污水污泥微波热解制取燃料及微晶玻璃工艺与机制研究
发布时间：2021-04-09 20:53
污水污泥是城市污水处理厂的必然产物，如何在不产生二次污染的前提下处理处置污泥并高效回收有用物质及化学能，已成为目前环保产业发展的热点与瓶颈。近年来国外学者将微波引入污泥热解技术中，获得了污泥高效减容、副产物资源利用、重金属有效固定、烟气污染减少的效果。本文在确定了适宜的微波热解污水污泥反应条件的基础上，分别考察了气态及油类两种能源产物的性质、组成、生成规律及机理，分析了以新型材料微晶玻璃为热解固体残留物的资源化出路的可行性与安全性，评价了微波热解污水污泥的能量回收效率及经济效益。文章以200g污水污泥作为热解原料，分别考察了预处理措施与反应条件对污泥微波热解反应的影响，结果表明：经简单脱水含水率80%左右的污泥适宜于微波热解，3min内可达到800℃以上的高温；消化处理带来较高的固体产率不适宜于微波热解；碳化硅、活性炭、固体残留物可作为微波能吸收物质，混合比例为固体残留物：污水污泥=3:50为最优添加方案；400600W的输入功率适合于微波热解污水污泥制取燃油，10001200W的输入功率适合于制取燃料气体。实验采用热重分析技术（TG/DTG...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：129 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
微波高温热解污泥反应装置图
. 微波炉腔 2. 微波加热双层埋粉反应器 3. 多向发射器 4. 矩形波导 5. 磁控管 功率控制器 7. 温度控制器 8. 红外测温仪图 2-3 微波制备污泥热解残留物微晶玻璃反应装置图g. 2-3 A schematic of the microwave preparation reactor assembly: 1. Microwave Cavity;icrowave Melting Reactor (MMR); 3. Wave launcher; 4. Waveguide; 5. Magnetron; 6. Pwith fuzzy logic algorithm; 7. power governor; 8. infrared radiation thermometer.该方法具有以下优点：1）通过在原料外包裹强微波能吸收物质，辅助原料快速升温至热处理所温。污泥灰成分主要为 SiO2、Al2O3，这些氧化物在室温中微波吸收能力，在反应启动阶段难以吸收大量微波实现快速升温，在温度达到几百度以学性质改变，介电性能提高，吸收微波能力增强。因此，在原料外包裹强能吸收物质可以辅助原料加热升至高温。在高温下，微波可穿透辅助加热达样品位置被原料吸收，进一步升温至极限温度是样品获得良好的致密结构裹的添加方式防止了微波能吸收物质污染被加热的样品。2）通过设置梯度透波结构，减小入射波在空气与强吸收物质界面的反射
图 3-6 微波输入功率、热解最终温度与产物产率关系图Fig. 3-6 The concept model corresponding to the process of microwave pyrolysis.在第二区域，即微波输入功率为 600-800W，相应的，温度也由 570℃升高至 800℃。此时，随着温度升高，油类产物的产率降低，而气态产物的产率升高。在 570℃时，油类产率为 29.8 wt.%，气态产物的产率为 19.4 wt.%，而当温度升高至 800℃时，油类产率降为 11.7 wt.%，气态产物的产率升高至 38.5 wt.%。由于在此温度下，水分已完全蒸发，此时升温已完全依赖于油类极性分子的介电损耗。在此阶段，所有在一次裂解阶段生成的不稳定油类分子裂解为气态小分子产物，进入气相。在第三区域，即微波输入功率为 1000-1200W，相应的，温度也由 830℃升高至 1070℃。气态产物的产率由 56.9 wt.%升高至 60.2 wt.%，而固态产物的产率则由 45.9 wt.%降至 52.6 wt.%。此时，油类产率则基本保持恒定，在 7.2 wt.%左右。较高的热解温度促进了固态产物中炭焦网络键的裂解，这些炭焦经裂解直接生成气态产物而非油类产物。3.4 本章小结
【参考文献】：
期刊论文
[1]微生物燃料电池处理剩余污泥与同步产电性能[J]. 赵庆良,姜珺秋,王琨,张力为. 哈尔滨工程大学学报. 2010(06)
[2]湿污泥热解制取富氢燃气影响因素研究[J]. 熊思江,章北平,冯振鹏,肖波,夏睿勤. 环境科学学报. 2010(05)
[3]微波辐照与碱联合处理污泥的试验研究[J]. 刘佳,孙德栋,薛文平,董晓丽,马春. 环境污染与防治. 2008(12)
[4]微波热解污泥及产物组成的分析[J]. 王同华,胡俊生,夏莉,曲新春. 沈阳建筑大学学报(自然科学版). 2008(04)
[5]城市污泥处置与利用综述[J]. 白慧玲. 山西建筑. 2008(20)
[6]微波诱导热解污泥制备吸附剂的研究[J]. 袁春燕,王鹏,潘维倩. 哈尔滨工业大学学报. 2008(04)
[7]微波高温热解污水污泥各态产物特性分析[J]. 方琳,田禹,武伟男,曹长玉. 安全与环境学报. 2008(01)
[8]城市污水污泥微波热水解特性研究[J]. 乔玮,王伟,黎攀,荀锐. 环境科学. 2008(01)
[9]国内外污泥处理现状及工艺[J]. 徐丽莉,孙善利,任永忠. 商场现代化. 2007(20)
[10]珠海市污水处理厂污泥处理处置探讨[J]. 杨怡,陈金锥,张智,马骥. 给水排水. 2007(03)
博士论文
[1]农作物秸秆微波热解实验及机理研究[D]. 赵希强.山东大学 2010
[2]低煤级煤热解模拟过程中主要气态产物的生成动力学及其机理的实验研究[D]. 李美芬.太原理工大学 2009
[3]城市污水污泥热解试验与模型研究[D]. 邵敬爱.华中科技大学 2008
[4]生物污泥热解资源化技术研究[D]. 李海英.天津大学 2006
[5]生物质热裂解机理试验研究[D]. 谭洪.浙江大学 2005
[6]城市污泥热解特性及资源化利用新方法试验研究[D]. 甘义群.中国地质大学 2005
[7]固体废物热解制取洁净燃料和化学原料的基础研究[D]. 李水清.浙江大学 2002
硕士论文
[1]吸附法分离提纯沼气技术研究及装置设计[D]. 任永平.兰州理工大学 2010
本文编号：3128297
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：129 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
微波高温热解污泥反应装置图
. 微波炉腔 2. 微波加热双层埋粉反应器 3. 多向发射器 4. 矩形波导 5. 磁控管 功率控制器 7. 温度控制器 8. 红外测温仪图 2-3 微波制备污泥热解残留物微晶玻璃反应装置图g. 2-3 A schematic of the microwave preparation reactor assembly: 1. Microwave Cavity;icrowave Melting Reactor (MMR); 3. Wave launcher; 4. Waveguide; 5. Magnetron; 6. Pwith fuzzy logic algorithm; 7. power governor; 8. infrared radiation thermometer.该方法具有以下优点：1）通过在原料外包裹强微波能吸收物质，辅助原料快速升温至热处理所温。污泥灰成分主要为 SiO2、Al2O3，这些氧化物在室温中微波吸收能力，在反应启动阶段难以吸收大量微波实现快速升温，在温度达到几百度以学性质改变，介电性能提高，吸收微波能力增强。因此，在原料外包裹强能吸收物质可以辅助原料加热升至高温。在高温下，微波可穿透辅助加热达样品位置被原料吸收，进一步升温至极限温度是样品获得良好的致密结构裹的添加方式防止了微波能吸收物质污染被加热的样品。2）通过设置梯度透波结构，减小入射波在空气与强吸收物质界面的反射
图 3-6 微波输入功率、热解最终温度与产物产率关系图Fig. 3-6 The concept model corresponding to the process of microwave pyrolysis.在第二区域，即微波输入功率为 600-800W，相应的，温度也由 570℃升高至 800℃。此时，随着温度升高，油类产物的产率降低，而气态产物的产率升高。在 570℃时，油类产率为 29.8 wt.%，气态产物的产率为 19.4 wt.%，而当温度升高至 800℃时，油类产率降为 11.7 wt.%，气态产物的产率升高至 38.5 wt.%。由于在此温度下，水分已完全蒸发，此时升温已完全依赖于油类极性分子的介电损耗。在此阶段，所有在一次裂解阶段生成的不稳定油类分子裂解为气态小分子产物，进入气相。在第三区域，即微波输入功率为 1000-1200W，相应的，温度也由 830℃升高至 1070℃。气态产物的产率由 56.9 wt.%升高至 60.2 wt.%，而固态产物的产率则由 45.9 wt.%降至 52.6 wt.%。此时，油类产率则基本保持恒定，在 7.2 wt.%左右。较高的热解温度促进了固态产物中炭焦网络键的裂解，这些炭焦经裂解直接生成气态产物而非油类产物。3.4 本章小结
【参考文献】：
期刊论文
[1]微生物燃料电池处理剩余污泥与同步产电性能[J]. 赵庆良,姜珺秋,王琨,张力为. 哈尔滨工程大学学报. 2010(06)
[2]湿污泥热解制取富氢燃气影响因素研究[J]. 熊思江,章北平,冯振鹏,肖波,夏睿勤. 环境科学学报. 2010(05)
[3]微波辐照与碱联合处理污泥的试验研究[J]. 刘佳,孙德栋,薛文平,董晓丽,马春. 环境污染与防治. 2008(12)
[4]微波热解污泥及产物组成的分析[J]. 王同华,胡俊生,夏莉,曲新春. 沈阳建筑大学学报(自然科学版). 2008(04)
[5]城市污泥处置与利用综述[J]. 白慧玲. 山西建筑. 2008(20)
[6]微波诱导热解污泥制备吸附剂的研究[J]. 袁春燕,王鹏,潘维倩. 哈尔滨工业大学学报. 2008(04)
[7]微波高温热解污水污泥各态产物特性分析[J]. 方琳,田禹,武伟男,曹长玉. 安全与环境学报. 2008(01)
[8]城市污水污泥微波热水解特性研究[J]. 乔玮,王伟,黎攀,荀锐. 环境科学. 2008(01)
[9]国内外污泥处理现状及工艺[J]. 徐丽莉,孙善利,任永忠. 商场现代化. 2007(20)
[10]珠海市污水处理厂污泥处理处置探讨[J]. 杨怡,陈金锥,张智,马骥. 给水排水. 2007(03)
博士论文
[1]农作物秸秆微波热解实验及机理研究[D]. 赵希强.山东大学 2010
[2]低煤级煤热解模拟过程中主要气态产物的生成动力学及其机理的实验研究[D]. 李美芬.太原理工大学 2009
[3]城市污水污泥热解试验与模型研究[D]. 邵敬爱.华中科技大学 2008
[4]生物污泥热解资源化技术研究[D]. 李海英.天津大学 2006
[5]生物质热裂解机理试验研究[D]. 谭洪.浙江大学 2005
[6]城市污泥热解特性及资源化利用新方法试验研究[D]. 甘义群.中国地质大学 2005
[7]固体废物热解制取洁净燃料和化学原料的基础研究[D]. 李水清.浙江大学 2002
硕士论文
[1]吸附法分离提纯沼气技术研究及装置设计[D]. 任永平.兰州理工大学 2010
本文编号：3128297
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