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城市污泥热解特性及资源化利用新方法试验研究

作　者: 甘义群
导　师: 王焰新
学　校: 中国地质大学
专　业: 环境工程
关键词: 城市污泥热解污泥灰铜离子瓷质砖微晶玻璃重金属
分类号: X703
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

城市污水污泥是污水处理过程中必不可少的副产品。污水处理量的急剧增大和相关处理技术的深化发展，导致了城市污泥在排放量大幅增加的同时，浓缩在其中的有毒有害物质数量和种类也逐渐增多，所以无论是量还是质，城市污泥都将成为废物中影响环境、造成危害最为严重的因素之一。如何妥善、科学地处理城市污泥已成为一项迫在眉睫的环保课题，并在全球范围内引起了极大地关注!环境标准的日益严格使得常规污泥处理方法（如土地填埋、海洋倾倒和焚烧等）在污染控制方面面临挑战，而且难以为继。污染控制与资源化利用有机结合是当今固体废物处理领域的大势所趋；在有效控制污染的同时，积极探索新的资源化利用方法已成为污泥处理的研究热点。目前我国的污泥处理形势十分严峻，多数情况下仅实现了污泥的转移，而未能将污染成分无害化，资源化利用率更是亟待提高。引进国外的技术和相关设备不仅昂贵的投资费用难以接受，而且由于污泥成分的差别往往很难达到预期效果。为了加快我国污泥处理工艺的更新换代，以满足对环境保护的迫切要求，结合具体国情、依靠自身力量对城市污泥的处理、处置及资源化利用开展基础研究是十分必要的。在上述背景下，论文基于前人的研究成果，把握国际社会在城市污水污泥处理、处置领域的最新动态和发展方向，从科学性和实用性角度出发，以武汉市水质净化厂的城市污水污泥为研究对象，按照“无害化、减量化、资源化”的原则，针对污泥的自身特性、污染危害和利用途径，从处理模式上进行了新的探索，研究了污泥的热解技术和高附加值材料化利用途径，同时考察了资源化利用过程对污泥中主要污染物——重金属的固化效果，可为今后的产业化应用与污染控制技术提供必要的理论基础和可靠的科学依据，具有重要的环境效益、经济效益、社会效益和一定的学术意义。论文在全面、系统分析城市污泥基础性能的前提下，抓住“污泥中有机成分热处理以达到减量化和无害化，同时对污泥中无机成分高附加值材料化利用”这条主线，对国内外相关文献进行了较为详细和系统的综述，并开展了四个方面的研究：城市污泥热解特性及热解批量试验；考察污泥灰去除废水中Cu²⁺的效果；污泥灰与煤矸石混合制备瓷质砖研究；污泥灰微晶玻璃制备技术及重金属固化效果研究。 1．城市污泥热解技术试验研究为了研究城市污泥的热解特性，分析其热解动力学过程，论文首先在差热分析仪上开展了干污泥的热失重研究，结合获得的污泥热解TG、DTG和DTA曲线，可将热解过程分为水分析出、挥发分析出和焦炭燃尽三个阶段，此三个阶段所对应的反应贯穿污泥热解的始终。随着升温速率的增加，热滞后现象明显，各阶段的起始、终止温度和最大反应速率

全文目录

作者简介  5-6
摘要  6-9
Abstract  9-19
第一章绪论  19-39
  1.1 研究背景及选题意义  19-29
    1.1.1 引言  19-20
    1.1.2 城市污泥的产生和组成  20-22
    1.1.3 城市污泥处理利用发展历程  22-26
    1.1.4 我国污泥处理现状及存在的问题  26-28
    1.1.5 选题目的和意义  28-29
  1.2 国内外研究现状  29-37
    1.2.1 污泥热解国内外研究现状  29-32
    1.2.2 污泥材料化利用国内外研究现状  32-34
    1.2.3 污泥处理过程中重金属迁移、转化规律国内外研究现状  34-35
    1.2.4 存在问题及发展趋势  35-37
  1.3 研究目标、内容与思路  37-39
    1.3.1 研究目标  37
    1.3.2 研究内容  37-38
    1.3.3 研究思路  38-39
第二章城市污泥热解特性研究  39-69
  2.1 概述  39-40
  2.2 城市污泥热解动力学研究  40-53
    2.2.1 引言  40-41
    2.2.2 试验污泥来源及成分分析  41-43
    2.2.3 城市污泥热分析试验  43-47
    2.2.4 城市污泥热解动力学研究  47-53
  2.3 城市污泥批量热解试验研究  53-68
    2.3.1 试验流程与条件  53-54
    2.3.2 试验装置  54-55
    2.3.3 热解产物分布特性  55-60
    2.3.4 热解油份分析  60-65
    2.3.5 热解气体分析  65-67
    2.3.6 热解固体产物分析  67
    2.3.7 污泥热解过程能量平衡探讨  67-68
  2.4 本章小结  68-69
第三章污泥灰去除废水中Cu~(2+)试验研究  69-83
  3.1 概述  69-70
  3.2 材料与方法  70-73
    3.2.1 污泥灰性能表征  70-72
    3.2.2 模拟废水  72
    3.2.3 试验仪器  72
    3.2.4 试验方法  72-73
  3.3 污泥灰去除Cu~(2+)影响因素分析  73-78
    3.3.1 去除率随时间变化规律  73-74
    3.3.2 pH值对污泥灰去除Cu~(2+)的影响  74-75
    3.3.3 投加量对污泥灰去除Cu~(2+)的影响  75-76
    3.3.4 初始浓度对污泥灰去除Cu~(2+)的影响  76-77
    3.3.5 温度对污泥灰去除Cu~(2+)的影响  77-78
  3.4 污泥灰去除Cu~(2+)吸附等温线  78-79
  3.5 污泥灰去除Cu~(2+)吸附动力学  79-80
  3.6 改性污泥灰去除Cu~(2+)对比研究  80-81
    3.6.1 污泥灰酸化改性  80
    3.6.2 结果对比  80-81
  3.7 污泥灰去除Cu~(2+)机理探讨  81-82
  3.8 本章小结  82-83
第四章利用污泥灰与煤矸石制备瓷质砖试验研究  83-97
  4.1 概述  83-84
  4.2 试验原理  84-86
    4.2.1 成分互补性配料原则  84
    4.2.2 自身着色机制控制  84-85
    4.2.3 配方与烧成制度的有效匹配  85-86
  4.3 试验内容与方法  86-90
    4.3.1 试验原料分析  86-87
    4.3.2 试验配方及成分分析  87-89
    4.3.3 试验工艺流程、步骤及操作参数  89-90
  4.4 试验结果分析  90-96
    4.4.1 样品颜色及坯样烧失率  90
    4.4.2 烧成样品强度与吸水率分析  90-93
    4.4.3 瓷质砖烧结温度范围  93-94
    4.4.4 瓷质砖的矿物组成  94-95
    4.4.5 瓷质砖微观结构分析  95-96
  4.5 本章小结  96-97
第五章污泥灰微晶玻璃制备技术试验研究  97-117
  5.1 概述  97-99
    5.1.1 微晶玻璃简介  97
    5.1.2 微晶玻璃制备方法  97-98
    5.1.3 污泥灰微晶玻璃制备的可行性和意义  98-99
  5.2 污泥灰微晶玻璃组成设计  99-103
    5.2.1 主晶相的确定  99-100
    5.2.2 基础玻璃配方设计  100-101
    5.2.3 晶核剂的选择  101-102
    5.2.4 工艺流程及步骤  102-103
  5.3 热处理制度设计  103-107
    5.3.1 基础玻璃差热分析  104-105
    5.3.2 X-射线衍射分析  105-106
    5.3.3 热处理制度确定  106-107
  5.4 污泥灰微晶玻璃性能测试  107-110
    5.4.1 测试方法  107-109
    5.4.2 测试结果分析  109-110
  5.5 污泥灰微晶玻璃结构测试  110-112
    5.5.1 X-射线衍射(XRD)分析  110-111
    5.5.2 扫描电镜(SEM)微观结构观察  111-112
  5.6 重金属固化效果研究  112-116
    5.6.1 重金属含量测定  112-113
    5.6.2 重金属浸出特性  113-114
    5.6.3 污泥灰微晶玻璃中重金属形态分布研究  114-116
  5.7 本章小结  116-117
第六章结论及建议  117-119
致谢  119-120
参考文献  120-128

城市污泥热解特性及资源化利用新方法试验研究

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