污水污泥热解技术研究进展

分析了高温热解法、低温热解法及直接热化学液化法3种最普遍的污泥热解处理方式,结果表明：污泥热解处理有许多优点,不但可以减少污泥的体积,处理彻底,实现其无害化处置,还可以产生热值很高的气体、油类等产物,实现污水污泥的资源化利用。提出了污泥热解技术的发展方向．     

热解条件对生物炭性质和氮、磷吸附性能的影响

以橡木为原料,在不同的热解终温、升温速率和恒温时间下制备生物炭.对生物炭产率、p H、元素组分、工业组分、比表面积、红外光谱等理化特征进行分析,并考察生物炭对水溶液体系中NO-3-N、NH+4-N、PO3-4-P的吸附性能.结果表明:生物炭的产率受热解终温影响最大(极差:54.57%),恒温时间次之(极差:1.16%),升温速率最小(极差:0.42%).随热解终温、升温速率和恒温时间的增加,所得生物炭的p H和C含量增加,而H和O含量降低.热解终温对生物炭表面官能团影响较大,升温速率和恒温时间基本无影响.生物炭对氮、磷的吸附性能主要受热解终温影响.NO-3-N的吸附量最大可达2.80 mg·g-1(600℃),且随热解终温的升高呈指数增加.比表面积、表面碱性官能团和表面金属氧化物与NO-3-N吸附有关.随热解终温的增加,NH+4-N吸附量降低,最大吸附量为3.12 mg·g-1(300℃).阳离子交换量(CEC)是影响NH+4-N吸附的主要因素.PO3-4-P吸附量随热解终温的增加呈先增后减的趋势(在500℃达到最大,为9.75 mg·g-1),且吸附过程主要受生物炭表面碱性官能团和表面金属氧化物的影响.     

热解温度对污泥基生物炭结构特性及对重金属吸附性能的影响

鉴于污泥基生物炭作为重金属吸附剂的研究还缺乏足够的数据,为探讨不同热解温度对生物炭结构性质及其对水体重金属吸附能力的影响,在缺氧条件下于300~900℃范围内以城市污泥为原料制备生物炭,利用元素分析、比表面积测定、电位测定和红外光谱分析等方法对生物炭的理化性质和结构特征进行表征,并选用900℃生物炭进行了吸附重金属Pb、Cr和Cd的试验研究.结果表明:① 300~900℃缺氧条件下制备的生物炭产率为44.39%~69.41%,污泥呈弱酸性（pH为6.35）,热解后的生物炭呈碱性（pH为7.7~10.58）.② 900℃生物炭中w（H）、w（N）大幅降低,分别比干污泥中减少89.50%和77.16%,而w（C）降低29.22%,固碳作用显著.热解后生物炭比表面积明显增大,700和900℃生物炭比表面积分别达到58.48和87.55 m2/g,最佳制备温度为700~900℃.③ 热解后的生物炭具有大量极性基团,热解温度越高,酸性基团越少,碱性基团含量增多.④ 热解作用使生物炭zeta电位升高,吸附能力增强.⑤ 900℃生物炭吸附Pb、Cr和Cd的最佳pH为7~8,对Pb、Cr和Cd的最大吸附量分别为2.38、2.48和1.16 mg/g.⑥ 各因素对生物炭吸附重金属的影响顺序,对于Pb和Cr表现为生物炭投加量>热解温度;对于Cd,表现为生物炭投加量>pH.研究显示,污泥基生物炭对Pb、Cr的吸附能力高于Cd,影响生物炭吸附行为的主导因子为生物炭投加量,影响Pb和Cr吸附的次要因子为生物炭热解温度,而影响Cd的次要因子为pH.生物炭吸附重金属的主要机理是离子交换吸附、络合反应、表面沉淀和竞争性抑制作用.      

生物炭碳封存技术研究进展

生物炭(biochar)是一种在无氧或者限氧的条件下,对生物质原料进行高温热解而得到的一种细粒度、多孔性的碳质材料,其稳定的芳烃结构使之在土壤中对生物和非生物氧化具有较强的抗性,成为一种有效的碳封存技术,并受到越来越多的关注.通过对生物炭碳封存机制的阐述,重点评述了生物炭的制备、稳定性及植物生长和土壤有机碳对生物炭添加的响应等方面对生物炭碳封存潜力的影响,并初步考察了生物炭碳封存潜力和经济性等方面的研究进展.最后针对目前关于影响生物炭碳封存潜力因素以及这些因素之间相互关系等方面的研究中存在的问题和不足,提出了进一步研究的方向,为我国生物炭技术的研究和应用提供有益参考.     

有害固体废物热解焦油特性研究

通过对几种有害固体废物(皮橡胶，废电路板，医疗废物，废油漆，污泥)的热解实验，考察了不同工况下有害固体废弃物热解焦油的特性。研究了不同工况下焦油产率的影响因素。物料特性、热解终温及加热方式，对有害固体废物热解焦油的产率有着重要的影响。在实验温度范围内，不同工况条件下，对热解焦油密度和热值进行了测定，热解焦油密度在0．75—0．95g／m1范围内，焦油热值在6．306—9．112kal／g之间，高于原始物料的热值。对不同工况下的热解焦油进行了族分分析，焦油中一般饱和烃和极性物的含量较高。     

医疗废物典型组分的热重分析及新的动力学模型

为研究医疗废物的热解失重规律和反应动力学机制，对其热失重过程进行了模拟．利用差热热重分析仪，在氮气气氛下对医疗废物的14种典型组分进行了热解实验，建立了“整体两步四反应模型”．结果显示，样品失水后，在160℃-290℃之间开始热解，次序依次为药物类、塑料类、蛋白质类、生物质类、合成纤维类和橡胶类；经过一步或两步失重，在800℃时热解基本完成．所建立的“整体两步四反应模型”能很好地描述样品的热解行为，最大相对误差为1．68％，并可以对医疗废物的热解产物进行预测．     

油田含油污泥与芦苇共热解实验研究

以北方某油田湿地芦苇与油田某污水处理厂剩余污泥为对象,利用同步热分析仪及静态热解炉研究油田含油污泥及含油污泥-芦苇混合物的热解特性,将静态热解过程数据与同步热分析TG(热重分析)、DTG(微分热重分析)、DSC(差示扫描量热分析)曲线结合,计算了终止温度、产物量等。结果表明:不同含油污泥样品其产物生成率差别不大,热解TG、DTG和DSC曲线有较大差别,添加一定比例的芦苇可以使含油污泥热解过程变得匀速缓和,5%(质量比)的芦苇添加量可以使热解残渣恒重温度降低约25℃。混掺芦苇的样品残渣呈分散颗粒状,无聚结现象,对热解结焦将产生一定抑制作用。     

煤热解过程中汞的析出规律研究

在一台小型流化床反应器中对煤热解过程中汞的析出规律进行研究。研究了煤热解过程中煤种、热解温度、煤粒尺寸、热解气氛、热解时间以及添加HBr对汞析出特性的影响。研究结果对于开发Hg的控制技术具有重要的参考作用。     

厌氧消化污泥和未消化污泥在TG-MS上的热化学特性比较

利用热重-质谱联用仪对厌氧消化污泥和未消化污泥的燃烧和热解过程分别进行了研究.结果表明,2种污泥燃烧和热解过程中的热失重行为都可分为失水、有机物分解、无机物分解3个阶段.在300～350℃温度范围内,无论燃烧还是热解过程,未消化污泥有机物分解造成的热失重现象均比厌氧消化污泥明显.无机物分解阶段,厌氧消化污泥主要是碳酸盐的分解,未消化污泥主要是硫酸盐的分解.采用同步质谱仪对热解和燃烧的气态产物进行了分析,结果表明,污泥燃烧和热解过程除了产生大量的H2O和CO2外,热解过程还产生CH4、C2H6、C4H10、C7H8等有机气体以及H2.厌氧消化污泥热解时有机气体产生量小于未消化污泥.     

热解碳微观结构调控与纳米压痕测试

目的研究前驱体种类对热解碳结构的影响及热解碳的性能。方法以甲烷为主要前驱体,添加5%丙烯,在碳布缝合预制体上进行沉积实验,对所得具有不同结构热解碳的样品进行纳米压痕测试。结果添加丙烯降低了实验温度,所得沉积效率仍高于纯甲烷,所得热解碳结构在不同时期有所差异。纤维束内部的热解碳结构对材料的整体性能影响较大,当纤维表面为ISO结构热解碳时,纤维束内硬度和模量偏高,分别为3.96 GPa和32.0 GPa,断裂模式为脆性断裂;当纤维表面为RL结构热解碳时,纤维束内的强度和模量偏低,分别为1.93 GPa和19.7 GPa,断裂模式为假塑性断裂。结论前驱体的种类对热解碳的结构影响较大,所得材料性能具有较大差异。