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污泥的结合水测量和热水解试验研究

作　者: 谢浩辉
导　师: 池涌；马增益
学　校: 浙江大学
专　业: 热能工程
关键词: 污泥结合水水分分布特性结合能热水解
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

污泥的主要处置方式有填埋、土地利用和焚烧等,无论采用何种方式,都要先对污泥进行机械脱水处理。然而,城市生活污泥有机物含量高,其固体颗粒呈胶状结构且拥有高度亲水性,易与水分子以不同的形式结合在一起,这使得污泥中部分水分难以脱除。研究者将这部分与固体颗粒间存在键结,活动能力较低,需要机械力或化学反应才能移除的水分定义为结合水,其含量的大小可直接用于衡量污泥机械脱水的难易程度。污泥脱水处理已成为了污泥处置的瓶颈,而热水解预处理技术提供了一种可行的解决途径。其在有效地改善污泥脱水性能的同时,避免了汽化潜热的消耗,只需将污泥加热至反应温度即可,从而实现污泥的低能耗脱水。本文以此为研究背景,选用杭州四堡污水厂污泥作为研究对象,分别对污泥的水分分布特性和热水解试验进行了研究。分别利用热干燥法、抽滤法、压滤法、水活度法、膨胀计法和TG-DTA法对上述样品的结合水含量进行测定。通过分析比较测量数据和应用原理,总结出各种方法的优缺点和适用条件。基于膨胀计法和TG-DTA法对污泥水分能量状态的分析,构建了污泥水分分布特征曲线,并阐明污泥在不同含水率时的机械脱水效果。研究表明：6种方法的结合水测量值差异明显,其中抽滤法测量值最大,水活度法则最小。当污泥含水率大于1.83-2.0 kg water.kg DS-1时,适当提高设备的脱水强度,能够较好地改善脱水效果。在前人研究的基础上,本文对污泥絮体的内部结构及其与水分的结合机制进行了讨论,并最终得出热水解的作用机理,为热水解试验提供理论支持。热水解通过降解絮体中的胞外聚合物,降低絮体对水分的束缚,从而实现污泥脱水效果的改善。热水解试验主要考虑温度、时间和污泥初始含水率等因素对试验结果的影响,分别利用真空抽滤、离心沉淀和板框压滤等脱水方法来检验热水解对污泥脱水性能的改善。在测定热水解前后污泥干基成分的变化以及污泥滤液的COD浓度的同时,本文也对热水解+机械脱水工艺的节能效果进行了分析。结果表明：当热水解温度为190℃时,污泥获得最佳抽滤脱水效果,含水率降至46%。170℃、30 min热水解+1 MPa压滤脱水工艺的能耗比热干化工艺节能约61.4%左右。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-32
  1.1 前言  10-11
  1.2 污泥  11-15
    1.2.1 污泥的定义和分类  11-12
    1.2.2 污泥的主要特征和危害  12-13
    1.2.3 污泥的处置方法  13-15
  1.3 污泥预处理技术  15-21
  1.4 热水解技术的国内外发展状况  21-24
    1.4.1 国外的发展状况  21-23
    1.4.2 国内的发展状况  23-24
  1.5 热水解技术的研究现状  24-26
  1.6 研究内容与意义  26-27
  参考文献  27-32
2 污泥的结合水测量和水分分布特性  32-58
  2.1 引言  32-34
  2.2 污泥试样的成分分析  34
  2.3 热干燥法  34-37
    2.3.1 测量装置与原理  34-35
    2.3.2 样品量对污泥干化速率曲线的影响  35-36
    2.3.3 温度对污泥干化速率曲线的影响  36-37
  2.4 抽滤法  37-38
    2.4.1 测量装置与原理  37-38
    2.4.2 试验结果与分析  38
  2.5 压滤法  38-40
    2.5.1 测量装置与原理  38-39
    2.5.2 试验结果与分析  39-40
  2.6 水活度法  40-44
    2.6.1 测量原理  40
    2.6.2 等温吸湿曲线拟合  40-43
    2.6.3 净吸附热的计算  43-44
  2.7 膨胀计法  44-50
    2.7.1 测量装置与原理  44-46
    2.7.2 试验结果与分析  46-48
    2.7.3 污泥水分分布特性分析  48-50
  2.8 TG-DTA法  50-53
    2.8.1 测量原理  50-52
    2.8.2 污泥的连续水分分布曲线  52-53
    2.8.3 膨胀计法与TG-DTA法的水分分布曲线比较  53
  2.9 各种结合水测量方法的优缺点比较  53-55
  2.10 本章小结  55-56
  参考文献  56-58
3 污泥热水解试验研究  58-79
  3.1 引言  58
  3.2 污泥的絮体结构  58-61
    3.2.1 胞外聚合物  59-60
    3.2.2 无机阳离子  60-61
  3.3 热水解的反应机理  61
    3.3.1 热水解机理  61
    3.3.2 酸/碱热水解机理  61
  3.4 热水解试验的研究意义和内容  61-63
  3.5 试验装置与方法  63-64
  3.6 热水解污泥的宏微观变化  64-66
    3.6.1 热水解前后污泥的宏观形态变化  64-65
    3.6.2 热水解前后污泥颗粒微观形态变化  65-66
  3.7 热水解污泥的机械脱水效果分析  66-71
    3.7.1 反应温度对热水解污泥机械脱水效果的影响  66-68
    3.7.2 反应时间对热水解污泥机械脱水效果的影响  68-70
    3.7.3 初始含水率对热水解污泥机械脱水效果的影响  70-71
  3.8 热水解污泥滤液的COD测定  71-73
    3.8.1 COD测量装置与方法  71
    3.8.2 测量结果分析  71-73
  3.9 热水解污泥的工业分析和热值  73-75
  3.10 热水解的节能效果分析  75
  3.11 本章小结  75-76
  参考文献  76-79
4 全文总结及工作展望  79-82
  4.1 全文总结  79-81
  4.2 工作展望  81-82
攻读硕士学位期间发表录用论文  82-83
致谢  83

污泥的结合水测量和热水解试验研究

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