特性的影响.结果表明,足够的微波辐照强度和7.5%以上的活性炭添加量可实现污泥的快速热裂解.污泥升温速率越快,生物油和合成气的产率越高.快速热裂解过程中生物油的产率超过8.5%,合成气的产率超过8.0%,并且合成气中H2和CO的体积之和超过总气体体积的50%.生物油主要生成于污泥150—250℃升温阶段,合成气主要生成于污泥150—400℃升温阶段.与通空气(少量O2存在条件)相比,氮气气氛更有利于污泥热解生成生物油,并可大幅度降低CO2的生成量,因此有利于合成气品质的提高.     

污泥好氧发酵过程中热解特性变化研究

选用脱水污泥和木块进行好氧发酵,采用热重分析仪对污泥好氧发酵过程中不同阶段的污泥进行热重分析,研究不同阶段污泥热解特性的变化,并为探索污泥好氧发酵过程中有机质的变化规律提供参考。结果表明,污泥热解过程可分为4个阶段,分别为:水分析出阶段(T1)、挥发性有机物析出转化阶段(T2)、大分子有机物转化析出阶段(T3)和矿物质分解阶段(T4)。其中挥发性有机物析出转化阶段和大分子有机物转化析出阶段为失重的主要阶段。随着发酵时间的延长,污泥的最大失重率逐渐减小。发酵第1、4、7、10、13、16天,污泥最大失重率分别为51.14%、43.50%、43.18%、39.79%、35.72%、35.46%。当堆体处于升温期时,污泥样品挥发性有机物析出转化阶段及大分子有机物转化析出阶段失重率变化较大,分别减少2.11%和4.13%;堆体温度维持在40℃左右时,污泥样品大分子有机物转化析出阶段失重率变化较大,3 d内减少了4.68%。第13天与第16天污泥样品总失重率仅相差0.22%,好氧发酵在第13天已接近结束。不同发酵阶段污泥样品均以大分子有机物转化析出阶段失重率为最大,挥发性有机物析出转化阶段次之,矿物质分解阶段最小。有机质降解主要发生在发酵第1~4天和第7~10天,其中第1~4天污泥中挥发性有机物和大分子有机物均有显著降解,第7~10天以大分子有机物降解为主。     

不同热解条件下制备的秸秆炭对铜离子的吸附动力学

研究了不同热解条件下制备的秸秆生物炭对铜离子的吸附动力学规律.以常见的玉米杆和番茄杆为原料,在限氧升温热解的条件下制备生物炭.研究不同热解温度(300、400、500、600、700℃)和不同热解时间(1、2、4、6、8 h)对秸秆生物炭吸附性能的影响,实验结果表明番茄杆样品T6004和玉米杆样品C6006分别获得对铜离子的最佳吸附效果,其去除率分别为98.40%和98.77%.通过批试验探明秸秆生物炭对Cu~(2+)的吸附动力学特征与机理,秸秆生物炭对Cu~(2+)的吸附动力学数据随时间的变化能很好地用准二级动力学方程进行拟合,说明生物炭对Cu~(2+)的吸附是一个复杂的过程,并不是简单的单层吸附.用颗粒内扩散模型进行拟合分析发现,热解时间和温度对秸秆生物炭的吸附边界层厚度均会产生不同程度的影响.此外,颗粒内扩散并非吸附过程的唯一控速步骤,表面吸附和液膜扩散共同控制吸附反应速率.     

热解工艺参数和污泥理化性质对污泥残渣特性的影响

研究了热解工艺参数和污泥理化性质对热解残渣特性的影响,着重分析了不同热解工艺参数和污泥理化性质下,污泥热解残渣的吸附性能与内部孔结构.研究表明,当热解终温Tend在300℃—550℃之间,污泥热解残渣的碘值在450℃时最大,亚甲基蓝值在500℃时最小.热解残渣的碘值随着RT的延长先增大,当停留时间RT=75 min时达到最大值;亚甲基蓝值的最小值随着RT的延长逐渐往低温区移动.污泥热解残渣的碘值随着升温速率β的增大而减小,无论Tend的高低,亚甲基蓝值的最小值都出现在β=3℃.min-1.污泥热解残渣的比表面积随着颗粒粒径d的增大迅速减小,但d对残渣吸附性能的影响却不大.当含水率M=10%—40%,热解残渣的吸附性能基本不受M的影响;继续提高含水率,热解残渣的碘值迅速减小,而亚甲基蓝值却随M的增大而增大.Tend为450℃、RT为75 min和β为3℃.min-1是较佳的污泥热解工艺参数.     

PVC的热解脱氯动力学分析

采用动态热重法对PVC热解脱氯反应动力学进行了研究,对不同升温速率下TG曲线采用下同方法分析,计算出反应速率常数、反应级数、活化能等脱氯反应动力学参数,并推断出反应机制,分析结果表明,PVC热解存在两个阶段,氯原子主要在250℃-300℃之间以HCl的形式释放,且反应为一级反应。     

阳离子表面活性剂与石灰联合调理对污泥脱水性能的影响

以污泥比阻(SRF)、污泥毛细吸水时间(CST)和脱水率为评价指标,研究了两种阳离子表面活性剂(A:松香基双-三甲基氯化铵、B:乙撑基双十二烷基二甲基溴化铵)与石灰联合调理对剩余污泥脱水性能的影响.结果表明:(1)两种表面活性剂与石灰联合调理均能产生良好的协同作用,当表面活性剂A、B的投量分别为9 g/100 g干基污泥(DS),石灰投量为15 g/100 g DS时,污泥SRF分别降低为原泥的17.7%和23.0%;污泥CST降至52.3 s和70.5 s,脱水率分别达到了86.9%和84.2%,明显改善了污泥脱水性能;(2)表面活性剂和石灰联合调理对污泥絮体及胞外聚合物产生明显的影响,随着投加量的增加,使得污泥滤液中蛋白质及多糖含量呈增加趋势,联合调理改善了污泥脱水性能.     

燃煤电站CFB锅炉飞灰热处理中汞释放特性

为考察循环流化床锅炉飞灰的汞释放特性,本文以某循环流化床CFB锅炉燃煤发电机组飞灰为样品,通过热处理实验和程序升温热解实验考察温度和时间对飞灰样品汞释放特性的影响以及热处理前后飞灰中汞的种类及其释放规律,并结合一级动力学方程、Elovich动力学方程、Freundlich动力学方程和抛物线扩散动力学方程对该过程进行具体分析.热处理实验结果表明,飞灰汞释放速率与热处理的温度和时间密切相关.温度为200℃以下时飞灰中汞的释放率最大不超过0.2,当温度达到300℃以上时,飞灰中汞的释放率不低于0.935.程序升温热解实验表明,飞灰中汞化合物种类包括HgCl_2、Hg_2Cl_2、HgO、HgSO_4、HgS (黑)和HgS (红),其中HgS (黑)和HgS (红)是飞灰中汞的主要赋存形态.动力学方程拟合结果表明,Elovic动力学方程适用于描述飞灰汞释放过程,各实验条件下拟合值与实验值的相关系数R~2均大于0.95,这说明该过程受多个反应机制控制且反应中活化能变化较大.     

富磷污泥生物炭去除水中Pb(Ⅱ)的特性研究

以城市污水厂富磷剩余污泥为研究对象,考察高温热解制备生物炭吸附剂对水中Pb(Ⅱ)的去除效果.研究表明,随着热解温度升高,制备的生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附能力增强;在相同热解温度下,生污泥生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附能力比消化污泥生物炭大.采用700℃热解1 h制备生污泥生物炭以研究对Pb(Ⅱ)吸附的影响因素,结果显示:吸附180 min达到吸附平衡;富磷污泥生物炭对Pb(Ⅱ)的去除率随pH增加而升高;生物炭投加量增加,对Pb(Ⅱ)去除率上升,而单位吸附容量迅速减小.污泥生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附符合准二级反应动力学,Langmuir模型比Freundlich模型能更好地拟合等温吸附线.在pH 5.0、吸附时间3 h、生物炭投加量20 g.L-1条件下,对Pb(Ⅱ)的最大吸附量为34.5 mg.g-1,表明富磷污泥生物炭可以作为一种廉价的吸附剂.     

污泥热解残渣催化市政破膜污泥的热解作用

本文通过原子吸收分光光度计(AAS)对污泥热解残渣中金属化合物含量测定和扫描电镜(SEM)对污泥热解残渣的表面形态进行表征,采用热重分析(TGA)对印染污泥和市政污泥的热解残渣催化污泥热解作用进行了初步探讨.结果表明,两种污泥热解残渣对污泥热解均有催化作用,且印染污泥热解残渣催化效果优于市政污泥热解残渣;热解残渣中金属化合物种类和含量对其催化效果有一定影响,尤其是污泥热解残渣中铝、铁、锌化合物在污泥催化热解过程中起了重要作用.     

Fenton氧化对印染污泥脱水性能的影响

采用Fenton氧化法对印染污泥进行预处理,研究印染污泥中TSS、VSS、CST、SRF等脱水性能指标的变化规律.结果表明,当pH值为2.0,H2O2和Fe2+投加量分别为428 mg.g-1(干泥)和42.8 mg.g-1(干泥),反应时间1.5 h、反应温度80℃时,Fenton氧化后印染污泥的脱水效果最佳.在该条件下,TSS由18.66 g.L-1下降至4.82 g.L-1,去除率为74.17%;CST和SRF分别由98.6 s和6.03×1011s.2g-1下降至18.9 s和8.42×1010s.2g-1;污泥的平均粒径和中值粒径分别由53.8μm和42.9μm下降至19.8μm和16.2μm.     

熔盐法去除污泥焚烧灰中磷的效果及热动力学分析

利用碳还原剂和氯化钙熔盐药剂在1100℃下还原污泥焚烧灰中的磷酸盐为气态磷单质并去除,采用X射线衍射分析(XRD)残渣的组成和热重质谱(TGA-MS)分析反应过程.结果表明,添加氯化钙可显著提高污泥焚烧灰除磷效率,氯化钙的最优添加量为25%质量分数,此时污泥焚烧灰除磷效率为82%.XRD结果显示,污泥焚烧灰经熔盐处理后形成了氯磷灰石(chlorapatite),珍珠云母(margarite)等物质,其中氯磷灰石的形成有利于焚烧灰中磷的还原.对TGA-MS结果进行热解动力学反应拟合,结果显示,污泥焚烧灰除磷反应在添加少量氯化钙添加时为均相反应;污泥焚烧灰除磷反应在添加较多氯化钙时为固相扩散反应.固相反应的发生有利于降低磷酸盐还原反应温度并提高去除效率.     

阳离子表面活性剂对污泥脱水性能的影响和作用机理

采用实验室模拟的方法研究了十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)和四甲基溴化铵(TMAB)对活性污泥脱水性能的影响.结果表明,相比污泥原样,经两种表面活性剂调理的污泥脱水性能均有一定程度的改善;在同样的投加量下,CTMAB比TMAB能更有效地改善污泥的脱水性能.实验数据显示:与TMAB相比,投加约为泥样干重25%的CTMAB可以释放出更多污泥胞外聚合物总量,其值约为231mg·l-1;污泥毛细吸水时间(CST)可缩短为73s左右;当TMAB和CTMAB的投加量大于泥样干重的15%时,真空抽滤后,污泥比阻达到易脱水范围;CTMAB和TMAB对污泥沉降性能的改善不是非常明显.     

好氧颗粒污泥对水溶液中酸性淡黄2G的生物吸附

利用好氧颗粒污泥对酸性淡黄2G溶液进行吸附脱色研究,考察了pH值、吸附剂用量、初始酸性淡黄2G的浓度、温度以及NaCl浓度对吸附过程的影响.实验结果表明,吸附过程对溶液pH值具有很高的依赖性,其最佳pH值为2.0.Temkin等温线在整个实验染料浓度范围内能够很好地描述吸附过程.吸附动力学符合准二级动力学模型.内部扩散和边界层扩散都可能影响生物吸附速率.热力学分析表明,吸附过程是一个自发的放热过程.采用FTIR分析的结果进一步揭示了颗粒污泥上官能团(如胺基、羧基和羟基等)可能是染料生物吸附的活跃结合位点.这些结果表明,好氧颗粒污泥可以作为吸附剂以去除水中的酸性淡黄2G。     

农药含钾废渣的热解动力学

通过XRF和XRD两种测试方法对农药含钾废渣的成分进行测定,结果显示,该废渣中含有大量的氯化钾,具有很大的资源化价值.采用热重分析法,在5、10、15、20 K.min-1线性升温速率下,研究了农药含钾废渣在空气气氛下的热解特性及热解动力学.以期为农药含钾废渣的资源化处理提供理论依据.结果表明,该废渣热解过程分为3个阶段,失重率分别为4.62%、7.69%和2.55%;且3个阶段的活化能E分别为83.53、128.48和138.17 kJ.mol-1,指前因子A分别为4.79×107、2.34×1010和6.46×107s-1.     

激光光散射技术用于Fenton反应中Fe(Ⅲ)水解过程的研究

利用激光光散射技术，研究了不同条件下Ferton反应中Fe(Ⅲ)水解过程的粒径变化，并和一般铁盐体系中Fe(Ⅲ)水解过程进行了比较，结果表明，Fe(Ⅲ)的水解过程中，粒径变化受水解度B^*和铁盐浓度的影响，即B^*值愈大，浓度愈高，体系粒径愈大．并且在相同浓度和水解度B^*的条件下，Fenton反应生成的Fe(Ⅲ)比一般铁盐的水解聚合迅速，形成的粒径大，对采油废水进行处理的实验结果表明，Fenton体系对有机物的吸附去除效果明显优于常规铁盐体系，这可能与Fenton体系的高水解速率有关。     

环糊精的Fenton氧化特性及产物分析

环糊精因其具有包合增溶特性,单独或与高级氧化技术(如Fenton氧化)耦合可应用于有机污染物的土壤污染修复,然而环糊精的稳定性不清楚.本研究考察了环糊精在Fenton体系中的降解动力学及转化产物,评估了环糊精的稳定性.结果表明,β-环糊精(β-CD)在Fenton体系中反应速率随着过氧化氢浓度的升高而线性增加,符合二级动力学过程.环糊精与羟基自由基反应的绝对速率常数在酸性条件下(p H=3)分别为3.9×10~9L·(mol·s)~(-1)(β-CD和甲基β环糊精),6.5×10~9L·(mol·s)~(-1)(羟丙基β环糊精),7.2×10~9L·(mol·s)~(-1)(γ-环糊精),中性条件下(p H=7)为2.9×10~9L·(mol·s)~(-1)(β-CD),3.1×10~9L·(mol·s)~(-1)(MCD),3.2×10~9L·(mol·s)~(-1)(HPCD),3.3×10~9L·(mol·s)~(-1)(γ-CD),显示环糊精在酸性条件下降解加快,且绝对速率常数的种类差别较大,而在中性条件下比较稳定,且种类之间差别不大.产物质谱分析表明,环糊精空腔骨架上的羟基被氧化,生成了含有醛基和羧基氧化产物;反应前后总有机碳含量无明显差别,表明环糊精及产物的空腔结构稳定,未被开环破坏.     

超声联合热碱预处理促进剩余污泥中温厌氧消化研究

基于超声联合热碱破解污泥最佳工艺参数,对预处理污泥进行半连续式中温厌氧消化研究。结果表明,预处理污泥日产甲烷量是原泥的1. 94倍,达234 mL·d~(-1)。运用修正的冈珀兹模型进行累计甲烷产量动力学分析,发现预处理污泥和原泥累计产甲烷曲线与修正的冈珀兹模型拟合系数R2分别达0. 998和0. 993。预处理污泥的动力学参数如下:最大累计产气量达5 376. 4 mL,最大产甲烷速率达394. 8 mL·d~(-1),细菌产甲烷的延迟时间为2. 8 d。预处理污泥的甲烷转化率为82. 17%。从有机物浓度变化来看,厌氧消化期间预处理污泥溶解性化学需氧量、溶解性蛋白质和多糖浓度均远高于原泥,最大值分别是原泥的2. 09、3. 94和3. 95倍。预处理污泥在预处理阶段和厌氧消化阶段的总悬浮物和挥发性悬浮物去除率分别达54. 9%和61. 8%。超声联合热碱预处理不仅能促进污泥有机质破解,还能提高破解有机质的生物可利用性,极大改善污泥厌氧消化效率。     

微生物絮凝剂的污泥脱水性能研究

采用酱油曲霉发酵制备的微生物絮凝剂对广州市猎德污水处理厂浓缩污泥的脱水性能进行研究,实验结果表明,酱油曲霉分泌的微生物絮凝剂对浓缩污泥有较好的脱水效果,调理后的污泥比阻可降至8.9×1011m·kg-1,显著地改善了污泥的脱水性能,与对照样相比,脱水率提高了7%,含水率降低了6%,当絮凝剂的投加量为污泥体积的5%、干重质量浓度为5.8mg·l-1时,污泥的脱水效果最佳,污泥脱水率从75.6%提高到82.6%,污泥含水率从82.4%降到76.4%.微生物絮凝剂和聚丙烯酰胺(PAM)复合使用有助于改善污泥的脱水性能,当10mL116mg·l-1微生物絮凝剂和6mL 1g·l-1PAM复合使用时,污泥的脱水率为82.9%,脱水后污泥的含水率为76.1%.