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.     

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.     

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.     

咖啡渣燃烧特性及动力学研究

利用热重分析法(TGA)对咖啡渣的燃烧特性及反应动力学进行了试验研究,评价了咖啡渣的综合燃烧性能.结果表明,咖啡渣燃烧有3个阶段,分别对应水分蒸发阶段(200℃)、有机质燃烧阶段(200~500℃)和燃尽稳定阶段(500℃);有机质燃烧阶段表现出3个过程:主挥发分的析出燃烧、次挥发分的析出燃烧和固定碳的燃烧;随升温速率β的提高,咖啡渣的燃尽特性指数Cb和综合燃烧特性指数SN增大,β=25~30 K·min-1时的燃烧性能较好.燃烧动力学的Coats-Redfern方程计算表明,有机质燃烧阶段3个过程的表观活化能E依次为82.43、8.81和12.49 k J·mol-1.     

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.     

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.     

污泥和煤混烧特性的热重分析法研究

为了解城市污泥和煤粉混烧的燃烧规律,利用热重分析法对兰坝煤粉和某城市污泥及两试样混合物的燃烧特性进行了研究.实验结果表明,在加热速度20℃·min-1、20～1200℃的温度范围内,污泥的热重曲线存在2个明显的失重区域.在混燃过程中,煤和城市污泥基本上保持了各自的挥发分析出特性,混合试样的燃烧曲线处于污泥和煤粉燃烧曲线之间.对实验数据进行分析处理,得到了反应动力学参数活化能E和频率因子A.在掺混比例较小时(污泥质量分数为20%)对煤的活性几乎没有什么影响;而掺混比例较大时(污泥质量分数为50%、80%),存在2个反应区间,在第一温度段(大约θ＜430℃)混合试样的反应特性类似于污泥,而在高温区段(θ＞430℃)混合试样的燃烧特性则类似于煤.     

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.     

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.     

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.     

Biosorption of Cr(III) from aqueous solution by freeze-dried activated sludge: Equilibrium, kinetic and thermodynamic studies

Batch biosorption experiments were conducted to remove Cr(III) from aqueous solutions using activated sludge from a sewage treatment plant. An investigation was conducted on the effects of the initial pH, contact time, temperature, and initial Cr(III) concentration in the biosorption process. The results revealed that the activated sludge exhibited the highest Cr(III) uptake capacity (120 mg·g⁻¹) at 45°C, initial pH of 4, and initial Cr(III) concentration of 100 mg·L⁻¹. The biosorption results obtained at various temperatures showed that the biosorption pattern accurately followed the Langmuir model. The calculated thermodynamic parameters, ΔGo° ( − 0.8–4.58 kJ·mol⁻¹), ΔH° (15.6–44.4 kJ·mol⁻¹), and ΔS° (0.06–0.15 kJ·mol⁻¹·K⁻¹) clearly indicated that the biosorption process was feasible, spontaneous, endothermic, and physical. The pseudo first-order and second-order kinetic models were adopted to describe the experimental data, which revealed that the Cr(III) biosorption process conformed to the second-order rate expression and the biosorption rate constants decreased with increasing Cr (III) concentration. The analysis of the values of biosorption activation energy (E _a = −7 kJ·mol⁻¹) and the intraparticle diffusion model demonstrated that Cr(III) biosorption was film-diffusion-controlled.     

热活化过硫酸盐氧化降解水体中泛影酸钠的研究

利用热活化过硫酸盐氧化降解水体中的泛影酸钠,主要研究了体系反应温度、氧化剂浓度、溶液初始pH、底物浓度及自然水体组分对降解效果的影响.结果表明,热活化过硫酸盐降解泛影酸钠符合准一级反应动力学模型及遵循阿伦尼乌斯模型,计算得到反应活化能为105.57 kJ·mol~(-1).增加过硫酸盐初始浓度或提高反应温度及降低泛影酸钠初始浓度可以增大泛影酸钠的降解速率常数k(k=0.0062×[K_2S_2O_8]_0,R~2=0.98,[K_2S_2O_8]_0=2～8 mmol·L~(-1);lnk=-12698×1/T+34.91,R~2=0.98,T=325～345 K;k=-1.54×[泛影酸钠]_0+0.064,R~2=0.98).泛影酸钠的降解速率常数k受溶液初始pH影响较小.溶液中Cl~-、HCO~-_3和HA的存在均会抑制泛影酸钠的降解.较低的TOC去除率和产物的检测表明,泛影酸钠降解过程中仅发生苯环侧链的破坏.泛影酸钠的降解途径主要有酰胺键断裂、氨基氧化和脱羧基羟基化.     

好氧颗粒污泥处理市政污水性能与微生物特性研究

以成熟好氧颗粒污泥（AGS）为接种污泥,在序批式反应器（SBR）中考察其对低浓度市政污水的处理效能、污泥特性及微生物多样性的变化.结果表明,在低有机负荷（进水COD为179~212 mg·L^-1）、高溶解氧（DO>5 mg·L^-1）条件下,系统出水COD低于50 mg·L^-1,NH₄⁺-N浓度稳定在0.7~0.8 mg·L^-1,但脱氮除磷效能有待优化.体系中0.2~0.6 mm的污泥颗粒最为稳定,运行期间污泥SVI₃₀值始终保持在32~40 mL·g^-1,呈现出良好的沉降性能.系统中少量絮状污泥的存在对AGS的稳定性是有利的,本试验条件下,<0.2 mm污泥体积占比约为30%时AGS体系稳定运行.胞外聚合物（EPS）中蛋白质（PN）含量增加与AGS的稳定性呈正相关,可见PN对AGS稳定运行起着重要作用.微生物高通量测序结果表明,Proteobacteria和Bacteroidetes为主要菌门;运行过程中有利于硝化作用的Gammaproteobacteria逐渐成为优势菌纲;系统中存在促进EPS分泌和有机污染物去除的黄杆菌属（Flavobacterium）和陶厄氏菌属（Thauera）,这有利于AGS的稳定运行,同时也存在硝化螺旋菌属（Nitrospira）、陶厄氏菌属（Thauera）、副球菌属（Paracoccus）、梭菌属（Fusibacter）、变形菌属（Proteocatella）等脱氮除磷功能菌属,但需优化运行参数强化同步脱氮除磷效能.本研究结果对AGS系统处理实际市政污水的稳定运行具有重要的指导意义.     

蒽醌-2-磺酸钠促进Klebsiella oxytocaGS-4-08脱色产氢机制与产能分析

采用0~0.5 mmol·L~(-1)蒽醌-2-磺酸钠(AQS)研究其对Klebsiella oxytoca GS-4-08厌氧降解甲基橙(MO)的影响,对比细菌产氢、降解碳源及生成产物等情况,得出最佳浓度为0.1 mmol·L~(-1).在该浓度下,Klebsiella oxytoca GS-4-08可在10 h内完全脱色MO,25 h内降解蔗糖达到92%,同时产生0.117 mol·mol~(-1)乙醇和0.116 mol·mol~(-1)乙酸,2.25 mol·mol~(-1)氢气;将实验结果与已有研究进行对比,分析了AQS促进Klebsiella oxytoca GS-4-08厌氧脱色MO与产氢的机制.通过将细菌降解过程中的物质转换为COD进行对比,对降解过程中电子转移进行了分析,得到0.1 mmol·L~(-1)AQS浓度时电子得率最高,其为87.98%;并将细菌降解过程中的能源转换进行对比,得到0.1 mmol·L~(-1)AQS浓度时能源产量最高,其为802 k J·mol~(-1);同时得出Klebsiella oxytoca GS-4-08发酵过程可产生两种以上生物燃料,表明了其在工业生产应用上的前景.     

OLR对ABR沿程格室甲烷发酵特征的影响

为高效处理玉米淀粉生产废水,启动并持续运行了一个四格室厌氧折流板反应器（ABR）,通过分阶段提升进水COD的方法,探讨了有机负荷率（OLR）对ABR运行效能的影响,并采用间歇培养方式考察了OLR对沿程格室中不同营养类型产甲烷菌群活性的影响.结果表明,在OLR分阶段从2.7提高到8.0 kg·m^-3·d^-1的过程中,ABR前两个格室（C1和C2）始终呈现出典型的产酸发酵特征,其污泥的有机挥发酸（VFAs）比产率为0.54~0.76 kg·kg^-1·d^-1（以每天每千克MLVSS产出的1千克有机挥发酸计,下同）,而后两个格室（C3和C4）则表现出典型的产甲烷特征,其污泥的比产甲烷速率达98 L·kg^-1·d^-1（以每天每千克MLVSS产出的1升甲烷计,下同）以上.活性污泥产甲烷活性测试结果表明,当OLR为2.7~8.0 kg·m^-3·d^-1时,C3中的氢营养型产甲烷菌群保持了较高的产甲烷活性,其最大甲烷产量（P_max）和最大比产甲烷速率分别达到了20.4 mL和16.5 mL·g^-1·h^-1（以每小时每克MLVSS产出的1毫升甲烷计,下同）以上.乙酸营养型产甲烷菌群的累计甲烷产量由大到小依次为：C3 > C4 > C1 > C2.经过144 h的培养后,C3中乙酸营养型产甲烷菌群的累计甲烷产量为15.1~15.2 mL,最大比产甲烷速率为10.0~10.8 mL·g^-1·h^-1.     

北京市民用燃煤烟气中气态污染物排放特征

以北京远郊农村居民常用的蜂窝煤、煤球、烟煤散煤为实验用煤,开展燃烧实验.研究了烟气无机污染物排放因子、VOCs释放情况.结果表明在充分燃烧的条件下,蜂窝煤、煤球、烟煤气态污染物SO2排放因子分别为1.50、1.91、1.62kg·t~(-1);NOx排放因子分别为0.420、0.901、2.20 kg·t~(-1);CO排放因子分别为22.4、37.3、87.3 kg·t~(-1).燃烧排放的NOx和CO的排放因子顺序关系为:烟煤煤球蜂窝煤;SO2的排放因子大小顺序分别为:煤球烟煤蜂窝煤.获得了北京市2014年3种民用煤燃烧排放的气态污染物的排放清单,烟煤散煤排放的SO2超过了0.55万t,NOx超过了0.75万t,CO超过了29万t.3种煤质燃烧过程中点火和封火阶段VOCs排放浓度相对较高,各阶段VOCs排放因子为点火阶段最高,封火阶段次之.