（环境工程专业论文）城市污水污泥热解特性与转化机理的研究.pdf

东南大学硕上学位论文 摘要 随着污泥量的不断增加和环境质量标准的日益严格，污泥的处理和处置已经成为一个敏感的全 球环境问题。而且，随着传统处置方法压力增大，必须寻找创新有效的污泥处置方法。本文首先简 略地叙述了污水厂污泥热解处理方法的现状及发展趋势。 采用热重法对污泥的热解过程及其动力学特性进行了研究，提出污泥的热解分四个阶段，其中， 第一阶段是水分析出阶段，第二阶段和第三阶段是有机物为主的分解阶段，第四阶段是无机物和残 余有机物的分解阶段。采用c o a t s r e d f e r n 法计算了污泥有机物分解的反应级数，并求出了污泥样品 的表现活化能和频率因子，给出了样品热解的动力学方程，通过理论计算，理论数据与实验数据吻 合良好。 利用自行设计的污泥热解实验台，研究了不同热解条件对热解产生的气体、液体和固体剩余物 特性的影响。发现熟解温度升高固体剩余物量减少气体产量升高而液体产量几乎不变。应用萃取及 柱层析的分离方法，将污泥热解油分离成3 种组分：烷烃、芳烃、极性组分，并采用气相色谱一质谱等 现代分析测试技术，对水相和油相中各分离组分分别进行了分析和鉴定，取得了满意的结果。 借助污泥与其转化产物的元素分析、污泥的热重分析和衍生油的g c m s 分析等手段，对该转化 反应过程的元素转移、转化特征温度和反应机理进行了研究。认为过程的主要反应是脂肪族化合物 的蒸发、蛋白质肽键断裂和基团转移反应，参与反应的主要成份是脂肪族化合物和蛋白质，其中前 者参与反应的温度低丁后者，而糖类化合物参与反应的温度最高。 污水污泥低温热解是一种发展中的能量回收型污泥热化学处理技术。热解产生的油和气体有较 高的热值，可与传统的燃料相比，表明这些产物做为燃料是可能的。本研究对此过程进行了间歇性 实验研究，确定了产油率昂高的反应条件，指出污泥低温热解制油技术颇具发展前景。 关键词：污泥；低温热解；热重分析；热解动力学特性：污泥制油；柱层析；气相色谱一质谱联用仪 机理研究 东南人学硕士学位论文 a b s t r a c t d u et ot h ee v e ri n c r e a s i n ga m o u n to fs e w a g es l u d g ea n dm o r es t r i n g e n te n v i r o n m e n t a l q u a li t ys t a n d a r d s ，t h et r e a t m e n ta n dd is p o s a lo fs e w a g es l u d g eh a sb e c o m ea ne x p e n s i v ea n d e n v i r o n m e n t a l l ys e n s i t i v ep r o b l e mw o r l d w i d e f u r t h e r m o r e ，w i t hs o m et r a d i t i o n a ld i s p o s a l r o u t e sc o m i n gu n d e rp r e s s u r e ，a n do t h e r sb e i n gp h a s e do u t ，i ti sn e c e s s a r yt os e e ka c o s t e f f e c t i v ei n n o v a t i v es o l u t i o nt ot h ep r o b l e mc a u s e db ys e w a g es l u d g ed is p o s a l t h is p a p e rp r e s e n t sab r i e fa c c o u n t o ft h ec u r r e n ts i t u a t i o na n dd e v e l o p i n gt r e n do f h e a t d e c o m p o s e dt r e a t e dm e t h o d so fs l u d g eo fw a s t ew a t e rp l a n t ， i nt h isp a p e r ，t h ep y r o l y s i so fs e w a g es l u d g es a m p l ew a ss t u d i e dw i t ht h e r m o g r a v i m e t r y t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ep y r o l y t i cr e a c t i o no fs e w a g es l u d g ec o n s i s t e do ff o u rs t a g e s ， t h a ti s ，d e h y d r a t i o n ，o r g a n i cc o m p o u n dd e c o m p o s i t i o na n dd e v o l a t i l i z a t i o n ，i n o r g a n i cm a t t e r d e c o m p o s i t i o nw i t hr e m n a n to r g a n i cc o m p o u n dd e c o m p o s i t i o n b ym e a n so fc o a t s r e d f e r nm e t h o d t h ek i n e t i cp a r a m e t e r s ，t h ep r e e x p o n e n t i a lf a c t o ra n d t h e a c t i v a t i o ne n e r g y ，w e r e c a l c u l a t e dt oo b t a i nt h ek i n e t i ce q u a t i o n t h et h e o r e t i c a ld a t ef i tt h ee x p e r i m e n t a ld a t e v e r yw e l l t h ep y r o l y s i so fas e w a g es l u d g e ，w a sc a r r i e do u ti nal a b o r a t o r yf u r n a c e p y r o l y s i s c o n d i t l o n s 1 i k eh e a t i n gr a t ea n df i n a lp y r o l y s i st e m p e r a t u r e ，w e r ev a r i e ds ot h a tt h e i r i n f l u e n c eo nt h ec h a r a c t e r i s t i e so ft h er e s u l t i n gg a s e s ，1i q u i d sa n ds o l i dr e s i d u e sc o u l d b es t u d i e d i tw a sf o u n dt h a ti n c r e a s i n gt h ep y r o l y s i st e m p e r a t u r ed e c r e a s e st h es o l i d f r a c t i o ny i e l da n di n c r e a s e st h eg a sf r a c t i o ny i e l dw h i i et h a to ft h ei i q u i df r a c t i o nr e m a i n s a l m o s tc o n s t a n t t h ep y r o l y s i so i lo fs l u d g ew a ss e p a r a t e di n t ot h r e ef r a c t i o n s ：a l i p h a t i c ， a r o m a t i ca n dp o l a rf r a c t i o n sb yu s i n gs o l v e n te x t r a c t i o na n d1 i q u i dc h r o m a t o g r a p h yo na s i l i c a g e lc o l u m n w a t e rp h a s ea n de a c hf r a c t i o no fo i lp h a s ew e r ea n a l y z e da n di d e n t i f i e d b yg c - m ss a t is f a c t o r yr e s u l t sw e r eo b t a i n e d w i t ht h eh e l po fe l e m e n t a lc o m p o s i t i o na n a l y s i sf o rs e w a g es l u d g ea n dt r a n s f e r r e d p r o d u c t s ，t h e r m a lg r a v i m e t r i ca n a l y s i sf o rs e w a g es l u d g ea n dg c m sa n a l y s i sf o rd e r i v e d o i l i ti s d is c u s s e da b o u tt h ee l e m e n t st r a n s f e r ，s p e c i f i e dt r a n s f e rt e m p e r a t u r ea n d r e a c t i o nm e c h a n is ma b o u tt h et r a n s f e rr e a c t i o no ft h ec o n v e r s i o np r o c e s s t h ec o n c l u s i o n i st h a tm a i nc o n v e r s i o nr e a c t i o n sa r et h ee v a p o r a t i o no fa l i p h a t i cc o m p o u n d s ，t h efjs s i o n o fp r o t e i np e p t i d eb o n da n dt h eg r o u pt r a n s f e rr e a c t i o n ，a n dt h a tt h em a i nc o m p o s i t i o n s i n v o l v e di nt h ec o n v e r s i o nr e a c t i o na r ea l i p h a t i c c o m p o u n d sa n dp r o t e i n ，w i t hh i g h e r r e a c ti o nt e m p e r a t u r ef o rt h ef o r m e r ，l o w e rf o rt h el a t t e ra n dt h eh i g h e s tf o rt h es a c c h a r i d e c o m p o u n d s t h el o w t e m p e r a t u r ep y r o l y s i sp r o c e s sf o rs e w a g es l u d g e ，t h r o u g hw h i c ht h ee n e r g yc a n b er e c o v e r e d ，i sad e v e l o p i n gt e c h n o l o g y b o t ho i lsa n dg a s e sp r o d u c e di nt h ep y r o l y s is s h o w e dr e l a t i v e l yh i g ho v e r a l lh e a t i n gv a l u e s ，c o m p a r a b l et os o m ec o n v e n t i o n a lf u e l s ， r e v e a l i n gt h ep o t e n t i a la p p l i c a t i o no ft h e s ep r o d u c t sa sf u e l i nt h i ss t u d y ，w em a d e a b e n c h s c a l ee x p e r i m e n tw i t ht h ef e a t u r eo fs e w a g es l u d g ef r o mam u n i c i p a lw a s t e w a t e rp l a n t o nt h eb a s i so ft h er e s e a r c h ，t h eo p t i m a lo p e r a t i o np a r a m e t e r sh a v eb e e no b t a i n e d ，r e l a t e d t ot h eh i g h e s to i ly i e l d i ti sp o i n t e do u tt h a tl o wt e m p e r a t u r ep y r o l y s isp r o c e s sf o r p r e p a r i n go i lf r o ms l u d g eh a sap r o m is i n gf u t u r e i t 末毒大学礞学垃论文 k e y w o r d s ：s e w a g es l u d g e ；l o w t e m p e r a t u r ep y r o l y s i s ；t h e r m o g r a v i m e t r i c ；p y r o l y s i sk i n e t i c s ； o i if r o ms l u d g e ；c o l u m nc h r o m a t o g r a p h y ；g a sc h r o m a t o g r a p h y - m a s ss p e c t r u m ( g c - - m s ) ；m e c h a n i s m s t u d y 1 1 1 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所墨交豹学位谂文是我个人农导强指导下逡幸亍的研究工 乍及取褥的磷究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含蕊它入已经发袭或撰写过 的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一阉工 乍豹弱恚对本磅究所擞豹饪侮贡献均已在论文中终了明确的说骥势表示了谢意。 磅究生签名：照量霾期：茎塑圣= 曼= 东南大学学位论文使朋授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印 传秘毫子文文件，可以采用影印、缩印或菸它复制手段保存论文。本人电子文文件的内容和 纸瑟论文的内容福一致。除在绦密期肉的保密论文外，允许论文被套阅和借阕，可以公布( 毽 括制登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊澄) 授权东南大学研究生院办理。 研究生繇盟剥签蝴 期：2 0 0 6 - 3 - 东南大学硕上学位论文 1 1 本课题研究背景及意义 第一章绪论 目前国家政策大力支持建设城市污水处理设施，以保护水环境防止水污染，促进国民经济和环 境保护可持续发展。随着城市污水处理量的加大及对水处理程度的深化，污泥作为污水处理的二：次 污染物，其产量也明显增加，如处理不当或不及时，会带来严重的二次污染。污泥的最终去向问题 日益引起人们的关注：一方面，污泥中含有多种重金属、病原体、难降解有毒有机物，处理不当会 危及人们的身体健康：另一方面，污泥富含有机物和n 、p 、k 等营养元素，人们希望实现污泥的资源 化利用。因而污泥的处理和处置已成为一项重要的环保课题。 未来l o 年是我国污水处理市场的黄金时代，将建成上千库污水处理厂。每座污水处理厂每天要 排放含水率约9 9 2 的剩余污泥数百乃至上万吨，这些数量巨大的污泥将成为未来急需处理的难题。 随着污水处理率的提高，污泥产量也不断增加，污泥的处理处置问题愈加突出。根据中国国民经济 发展计划和水污染防治规划中城市污水处理规划：蓼j 2 0 1 0 年，按污水处理率5 0 计算，可产生干污 泥6 0 0 万讹以上，脱水污泥按含水率8 0 计算，可产生脱水城市污泥3 0 0 0 万讹以上。如此数量巨大的 城市污泥如得不到妥善处置将对环境造成二次污染。现有污水处理设施中有污泥稳定处理设旋的还 不到1 4 ，现有污泥消化池能够正常运行的为数也不多，有些根本就没有运行。有些地方的污泥没有 得到合理的处理和处置便直接排放，造成了严重的污染。因此，如何合理处置污水污泥，解决城市 污泥的出路己成为非常紧迫的任务“j 。当前，最普遍的处理污水污泥的方法是海洋倾弃、填埋、堆 肥、农田利用以及焚烧，但这些方法都无法回收利用污泥中高有机质，而且其弊端在于随着污泥含 量的增加明显暴露出来。海洋倾弃已为国际公约所禁止( 1 9 9 8 年底实施) ，填埋也未从根本上对污泥 进行处理和利用，欧盟于1 9 9 9 年公布了固体废弃物土地填埋法令( 于2 0 0 6 年起实施) ，要求所有欧洲国 家用于土地填埋的固体废弃物中有机物含量必须逐年递减，其中污水厂污泥也是该法令规定的固体 废弃物种类之一口j 。堆肥法处理污泥需要很大的场地，土壤要被隔开，以防止被有害的污染物污染， 而且污泥本身含有大量的能量，在这种处理方法中会被浪费掉。农田利用法，在过多地被使用后， 将导致农田土壤中重金属的含量升高。对污泥进行处理和利用的目的主要是为了实现污泥的减量化、 稳定化、无害化和资源化。污泥热化学处理因其无害化和减量化彻底，地位已逐渐增强。焚烧法能 够大幅度地减少污泥的体积，并能利用其中的能量来提高热能利用效率。然而，焚烧法需要价格昂 贵的设备，而且占燃料费用总处理成本的2 5 一5 0 i j ，又使焚烧成为相当昂贵的污泥处理方法， 由此产生的气体对大气的污染也是十分严重的，防治费用很高。因此，通过改善污泥的燃烧性能， 取得污泥燃烧的能量自身平衡是节约污泥热化学处理过程能源的有效途径。污泥低温热解是一种发 展中的能革回收型污泥热化学处理技术。在无氧环境下，对污泥进行加热至一定温度( 通常 5 4 。热解前的污泥干燥可利用催化热解产生的低级燃料来提供能量， 实现能量循环；热解生成的油( 质量类似于中号燃料油) 还可用来发电。 潘一廷等”。用g c m s 分析污泥低温热解油类物质的总离子流色谱图。能检测出多种有机物，化 学成分复杂，可将其分为：脂肪烃和环烃( c 8 c 1 8 ) 、苯系物( 不含含n 苯衍生物) 、多环芳香烃( 包 括噻吩) 、氮化物( 所有含氮有机物) 。污泥热解所得油成分中不仅多环芳烃的含量较高，而且脂肪族 含量和氮、硫含量也较高，粘度较大。从油的有机物成分及热值来看，生活污泥低温热解油是可以 利用的。 就我国目前污泥处理的状况而言，应开始污泥热解处理方法的试验性研究，因为热解法以资源 化的方法回收能源，利用率高。它的环境效益也是最好的，是最有前途的污泥处理方法。 1 3 2 污泥热解技术的应用 尽管大部分污泥熟解技术过程均难以发展至生产性应用的水平，但澳大利亚的t r b r i d l e 和 e n v i r o n m e n ts o l u t i o ni n t e r n a t i o n a ll t d 由前述污泥低温热解工艺开发了一种称为 “e n e r s l u d g e ”。3 “( 能量污泥) 的新型污泥热解处理工艺，并且第一座商业应用的处理厂于1 9 9 7 年 开始在澳大利亚两部的柏斯建立，用来处理西澳大利亚水处理公司的污泥。处理干污泥量可达2 5 t d 。 1 3 3 污泥热解技术小结 低温热解制油有许多优点：( 1 ) 设备较简单，无需高温、高压设备；( 2 ) 能量回收率高，污泥中的 碳有约2 3 可以油的形式回收”“，炭和油的总收率达8 0 以上：回收的液体燃油易储藏，可提供7 0 0 k w t 的净能量。加拿大己进行初步试验，将制得的油品用作道路沥青的抗脱落剂并取得成功。由此推算， 一个每天处理6 t 干泥的低温热解制油装置的投资回收期为卜屯a ：( 3 ) 对环境造成二次污染的可能 性小，经评价”，处理后污泥中的重金属绝大多数进入炭和油中，其中9 0 以上被氧化固定在炭中，在 以后的使用过程中会被进一步氧化达到无害化，由丁：处理温度低、不凝气的产量小，可减少s 0 2 、n o x 、 二恶英带来的二次污染1 3 ；( 4 ) 占地面积小，运输费少，与焚烧技术投资相当或略低，运行成本仅为 焚烧法的3 0 左右“。 污泥热解方法有可能在污泥处理技术体系中占有更重要的地位。但在生产工艺和设备的完善方 面有待新的突破。因此，污泥低温热解制油技术的研究，一方面是从工艺上考虑选择合适的操作条 件，尽可能提高油晶回收率：另一方面，是从反应的活化能、动力学模型等角度进行”1 。 1 4 本课题研究目的及内容 到目前为止，国外对污泥热解处理的研究较多，而且有了少量的工业应用；然而国内在这方面 4 东南大学硕士学位论文 的研究还比较欠缺，不仅缺乏污泥基本特性方面的完整数据资料，而且缺少对污泥进行热解处置的 实践探索。本课题的研究即希望能填补这方面的空白。主要研究内容如下： ( 1 ) 、采用热分析法对污泥分别在氮气和空气气氛下的热解过程及其动力学特性进行r 研究。 在热重实验的基础上，求解了热解动力学参数和方程，建立污泥热解的动力学模型： ( 2 ) 、根据对热解特性的研究，利用自行设计搭建的固定床热解实验台，研究了污泥的热解条 件与产物形成的关系，选择热解反应的工艺条件； ( 3 ) 、根据原油族组分分离的方法，建立了污泥热解油的溶剂萃取与柱层析相结合的预处理方 法： ( 4 ) 对热解气体和液体进行g c m s 分析，初步探讨了污泥热解机理，为提高污泥热解油的产 率和油产品的使用提供参考。 参考文献 1 邹绍文、张树清、于玉军等中国城市污泥的性质和处置方式及土地利用前景 j ，中国农学通 报，2 0 0 5 ( 1 ) ：1 9 8 2 8 2 2 李金红，何群彪欧洲污泥处理处置概况 j ，中国给水排水，2 0 0 5 ，2 1 ( 1 ) ：1 0 1 1 0 3 3 赵庆祥编着污泥资源化技术，北京，化学工业出版社2 0 0 2 9 4 b a y e rea n dm k u t u b u d d i n ，l o wt e m p e r a t u r ec o n v e r s i o no fs l u d g ea n dw a s e et o o i l ，f r o m ：k j t h o m e k o z m i e n d s y ，e d s ，p r o c e e d i n g s o ft h ei n t e r n a t i o n a l r e c y c l i n g c o n g r e s s ，b e r l i n ：e f v e r l a g ，1 9 8 2 ，3 1 4 - - 3 1 8 5 王琼，邹鹏，等污水污泥的热解处理 j ，再生资源研究，2 0 0 4 ( 4 ) ：3 8 4 1 6 汪恂污泥热化学处理的试验研究武汉理工大学学报2 0 0 2 ( 6 ) ：3 5 3 7 7 何品晶，顾国维，李笃中，等编着城市污泥处理与利用 m ，北京：科学出版社，2 0 0 3 8 张立峰吕荣湖剩余活性污泥的热化学处理技术 j 化工环保2 0 0 3 ( 6 ) ：1 4 6 1 4 9 9 魏先勋翟云波等，城市污水处理厂污泥资源化利用技术进展 j 环境污染治理技术与设备2 0 0 3 ( 1 0 ) ：1 0 1 3 1 0 胡光埙，洪云希城市污泥合成燃料的应用研究中国给水排水。1 9 9 6 ，1 2 ( 2 ) ：1 3 1 5 1 1 何品晶，顾国维，邵立明，等污水污泥低温热解处理技术研究中国环境科 学，1 9 9 6 ，1 6 ( 4 ) ：2 5 4 2 5 7 1 2 何品晶，顾国维，邵立明等低温热化学转化污泥制油技术环境科学，1 9 9 6 ，1 7 ( 5 ) ：8 2 8 6 1 3 k a m i n s k yw p y r o l y s isy o nb i o m a s s c h e m l n g t e c h 1 9 8 9 6 1 ：7 7 5 7 8 2 1 4 c a m p b e l lh i d i r k z w a g e r a h e d s s e w a g es l u d g e t r e a t m e n ta n du s e ：n e w d e v e l o p m e n t l o n d o n ：e 1 s e v i e ra p p l i e ds c i e n c e 1 9 8 9 2 8 1 2 9 0 1 5 p i s k o r z ，s c o t tds ，w e s t e r b u r gib f l a s hp y r o l y s i so fs e w a g es l u d g e i e cp r o c e s s d e s i g n & d e v e l o p m e n t 1 9 8 6 ，2 5 ：2 6 5 2 7 0 1 6 b o o c o c kdcb e t a l ，p r o c o fi n t e r n a t i o n a lc o n f o nr e s e a r c hi nt h e r m o c h e m i c a lb i o m a s s c o n v e r s i o n ，l o n d o n ：e l s e v i e ra p p l i e ds c i e n c e ，1 9 8 8 ：4 9 7 5 0 8 1 7 b r i d l et r ，i h a m m e r t o n i f a n dh e r t l ec k c o n t r o lo f h e a v y m e t a l sa n d o r g a n o c h l o r i n e su s i n gt h eo i lf r o ms e w a g ep r o c e s s w a t s c i t e c h ，1 9 9 0 ，2 2 ( 1 2 ) ：2 4 9 2 5 8 1 8 f r o s t r c a n da m b r u c e a l t e r n a t i v eu s e so f s e w a g es l u d g e o x f o r d ：p e r g a m e n p r e s s ，1 9 9 1 ：3 2 3 3 4 1 1 9 l e ekm ，g r i f f i t hp a t r i c k ，f a r r e l lj o s e p hb ，e t a l c o n v e r s i o no fm u n i c i p a ls l u d g et o 5 东南丈学硕上学位论文 o i l j 3 w p c e ，1 9 8 7 ，5 9 ：8 8 4 8 8 9 2 0j s u z u k ia k i r a c o n v e r s i o no fs e w a g es l u d g et oh e a v yo i lb yd i r e c tt h e r m o c h e m i c a l l i q u e f a c t i o n j jo fc h e me n go fj a p a n ，1 9 8 8 ，1 2 ( 3 ) ：2 8 8 2 9 3 2 1 l 订l ys h e nl ，d a n g k ez h a n g a ne x p e r i m e n t a ls t u d yo fo i lr e c o v e r yf r o ms e w a g es l u d g eb y l o r t e m p e r a t u r ep y r o l y s i si naf l u i d i s e - b e d j f u e l ，2 0 0 3 ，8 2 ：4 6 5 - 4 7 2 2 2 t t l u t z ，g a r o m e i r o ，r n d a n a s c e n o ，m k u t u b u d d i n ，e b a y e r ，l o wt e m p e r a t u r ec o n v e r s i o no f s o n l eb r a z i l i a nm u n i c i p a la n di n d u s t r i a ls l u d g e s j b i o r e s o u r c et e c h n o l o g y ，2 0 0 2 ，7 4 ( 2 ) ：1 0 3 1 0 7 2 3 h s c h m i d t ，w k a m i n s k y ，p y r o l y s i s o fo i l s l u d g e i naf l u i d i s e db e d r e a c t o r ，c h e m o s p h e r e ，2 0 0 1 ，4 5 ，2 8 5 2 9 0 2 4 c a m p b e l lhwe ta 1 w a r e n v i r o n & t e c h n a l 1 9 9 1 ，( j u l y ) ：6 4 2 5 l ugq l o wjcf l i ucy ，e ta 1 s u r f a c ea r e ad e v e l o p m e n to fs e w a g es l u d g ed u r i n g p y r o l y s is f u e l ，1 9 9 5 ，7 4 ( 3 ) ：3 4 4 3 4 8 2 6 曾振平，陆继东，等污水污泥的流化床处理概述新能源1 9 9 9 2 1 ( 8 0 ) ：3 1 4 7 2 7 3 a d o m i n g u e z ，j a m e n e n d e z ，m i n g u a n z o ，p l b e r n a d ，j j p i s ，g a s c h r o m a t o g r a p h i c m a s ss p e c t r o m e t r i cs t u d y o ft h eo i lf r a c t i o n s p r o d u c e db y m i c r o w a v e a s s i s t e dp y r o l y s i so fd i f f e r e n ts e w a g es l u d g e s j j o u r n a lo fc h r o m a t o g r a p h ya ， 1 0 1 2 ( 2 0 0 3 ) ：1 9 3 2 0 6 2 8 j a n i n et b ，c h r i s t i a n m l m i c r o w a v eh i g hp r e s s u r et h e r m o c h e m i c a lc o n v e r s i o no fs e w a g e s l u d g ea sa na 1 t e r n a t i r et oi n c i n e r a t i o n j c h e m e n g t e c h n 0 1 ，1 9 9 9 ，2 1 ( 5 ) ：4 0 4 4 0 9 2 9 贺利民炼油厂废水处理污泥热解制油技术研究 j 湘潭大学自然科学学报，2 0 0 1 ，2 3 ( 2 ) ：7 4 - 7 6 3 0 潘一廷何广湘，焦玉海，靳海波污泥低温热解产物油成分的气相色谱一质谱分析质谱学报 2 0 0 4 ( 1 0 ) 第2 5 卷增刊：1 0 9 1 i 0 3 1 b r i d l etr e n e r g yr e c o v e r yf r o ms l u d g eu s i n ga ne n v i r o n m e n t a l l ys o u n dp r o c e s s a d e l a i d e i n t e r n a ti o n a lw o r k s h o po nt h e r m a le n e r g ye n g i n e e r i n ga n dt h ee n v i r o n m e n t k e y n o t el e c t u r e s k 3 1 9 9 8 3 2 b o o na ，t h o m a sv r e s o u r c eo rr u b b i s h j t h ec h e m i c a le n g i n e e r ，1 9 9 6 ，( 5 ) ：2 5 3 2 3 3 c a m p b e l lh w ，b r i d l e t r c o n v e r s i o no fs l u d g et oo i l ：an o v e la p p r o a c ht os l u d g e m a n a g e m e n t j w a t e rs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y ，1 9 8 9 ，( 2 1 ) ：1 4 6 7 1 4 7 5 3 4 w e r t h e rj ，o g a d a t s e w a g es l u d g ec o m b u s t i o n j p r o g r e s s i n e n e r g ya n dc o m b u s t i o n s c i e n c e ，1 9 9 9 ，2 5 ( 1 ) ：5 5 1 6 6 6 东南大学硕士学位论文 第二章污泥热解动力学研究 污泥的热解过程受众多因素的影响，如加热速率、温度、停留时间、压力、颗粒大小、热解气 氛等。热重法( t g ) 可以获得污泥成分、反应级数和化学反应动力学常数等信息，本实验采用热重 分析法对上海程桥污水处理厂污泥分别在空气和n 2 气氛下的热解过程及其动力学特性进行了研究。 在热重实验的基础上，经过一定的数据处理，确定了污泥的有机物热解阶段的反应级数，求解了热 解动力学参数和方程。 2 1 污泥热解的物性依据 对污泥热解过程有影响的污泥物性有：污泥的基本热化学特性；污泥热化学转化的特征温度。 2 1 1 污泥的基本特性 污泥的基本热化学籽生是污泥的工业分析和元素分析组成及其热值( 发热量) 。上业分析的指标，主要 是挥发分、同定碳和灰分的含最，一般按干基质量分数( ) 的单位给出。其中：挥发分和固定碳合计为可 燃分，基本代表了污泥团体中可能参与热化学反应的物质的比例；挥发# - 9 可燃分的比例，则可反映污泥 的热化学反应活性，此比例赢者活性强。污泥工业分析以煤的工业分析方法( g b t 2 1 2 - 2 0 0 1 ) 为参考 标准。 污泥元素分析是对污泥可燃份中的元素组成比例关系的描述，基本的元素分析项目为：碳( c ) 、氢( h ) 、 氧( 0 ) 、氮( n ) 、硫( s ) ，有时也会包括氯( c 1 ) 。污泥的元素分析组成既是污泥燃烧尾气组成的决定性因素， 同时也对污泥各种热化学转化过程的产物分布有显著的影响。如污泥的h c 比高者，一定温度条件下的 气、液相转化产物得率较高。 污泥样品元素分析委托国家质量监督检验中心进行测定，由于实验设备条件的限制，污泥元素 分析是参考煤元素分析相关标准( g b t 1 5 4 6 0 1 9 9 5 、g b t 4 7 6 2 0 0 1 、g b t 2 1 4 1 9 9 6 ) 进行的。 实验样品采用上海程桥污水处理厂的污泥，委托国家煤炭质量监督检验中心对其进行干燥基工 业分析和元素分析实验，结果见表2 1 和表2 2 。 表2 1 污泥的工业分析( 干燥基) 表2 2 污泥的元素分析( 7 c 燥基) 由此可见，干基污泥具有挥发份较高而固定碳含量较低的特点。冈此，在污泥的热解过程中，其挥 发份将起主要作用，而固定碳的影响较小。 2 1 2 污泥热解的特征温度 污泥热解的特征温度主要指的是污泥无氧热转化的转化起始温度和( 速率) 峰值温度。污泥的转化起始 温度和峰值温度一般采用等速升温的热重法( t b ) 测试。热重法可以获得污泥成分、反应级数和化学反应 动力学常数等信息。污泥在缺氧赢温条件下所进行的是一种放热分解反应。实验污泥的热分析图不 尽相同，但热分解的反应温度范同是基本相同的。本课题在热重实验的基础上，确定了有机物热解 阶段的反应级数，求解了化学反应动力学参数，为热解装置的设计开发提供了所需的数据。 7 东南人学硕士学位论文 2 2 热重实验 熟重实验采用法国s e t a r a m 公司t g 9 2 型常压热重一差热分析仪，用o - - a 1 ：0 。做参比物。由程序 设定升温速率、终温和保温时间。实验过程中采用水冷方式使热天平处在较低的工作温度，热天平 自动记录相关信号，可获得热重曲线、微商热重曲线和差热曲线。每个实验结束后，再做一个相同 条件的空白实验咀减小系统误差。 实验样品采用上海程桥污水处理厂的污泥。污泥在7 5 f 干燥2 4 ，j