城市污水污泥热解特性及动力学规律研究-论文.pdf

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1、第27卷第2期热能动力工程Vo1．27，No．22012年3月JOURNALOFENGINEERINGFORTHERMALENERGYANDPOWERMar．，2012文章编号：1001—2060(2012)02—0253—06城市污水污泥热解特性及动力学规律研究胡艳军，宁方勇，钟英杰(浙江工业大学能源与动力工程研究所，浙江杭州310024)摘要：采用差热一热重分析法对不同反应条件下的污泥热解特性及动力学规律展开研究。结果表明：污泥的非等温热1实验部分解过程包含4个失重阶段；提高升温速率和降低氮气吹扫速率可促进污泥热解转化效率增加、挥发

2、份最大失重率增大、1．1样品及预处理表观活化能E值和频率因子A值增大；加入不同类型催化剂2010年11月在杭州市四堡污水处理厂污泥排放总管进行取样，样品是未经消化处理的二次脱水也提高了污泥热解转化效率，使热解过程向低温区移动；加污泥。该厂主要处理杭州城区部分生活污水。入KC1催化剂使污泥热解DTG曲线向低温移动最多，加入在进行污泥热重分析实验前，采用DHG一Na：CO，使污泥最大失重率达到11．8％，是未添加催化剂时9070A型恒温电热鼓风干燥箱，在105℃下对脱水的2．7倍；添加催化剂也降低了表现活化能E值、提高了频率污泥进行干化处理

3、12h；利用HP001型研磨机磨细因子值，且N％CO的加入使挥发份在主要析出阶段的表干污泥样品，使其能全部通过60目标准筛，将处理观活化能E值降低了约30％。好的样品置于采样袋和干燥皿中备用。污泥的工业关键词：污水污泥；热重分析；动力学；升温速率；催化剂分析和元素分析方法参照《煤炭工业分析方法》J。1．2热重实验中图分类号：X705文献标识码：A污泥热重分析的测试装置是法国Setaram公司引言TG92型常压差热一热重分析仪，用一A1O做参照物，由程序设定升温速率、终温及保温时间。热重污泥作为一种特殊的高聚物，其热解过程既有分析过程采用

4、水冷方式调节热天平工作温度，使其热化学反应，也包含各种物理现象的相互转换，是许在较低温度下工作，热天平自动记录逐时实验数据多相互竞争或平行的理化反应的综合体¨“J。关于信号，可获得热重TG数据、微商热重DTG数据、差热DTA数据。每个实验结束后，做空白实验以校核污泥特性及其热解规律等已有大量研究，但开展不误差。同反应条件下的污泥热解特性及反应动力学规律的具体测试方法：每次热重实验称取8～10mg干研究，对于揭示污泥热解过程各物理化学变化特征、污泥样品放人加盖的氧化铝坩埚内，将坩埚置于热阐明影响污泥热解过程的因素与热解过程及动力学重分析仪

5、的分析小室内；向热分析仪中通高纯度氮规律之间的关系仍具有重要意义。气(99．95％)作为反应过程的载气。本研究采用差热一热重分析法对杭州四堡污水为了分析不同反应条件对污泥热解效果的影处理厂的污泥热解特性及反应动力学规律展开研响，实验所选取的升温速率分别为20、30、40℃／究，主要探讨升温速率(2O、30和40~C／min)、氮气min，其对应的测试数据组命名为：S1—1、SI一2、S1吹扫速率(50和80mL／min)和添加不同类型催化—3；氮气吹扫速率分别为50和80mlMmin，其对应剂(KC1、NaCO”FeO及污泥热解残渣)对

6、污泥热的测试数据组命名为：s2—1和s2—2；参考以往对解特性参数的影响，采用非等温化学反应动力学方生物质及污泥催化热解常用的催化剂，本实验选取程计算并比较了不同反应条件下污泥的反应动力学了KC1、NaCO，、Fe：O及污泥热解固体残渣作为目特性参数。标催化剂，投入量为干污泥总质量的5％，其对应的收稿日期：201l一04—12；修订日期：2011—05—09基金项目：浙江省自然科学基金资助项目(Y5100258)；浙江省科技厅公益型科研基金资助项目(2010C33058)作者简介：胡艳军(1979一)，女，辽宁沈阳人，浙江工业大学副教授

7、，博士．·254·热能动力工程2012拄测试数据组命名为：s3—1、S3—2、s3—3、s3—4。温热解技术有利。(3)挥发份的二次(延迟)析出阶段(410～2污泥热解特性分析490oC)，反应时间为4±1．3min。此过程中在454℃出现一个相对较弱失重峰，失重率为2．94％／2．1污泥基本特性min，质量损失约为样品初始质量的2．15％，这是高剩余污泥样品脱水处理后的工业分析和元素分沸点大分子有机物挥发造成。析结果如表1所示。可以看出，经脱水处理后的污(4)残留有机物和矿物质分解、焦炭燃尽阶段泥水分含量仍很高；干基挥发份含量也较高，

8、而固定(490～700oC)，反应时间为8．5-4-1．5min，此过程碳含量较低。从这方面看，污泥的热解动力学特性中也出现一个相对较弱失重峰，质量损失约为样品会与煤、天然燃油有很大不同。初始质量的15．4