市政污泥低温热干化特性及废气成分检测研究

【摘要】近年来日益严重的环境问题严重阻碍着我国社会经济的更优发展,其中水环境状况尤为堪忧,各级政府逐渐加强了对城市污水处理问题的重视,全国各地大批现代化城市污水处理厂建设完成并投入运营。市政污泥是污水处理过程中产生的一种难以处理,危害较大但是有较大再利用潜质的固体废物。但是污泥处理工艺对污泥含水率有严格要求,未经过脱水的城市污泥含水率高达99%,即使经过重力浓缩、机械脱水等常规脱水工艺后处置的污泥含水率仍在80%左右,远高于目前常规污泥处理工艺对污泥含水率低于60%的要求,因此必须选择合理技术对城市污泥进行深度脱水,进一步降低待处理市政污泥含水率。污泥热干化技术是一种成熟的深度脱水技术,在欧美、日本等发达国家都得到了广泛的应用。该技术能使污泥减容显著,处理后的污泥性质稳定,无臭、无病原微生物,用途广泛。但是污泥热干化工艺运行成本较高,并且在运行过程中存在一定的安全隐患,于是这项相对于我国污泥脱水行业来说的“新技术”在推广上受到了制约。现阶段仅在一些沿海城市有少数污泥热干化脱水工艺投入运行,工程设计中能够借鉴的经验较少。我国关于污泥热干化技术的研究也,而且基本都是采用热重分析来模拟污泥热干化过程,与实际工程联系不大。针对这一现状,本研究参考污泥热干化工艺的设计需求,结合目前较有发展前途的热干化设备参数,对污泥热干化特性进行研究,并在研究过程中不对完善实验内容,为工程设计提供参考数据。研究结合目前较有发展前途的低温热干化技术,实验设计弥补了以往国内相关研究中的不足,对取自北京市某污水处理厂的市政污泥样品进行了低温热干化模拟实验。首先进行了相同质量不同比表面积(柱形、饼形、球形)的大尺寸污泥样品颗粒在不同干化终温(125℃、140℃、150℃、175℃、200℃)下的热干化实验,实验结果表明,在温度相同的条件下,比表面积的大小决定了热干化效率的快慢。在接下来对较小尺寸污泥颗粒进行的干化实验中发现,即使改变污泥样品颗粒大小,在相同温度下依然是比表面积最大的污泥颗粒热干化速率最快。最后验证了流动气氛能够加快污泥热干化速率,但发现流动气氛也会在一定程度上对污泥的干化特性有一定影响。对干化速率和干化曲线进行分析后发现污泥低温干化效率点在140℃左右,即在干化终温超过这个温度点之后,干化速率会显著加快,该效率点的发现对热干化工艺设计有着重大意义。于是对Page模型进行修正建立了适合模拟大颗粒污泥的热干化趋势的经验模型,经过分析和演算后,验证了该模型的可靠性,佐证了污泥热干化效率点在140℃左右。由于污泥由有机物构成,在加热过程释放出的含有大量有机成分的气体,除了存在一定的环境风险,这些有机气体可能会在干燥设备排气口凝结堵塞气孔,甚至回流入干燥设备内,使干燥设备无法正常运行。针对这一问题,对污泥热干化释放出的废气特性进行了研究,试图对废气成分进行定性并寻找废气释放可能存在的规律。结果表明,市政污泥在常温下也会释放出有机气体,其中含有甲苯、二甲基肼和苯酚等有害气体,存在环境风险。集气袋可有效收集低沸点有机气体,收集到的气体易定性；吸附管对有机气体收集率高,但是后续分离定性研究困难。污泥受热后有机气体释放量会增加并会影响干燥设备的正常运行,可采取尾气循环工艺减少有机气体凝结。
【作者】张兆龙；
【导师】宫辉力；
【作者基本信息】首都师范大学，环境科学，2014，硕士
【关键词】干化；市政污泥；污泥处理；成分检测；污泥含水率；有机气体；污泥颗粒；污水处理厂；城市污泥；污水处理问题；

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