污泥热干化过程中有机硫、氮转化特性及释放规律研究

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1、分类号学号D201477291学校代码10487密级博士学位论文污泥热干化过程中有机硫、氮转化特性及释放规律研究学位申请人：成珊学科专业：热能工程指导教师：乔瑜教授徐明厚教授答辩日期：2018年9月8日ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyinEngineeringOrganicsulfur/nitrogentransformationandreleasecharacteristicsduringthermaldrying

2、processofsewagesludgePh.D.Candidate：ShanChengMajor：ThermalEngineeringSupervisor：Prof.YuQiaoProf.MinghouXuHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaSep.,2018■独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研宄成果。对本文的研究做出贡献的个

3、人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名日期：年月Ｉ日了丨学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检、索，可以采用影印缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密口，在年解密后适用本授权书。本论文属于／不保密“”（请在以上方框内打Ｖ）学位论文作者签名：與指导教师

4、签名日期：＞５年月日日期：＾年日１１＾华中科技大学博士学位论文摘要污泥是污水处理过程中沉淀或其他分离方式而产生的半固体或固体物质，具有高含水率、高有机质、易压缩、难脱水的特点。降低其水分含量一直是污泥处理过程的重要目标，干化过程依然是处置前必不可少的环节。然而污泥中含有的大量易降解物质，在干化过程中将释放大量含硫、氮的恶臭气体，带来严重二次污染。因此，本论文针对现有的调理-脱水-干化方式和新兴水热干化方式，进行了直接热干化条件下调理剂对含硫、氮物质转化路径的影响研究，以及水热干化方式下含硫、氮物质转化路径的研究。其中涉及的关键科学问题包括：调理剂对含硫气

5、体释放的控制机理；调理剂对含氮气体释放的控制机理；水热干化过程中水对于硫、氮转化路径的影响机理；水热处理终温对含硫、氮物质分布规律的影响。为了解决上述科学问题，本论文开展了全面而深入的研究。在水平固定床直接热干化系统进行了碱性调理剂对硫转化的影响研究。通过含硫物质化学形态分析，结合含硫模型化合物验证等手段，确定了污泥低温热解过程中添加氢氧化钙等碱能极大地减少含硫气体的释放，并且添加的碱碱性越强，效果越好。这是由于碱能促进脂肪族和芳香族硫化物氧化为更为稳定的亚砜和砜类，从而抑制脂肪族和芳香族硫化物分解产生H2S等含硫气体。并且添加的碱同时还能将硫以无机硫化物和无机硫

6、酸盐形式固定在焦中，进一步减少含硫气体释放。碱对有机硫转化过程影响的关键因素在于其碱性强度，碱性越强则参与反应的OH自由基越多，对脂肪族和芳香族硫化物的氧化及固定效果越好。在满足脱水等工艺环节需求的基础上，优选碱性调理剂，可以增强对后续热干化过程中含硫恶臭气体的控制效果。在此基础上，选择呈现碱性的醋酸盐，避免单纯的碱性环境促进含氮气体如NH3的释放。通过对氮元素进行全过程平衡分析，明确了添加醋酸钙可以抑制蛋白质氮的分解，并促进更稳定的含氮化合物形成，从而保留更多的氮在焦中；但添加醋酸钠，促进蛋白质氮和无机氮等含氮物质分解。醋酸钙和醋酸钠对污泥直接干化过程中氮转化过

7、程的影响，主要来自于阳离子的催化作用。Ca和Na可以催化氨基酸直接分解和I华中科技大学博士学位论文后续的酰胺脱氢过程，促进腈类氮的生成。同时，金属阳离子在高温下，促进吡咯氮的开环作用。污泥直接干化过程中产生的含氮焦油主要有胺类氮、杂环氮，以及少量腈类氮。添加醋酸钙后，由于抑制了蛋白质的分解作用，焦油中的含氮成分减少。醋酸钙和醋酸钠均能大幅减少含氮气体的释放，这与醋酸盐热解过程中释放的丙酮有关。丙酮能补集NH3生成酮亚胺，并发生缩聚作用形成胺类，进而将NH3固定在焦油中。在满足生化池调节碳/氮比等工艺环节需求的基础上，优选醋酸盐，可以促进后续热干化过程中含氮恶臭气体

8、的控制效果