城市污泥中水和有害杂质的赋存特性及其与煤共成浆行为研究

发布时间：2017-07-28 08:02

1 绪论

目前，污泥的处理处置模式主要包括污泥土地利用、污泥填埋、污泥建筑材料利用和污泥焚烧。其中，污泥焚烧是实现污泥稳定化、无害化、减量化的一项污泥能源化术。将污泥进行焚烧处理，可以充分利用其可燃成分，减少填埋用地面积，增加能量的回收利用、避免污泥的二次污染。污泥中的可燃成分主要是其中存在的有机物，其发热量通常与褐煤或贫煤相当。为了提高其燃用效率，通常加入助燃剂，利用污泥和煤炭混合制备污泥水煤浆就是其中一种利用方式。污泥水煤浆是在水煤浆生产利用技术上发展起来的一项污泥燃料化技术：将污泥、煤粉、水、添加剂按不同比例混合，采取一定的制浆工艺生产的具有流体特性的浆体。因此，高品质水煤浆所具有的浓度高、发热量大、粘度低、稳定性好等特性，也成为制备污泥水煤浆研究中所追求的目标。由于污泥具有含水量大，成分复杂等特点，当污泥与煤共成浆的过程中，成浆环境发生变化，成浆性能发生改变。因此，通过对体系中各因素在制浆过程中的影响规律的研究，为制备高性能污泥水煤浆提供理论基础，探讨污泥与煤共成浆行为中制约浆体特性的问题所在，促进污泥制浆理论和技术的应用和发展，有效地解决污泥的能源化和资源化利用，为高效、环保、高附加值的利用污泥，具有一定的经济意义和环保价值。

.......

2 实验方法及特性研究

2.1 药品及仪器

从表 2-1 可以看出，DLT 的灰分和硫含量都很低，其中灰分 6.40%，硫含量0.37%，该煤种为优质的动力煤和化工用煤，也是商品煤中配煤产品的主要组成。JN 的灰分也很低，只有 8.46%，其固定碳含量较 DLT 低。XZWN 具有稍高的挥发分含量和碳元素含量，其热值也最高；其余各组分含量三种污泥差别不大。

2.2 成浆原料分析

选陕西神木大柳塔煤（DLT）和山东省济宁市二号煤矿煤（JN）作为成浆煤种。选江苏省徐州市某污水处理厂（XZWN）、广东省佛山市某污水处理厂（FSWN）和广东省顺德市乐从某污水处理厂（LCWN）的脱水污泥。污泥样品用塑料桶采集后，外裹保鲜膜密封保存。

3 污泥中水分对共成浆行为的影响机制 ................. 28

3.1 污泥中水的分布............... 28
3.2 污泥水分对浆体特性的影响............. 41
3.3 污泥中水分在成浆过程中的胶体化学行为....... 52
3.4 本章小结......... 55
4 有害杂质在污泥水煤浆分散体系中的作用机理 . 57
4.1 污泥单因素平行制浆实验................. 57
4.2 有害杂质组成及基本性质................. 64
4.3 有害杂质在成浆过程中的胶体化学行为........... 65
4.4 有害杂质影响成浆效果弱化的表征. 80
4.5 本章小结......... 81
5 碱改性污泥共成浆的影响机理 ........... 84
5.1 改性污泥制浆正交实验... 84
5.2 碱对污泥的改性机理....... 92
5.3 改性污泥的微观形貌和碳分布......... 99
5.4 污泥水煤浆密度研究..... 109
5.5 本章小结....... 111

6 污泥对湿法球磨方式制浆的影响

6.1 污泥水煤浆和对应水煤浆的特性差异

选取 FSWN 和 XZWN 制备污泥水煤浆，除污泥种类外，综合考虑污泥添加量、分散剂添量、球磨时间等因素，对浆体的制备原料和过程进行正交实验设计。考察污泥与干污泥，由于水分的差别，所制得浆体粒度的不同；然后依据单因素实验原则，进行水煤浆成浆实验，并同样测定浆体的粒度、流变性、触变性、浓度等。最后对比污泥水煤浆和水煤浆数据，得到污泥在湿法球磨工艺中对成浆的影响作用。实验中需要注意的是要保证球磨机负载相同，即制备的污泥水煤浆与水煤浆应保持相同的重量，因此，水煤浆中未添加的污泥的质量应折算成额外浆体的质量。选取污泥种类、污泥添加量、分散剂添加量、湿法球磨时间四种因素进行正交实验，并选取同样的参数条件进行水煤浆制备实验。其中污泥添加量的选取为煤干基的 5%、10%、15%和 20%；分散剂的添加量依据工业生产中分散剂使用量的范围确定为煤干基的 0.8%、1.0%、1.2%和 1.4%；通过单独测定球磨时间得到湿法球磨时间的范围为 12min、14min、16min 和 18min。以粒度小于 74μm 的颗粒占浆体中的累积分布为评价指标，实验筛选用 L16（45）的正交表，实验因素水平表同表3-1。

6.2 浆体的粒度分析和颗粒形状

水煤浆的粒度分布（级配）是水煤浆工业生产的三大要素之一。高浓度的水煤浆应具有浓度高、流动性好等特点，这就要求其浆体应磨制到具有一定的细度，使其粒度分布合理，让大小颗粒能互相充填，减少空隙，从而使固体颗粒具有较高的堆积效率。工业上通过“级配”技术来调整煤浆的堆积效率，一般燃烧用水煤浆的粒度上限是 500~300μm，小于 74 μm 的含量在 70%左右，同时也应具有 2~5μm 的微细颗粒；造气用水煤浆的粒度上限是 1400 μm。由于水煤浆浆体颗粒是连续分布颗粒，，因此研究堆积效率和粒度分布的关系也比较复杂。为了研究连续分布的颗粒，各国学者建立相关的数学模型。最常用的粒度分布模型主要有：Alfred 分布模型、Gaudin-Schuhmann 模型和 Rosin-Rammler 模型。
.....

7 结论

污泥与煤共成浆的主要作用机理总结如下：1. 成浆性差：a.污泥中絮凝体结构，尤其是亲水性官能团，对水的吸附作用，造成体系内自由水减少；b. 污泥内有害杂质，即无机矿物质，对分散剂的吸附，造成有效参与成浆的分散剂减少。2. 稳定性好：a. 污泥中絮凝体物质彼此搭接，并参与到煤-分散剂体系中，形成巨大的网状结构，具备了较大的空间位阻，成为阻碍大颗粒沉淀的隔网；b. 污泥中无机矿物质，彼此之间和与煤颗粒间存在作用能，并因为水化作用而形成水化外壳，增加了聚结阻力。c. 污泥中絮凝体通过络合或吸附作用而含有的高价金属离子，通过静电力大小和在颗粒表面吸附分散剂也会促进稳定性的增强。3. 粘度高：a. 成浆颗粒巨大的网状结构和对水的吸附作用都会增加体系粘度；b. 较小的颗粒粒度和不对称的颗粒形状都会增加粘度。

......

参考文献（略）

本文编号：582845