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城市污水污泥热解特性与转化机理的研究

作　者: 陈曼
导　师: 金保升
学　校: 东南大学
专　业: 环境工程
关键词: 污泥低温热解热重分析热解动力学特性污泥制油柱层析气相色谱-质谱联用仪机理研究
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 722次
引　用: 9次
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内容摘要

随着污泥量的不断增加和环境质量标准的日益严格,污泥的处理和处置已经成为一个敏感的全球环境问题。而且,随着传统处置方法压力增大,必须寻找创新有效的污泥处置方法。本文首先简略地叙述了污水厂污泥热解处理方法的现状及发展趋势。采用热重法对污泥的热解过程及其动力学特性进行了研究,提出污泥的热解分四个阶段,其中,第一阶段是水分析出阶段,第二阶段和第三阶段是有机物为主的分解阶段,第四阶段是无机物和残余有机物的分解阶段。采用Coats-Redfern法计算了污泥有机物分解的反应级数,并求出了污泥样品的表观活化能和频率因子,给出了样品热解的动力学方程,通过理论计算,理论数据与实验数据吻合良好。利用自行设计的污泥热解实验台,研究了不同热解条件对热解产生的气体、液体和固体剩余物特性的影响。发现热解温度升高固体剩余物量减少气体产量升高而液体产量几乎不变。应用萃取及柱层析的分离方法,将污泥热解油分离成3种组分:烷烃、芳烃、极性组分,并采用气相色谱-质谱等现代分析测试技术,对水相和油相中各分离组分分别进行了分析和鉴定,取得了满意的结果。借助污泥与其转化产物的元素分析、污泥的热重分析和衍生油的GC/MS分析等手段,对该转化反应过程的元素转移、转化特征温度和反应机理进行了研究。认为过程的主要反应是脂肪族化合物的蒸发、蛋白质肽键断裂和基团转移反应,参与反应的主要成份是脂肪族化合物和蛋白质,其中前者参与反应的温度低于后者,而糖类化合物参与反应的温度最高。污水污泥低温热解是一种发展中的能量回收型污泥热化学处理技术。热解产生的油和气体有较高的热值,可与传统的燃料相比,表明这些产物做为燃料是可能的。本研究对此过程进行了间歇性实验研究,确定了产油率最高的反应条件,指出污泥低温热解制油技术颇具发展前景。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-15
  1.1 本课题研究背景及意义  9-10
  1.2 污泥热解的基本原理  10-11
    1.2.1 污泥热解原理  10
    1.2.2 工艺过程的特征  10-11
  1.3 本课题国内外研究现状  11-12
    1.3.1 污泥热解技术发展过程  11-12
    1.3.2 污泥热解技术的应用  12
    1.3.3 污泥热解技术小结  12
  1.4 本课题研究目的及内容  12-15
第二章污泥热裂解动力学研究  15-28
  2.1 污泥热解的物性依据  15-16
    2.1.1 污泥的基本特性  15
    2.1.2 污泥热解的特征温度  15-16
  2.2 热重实验  16-24
    2.2.1 氮气气氛下的热解特性  16-20
    2.2.2 空气气氛下的燃烧特性  20-24
  2.3 结果与讨论  24-26
  2.4 本章小结  26-28
第三章污泥热解机理试验  28-40
  3.1 污泥热解流程与设备  28-31
    3.1.1 热解实验台系统的初步设计  28-29
    3.1.2 热解反应器结构  29-30
    3.1.3 实验台的改进  30-31
  3.2 热解反应工艺条件的选择  31-33
    3.2.1 反应温度  31-32
    3.2.2 反应气氛  32-33
    3.2.3 污泥性质对产油率的影响  33
    3.2.4 污泥含水率的控制  33
  3.3 热解产物分析方法的确立  33-39
    3.3.1 GC－MS分析技术基本原理  33-34
    3.3.2 热解气体产物的分析方法  34
    3.3.3 热解液体产物的分析方法  34-39
  3.4 本章小结  39-40
第四章污泥热解产物分析  40-60
  4.1 热解气体成分分析  40-43
  4.2 污泥热解液体产物分析  43-56
    4.2.1 污泥热解水相化合物成分分析  44-46
    4.2.2 油相成分分析  46-53
    4.2.3 液体预处理结果分析对比  53-56
  4.3 热解固体产物分析  56-57
  4.4 热解机理分析  57
  4.5 本章小结  57-60
第五章全文总结  60-61
致谢  61-62
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城市污水污泥热解特性与转化机理的研究

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