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城市污水污泥微波高温热解油类产物特性研究

作　者: 武伟男
导　师: 田禹
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 环境科学与工程
关键词: 污水污泥微波高温热解油
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

污水处理量的不断提高,导致污泥产量在世界范围显著增长,并带来日益严重的环境污染问题。污水污泥与大部分有机废物相同,含有大量易挥发性有机物质。高温热解方法能把贮存在污染中的能量,以热量或作为燃料或制造出特殊的化学品的形式释放出来。污泥的热解技术,是在无氧环境下,对干污泥加热至一定温度,通过干馏和热分解作用,使污泥转化为油、水、不凝性气体(NGG)和炭四种物质。污泥热解产生的油与石油提炼厂生产出来的石油低级馏出液相似,因此具有较强的资源化前景。本文在筛选不同的微波能吸收物质的基础上,研究了不同条件下微波高温热解污泥制取油类的性质,并通过分析油类产物的组成、有害成分的含量及热值等确定微波高温热解污泥制油的优化条件,讨论该油类产物的作为燃料及化学原料再利用可能性,探讨不同微波能吸收物质诱导污泥高温热解制油的相关机理。污泥微波热解制得的油类产物通过与传统电炉热解油类的对比,表明了微波热解制得的油类在性能及安全上的优越性,证明了微波热解方式的优势。在污泥量不断增加的情况下,采用微波热解将污泥转化成一种可再利用能源有着重要的现实意义。研究结果表明:微波热解污泥可以达到900℃的高温,油类产物的产率低于气态产物;为与微波热解过程形成对比,电炉热解污泥的温度设为900℃,与电炉热解过程相比,微波热解污泥具有达到最终温度的时间短,污泥热解彻底的优势。对微波热解污泥油类产物的族组分进行进一步分析可以确定:微波热解污泥制得的油中脂肪族化合物含量高达33%~56% ,热值达到32MJ/kg~37MJ/kg,具有资源化用作燃料的前景,可一定程度上代替石油低级馏出物燃料的使用;尽管微波热解生成了多环芳烃,但是其中有害的物质仅占0.42%,较传统热解污泥过程减少1%,油类的安全性很好;热解油中的许多单环芳烃如甲苯、二甲苯、苯乙烯和苯酚类化合物都是重要的化工原料。电炉热解污泥制得的油类产物虽然热值也比较高,但是油中脂肪族的化合物的含量很低只有8%,且芳香族化合物的含量高达50.3%,较微波热解过程增加将近一倍,在燃烧的过程中可能进一步生成有害的PAHs,影响使用过程中的安全性。研究将微波热解污泥的固体剩余物——焦炭循环用作微波热解污泥的添加物质,减少了微波热解污泥过程固体剩余物的产生量以及微波能吸收物质的添加量。而且由于每次循环焦炭中都浓缩了Si、Al和Ca等元素,因而随着循环次数的增多,焦炭中的这些元素含量也越来越多,热解油类产物中小分子物质越多,越有利于用作燃料油。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-21
  1.1 课题背景  10
  1.2 污泥处理处置技术现状  10-11
  1.3 污泥热解的技术介绍  11-12
    1.3.1 污泥热解方式  11-12
    1.3.2 污泥热解的反应模式和机理  12
  1.4 污水污泥热解制油技术现状及展望  12-16
    1.4.1 污泥热解制油处理国内外现状  12-16
    1.4.2 污泥热解制油的展望和所需解决问题  16
  1.5 微波热解污泥的特点  16-18
    1.5.1 微波辐射加热的原理  16-17
    1.5.2 微波辐射加热的特点  17
    1.5.3 微波技术在各个领域的应用  17-18
  1.6 研究的意义和内容  18-21
    1.6.1 课题来源  18
    1.6.2 研究的目的和意义  18-19
    1.6.3 主要研究内容  19-21
第2章实验材料与方法  21-26
  2.1 污水污泥的基本性质  21
    2.1.1 污水污泥来源  21
    2.1.2 原始污泥样品性质  21
  2.2 主要实验材料及仪器  21-22
    2.2.1 主要实验材料  21-22
    2.2.2 主要实验仪器  22
  2.3 实验相关分析方法  22-23
    2.3.1 热解油组分分析－气质联机（GC-MS）分析油类产物  22-23
    2.3.2 热解油类产物的产率计算及热值分析  23
    2.3.3 热解油类产物的红外分析－FTIR 分析  23
  2.4 热解实验及产物收集系统的构建  23-26
    2.4.1 微波热解污泥实验  24
    2.4.2 电炉热解污泥实验  24-26
第3章污泥高温热解油类产物的基本特性研究  26-36
  3.1 油类的产率和热值分析  26-29
    3.1.1 产率分析  26-28
    3.1.2 热值分析  28-29
  3.2 干污泥和油类产物的FTIR 分析  29-35
    3.2.1 原始污泥的FTIR 分析  29-30
    3.2.2 微波热解污泥油类产物的FTIR 分析  30-32
    3.2.3 电炉热解污泥油类产物的FTIR 分析  32-33
    3.2.4 干污泥与不同热解方式油类产物官能团变化的对比  33-35
  3.3 本章小结  35-36
第4章污泥高温热解油类产物族组分特征研究  36-56
  4.1 微波高温热解污泥油类产物的GC-MS 分析  36-51
    4.1.1 油类产物的GC-MS 谱图  36-38
    4.1.2 油类产物的半定量分析结果  38-51
  4.2 电炉热解污泥油类产物的GC-MS 分析  51-53
    4.2.1 油类产物的GC-MS 谱图和半定量分析表  51-53
    4.2.2 GC-MS 实验结果分析  53
  4.3 不同热解方式油类产物的族组分对比研究  53-55
  4.4 本章小结  55-56
结论  56-57
参考文献  57-61
攻读学位期间发表的学术论文  61-63
致谢  63

城市污水污泥微波高温热解油类产物特性研究

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