污泥高效气化协同制备灰基吸附剂的定向调控及机理研究
发布时间：2021-08-22 08:52
市政污泥是污水处理过程中产生的固体废弃物,同时也是一种潜在的生物质资源,在水蒸气气氛下其有机组分能转化成有价值的富H2气体燃料。污泥的深度脱水不仅能有效的降低其含水率,还能将具有催化作用的无机物负载到脱水泥饼中。在前期开创的基于“芬顿试剂+CaO”复合调理的深度脱水污泥气化工艺基础上,本论文进一步阐述了残留铁钙的分阶段作用机理,实现了无机组分的资源化利用,并提出了目标产物的定向调控方法。主要解决的科学问题有:（I）湿污泥气化过程中内部水和介质水蒸气的竞争作用关系;（II）铁钙调理剂对污泥气化产H2的定向调控和催化机理;（III）残留铁钙在不同气化阶段对含硫含氮污染气体释放的影响程度及作用机理（IV）气化灰对硫/氮污染气体的吸附脱除原理及灰吸附性能的定向调控。针对上述问题,本论文开展了以下工作:（1）通过分析湿污泥水蒸气气化过程中的产物分布特性,探究了内部水和介质水蒸气之间的竞争关系。研究表明,传统湿污泥的气化反应性较差,介质水蒸气在高浓度和高温下才会对污泥气化产生明显影响。在残留铁钙的催化作用下,内部水易与脂肪族的不饱和C=C键发生反应,降低...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：157 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
固定床气化炉示意图（a）下吸式（b）上吸式（c）平吸式[36]
燃气进行燃烧，为干化和气化提供能量，在不加辅助燃料的情况下实现了污泥气化系统能源的自给自足。不难发现，无论是固定床还是流化床气化，除了污泥高含水率带来的阻碍外，同时也存在着焦油产量高、可燃气产率低等问题。为了解决这些问题，有学者提出了二段式反应的概念[48]，将气化反应的不同阶段分开，在不同的反应器内完成，可以对反应进行局部加强。例如，Soni 等[49]在两段式固定床系统上对厨余垃圾进行气化，第一段发生气化反应，第二段进行焦油裂解反应，发现与一段式系统相比，H2产量提升了 7.3-22.3%。Lin 等[50]采用两段式流化床系统对木屑进行气化，仅在第一段的热解反应段将温度从 973 K 提升至 1173 K，H2产量就明显提升，继续将第二段水蒸气重整反应段的温度提升至 1173 K，最终的 H2产量可提升 42%以上。不同于改变温度，Liu 等[51]则是通过在第二段加入 CaO 或活性炭作为催化剂的方式，来提高H2或 CH4的产量。可见，相比于一段式反应，二段式反应系统的操作性更强，可根据不同气化阶段的反应特性，通过调整工况参数或添加催化剂的方式对产物进行调控。
2.2.1 实验样品制备及特性湿污泥中有机物能被微生物消化分解，长期储存过程中易变质，因此本论文所有实验原泥共分四个批次从污水厂取样，尽管批次不同，但原料特性基本一致（表 2-1、3-1、3-6 和 5-1），说明该研究具有普遍性。本章实验所用湿污泥为第一批次样品。污泥原泥（RS）取自武汉某污水处理厂，原污泥采用 PAM 调理及带式压滤处理后含水率约为 83%。为制备含铁钙的深度脱水污泥，采用图 2-1 所示流程对污泥进行调理脱水：将含水率为 83%的原泥加水混合成 93%左右的泥浆置入搅拌罐中，随后在浆液中加入芬顿试剂和 CaO 进行搅拌调理并在实验室小型板框压滤机上进行脱水处理。调理剂添加量分别为 CaO-300 mg/gDS（污泥干基）、H2O2-32 mg/gDS 和 Fe2+-4mg/gDS，此调理剂配比是优化后的最佳污泥脱水工艺参数[25]。板框压滤过程中进料压力为 0.6-0.8 MPa，隔膜压力为 1.1MPa，所得泥饼含水率为 52%。实验所用试剂（包括 H2SO4、H2O2、FeSO4和 CaO）均采用国药集团化学试剂有限公司的分析纯试剂
本文编号：3357429
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：157 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
固定床气化炉示意图（a）下吸式（b）上吸式（c）平吸式[36]
燃气进行燃烧，为干化和气化提供能量，在不加辅助燃料的情况下实现了污泥气化系统能源的自给自足。不难发现，无论是固定床还是流化床气化，除了污泥高含水率带来的阻碍外，同时也存在着焦油产量高、可燃气产率低等问题。为了解决这些问题，有学者提出了二段式反应的概念[48]，将气化反应的不同阶段分开，在不同的反应器内完成，可以对反应进行局部加强。例如，Soni 等[49]在两段式固定床系统上对厨余垃圾进行气化，第一段发生气化反应，第二段进行焦油裂解反应，发现与一段式系统相比，H2产量提升了 7.3-22.3%。Lin 等[50]采用两段式流化床系统对木屑进行气化，仅在第一段的热解反应段将温度从 973 K 提升至 1173 K，H2产量就明显提升，继续将第二段水蒸气重整反应段的温度提升至 1173 K，最终的 H2产量可提升 42%以上。不同于改变温度，Liu 等[51]则是通过在第二段加入 CaO 或活性炭作为催化剂的方式，来提高H2或 CH4的产量。可见，相比于一段式反应，二段式反应系统的操作性更强，可根据不同气化阶段的反应特性，通过调整工况参数或添加催化剂的方式对产物进行调控。
2.2.1 实验样品制备及特性湿污泥中有机物能被微生物消化分解，长期储存过程中易变质，因此本论文所有实验原泥共分四个批次从污水厂取样，尽管批次不同，但原料特性基本一致（表 2-1、3-1、3-6 和 5-1），说明该研究具有普遍性。本章实验所用湿污泥为第一批次样品。污泥原泥（RS）取自武汉某污水处理厂，原污泥采用 PAM 调理及带式压滤处理后含水率约为 83%。为制备含铁钙的深度脱水污泥，采用图 2-1 所示流程对污泥进行调理脱水：将含水率为 83%的原泥加水混合成 93%左右的泥浆置入搅拌罐中，随后在浆液中加入芬顿试剂和 CaO 进行搅拌调理并在实验室小型板框压滤机上进行脱水处理。调理剂添加量分别为 CaO-300 mg/gDS（污泥干基）、H2O2-32 mg/gDS 和 Fe2+-4mg/gDS，此调理剂配比是优化后的最佳污泥脱水工艺参数[25]。板框压滤过程中进料压力为 0.6-0.8 MPa，隔膜压力为 1.1MPa，所得泥饼含水率为 52%。实验所用试剂（包括 H2SO4、H2O2、FeSO4和 CaO）均采用国药集团化学试剂有限公司的分析纯试剂
本文编号：3357429
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