基于化学改性的脱水污泥低温热风干化特性

我国每年污泥总产量逐渐增加,在其处理过程中普遍对含水率要求较高。采用热泵技术进行污泥低温干化,是一种既节能高效又不受地域限制的方法。但由于污泥的低温热干化特性尚不清楚,本文将通过在恒温恒湿箱中分别控制温度和污泥粒径两个单一变量,探究低温下二者对干化速率的影响,用曲线拟合得到直观的变化规律;并使用自主设计的立式污泥干化台架,对比探究铁-钙-碳基调理污泥在低温干化和传统干化下的水分释放特性。结果表明即使在60～80℃下,干化速率随温度升高仍然明显加快,干化时间缩短量与温度升高量满足递减的2次拟合多项式;而干化时间随污泥颗粒质量的变化满足递增的3次拟合多项式,所得拟合关系式适用于多种污泥;铁-钙-碳基调理剂可以显著提高污泥干化性能,稻壳和CaO会增加污泥孔隙和热导率,且稻壳在低温干化前期效果更明显。     

湿污泥低温热风干化特性及其数值模拟分析

污泥干化是其终端处置和资源化利用前必要的预处理环节。热风干化是湿污泥常用的处理技术，对污泥热风干化过程中传热传质特性进行深入研究，有助于相关干化工艺的研发并促进其工程化应用。依据自行设计的低温热风对流干化试验台，探究了污泥薄层干化过程中的传热传质规律，并分析了热风温度和流速对污泥干化过程中的湿分比、湿分迁移速率和内部平均温度的影响。此外，根据干化过程中污泥内部热量传递的能量方程，运用ANSYS Fluent软件模拟计算出污泥干化过程的特征参数。     

CaO作用下污泥的黏附-结团失效及干化特性研究

污泥的黏附和结团特性对干化过程有重要影响,研究开展了市政污泥和印染污泥在热力干化过程中的黏附-结团失效特性研究,深入探讨了CaO对污泥黏附-结团特性影响的规律,并分析了CaO对污泥干化速率及表观形态的影响。实验结果表明,在含水率≤85%时,污泥均表现出黏附失效特性。CaO能显著提高污泥表面黏附应力,但却能降低污泥在金属壁面的黏附量(含水率≤85%时)。此外,CaO能促进污泥干化速率的提升,并能抑制市政污泥在热力干化过程中裂纹的产生。     

动态传导式污泥干燥及冷凝液特性研究

搭建了污泥动态传导式干化装置,通过模拟污泥在间壁式干燥机中的运动状态,直观地记录干燥过程中污泥特性,并对不同温度下污泥特性曲线、残余固体的燃烧热值(Q)和挥发固分(VS)及冷凝液的有机物含量(TOC)进行分析。结果表明,温度对污泥干燥有促进作用,随着温度的升高,恒速阶段干燥速率增大,脱除水分减少。温度在125℃时,污泥干燥速率降低,干化处理缓慢,污泥处理量受限。在205℃以上高温区,干燥速率提升明显,污泥内脂肪类等有机成分及纤维素、木质素等不可降解物质因高温分解而释放,TOC浓度升高,固体挥发分减少,干污泥热值降低明显,不宜采用。综合考虑干燥效率和干化后污泥再利用,动态传导式污泥干燥的最佳区域应在145~185℃的恒速阶段。干燥冷凝水TOC浓度最小值为220 mg/L,属于高浓度有机废水,需处理后排放。污泥残余固份热值较高,可作为热源性物质加以利用。     

大尺度褐煤煤焦气化特性研究

煤层气化是将地下煤层进行有控制的燃烧来获取清洁燃气的技术。本文针对煤层气化过程的特点,利用自行设计的气化实验平台,研究气化剂流量、温度、原煤粒径对大尺度煤焦-水蒸气气化反应碳转化率和反应速率的影响。结果表明:在一定范围内,随水蒸气流量的增加,同一反应时间内煤焦碳转化率增加,气化反应速率也增大。原煤粒径对其气化反应性的影响显著,但无明显变化规律。随着气化温度的升高,煤焦固定碳达到相同碳转化率所需时间逐渐缩短。反应速率常数k随温度升高逐渐变大,反应级数随温度升高降低。实验结果为煤层气化现场实验工艺条件的优化提供了理论参考。     

酞侧基聚芳醚酮拉伸屈服行为的研究

本文研究了酞侧基聚芳醚酮不同温度与不同形变速率下的拉伸屈服行为，发现屈服应力随温度升高而下降，随形变速率对数值的增大而增加，屈服应力对温度及形变速率的依赖性可用Ｅｙｒｉｎｇ理论来拟合，屈服能量随温度升高线性下降，从中可以求出屈服时所需热能与机械性能的比。杨氏模，屈服应变亦随温度升高而下降。     

CaO基的制备及温度对吸收率的影响

以石灰石和生料为原料,制备CaO吸收剂,用综合热重分析仪,研究温度对吸收剂吸收率的影响。结果显示,初始反应阶段,钙基吸收率在不同的温度下随反应时间都快速增加,温度升高时,钙基吸收率增加更快;产物层扩散控制阶段,温度750℃时,吸收率随反应时间延长基本没有变化,曲线趋于平缓,吸收反应速率很小,且不同温度下的样品吸收率变化趋势相同,都无太大增加。     

活性污泥掺混水煤浆的成浆性能实验研究

将活性污泥(干基)以不同的比例与煤粉掺混,制备污泥水煤浆,研究污泥掺混量、添加剂用量、温度以及剪切速率对污泥水煤浆成浆特性的影响,并对掺混活性污泥煤浆进行流变特性和黏温特性分析研究。结果表明:污泥掺混量增加时,污泥水煤浆的最大成浆浓度有下降趋势,添加剂用量可提高污泥掺混水煤浆的整体性能;浆体温度在20℃~60℃时,水煤浆表观黏度降低,整体煤浆性能提升;掺混污泥水煤浆呈假塑性流体特征,污泥掺混量增大,浆体的假塑性特征变化并不明显;污泥添加量1%以下时,活性污泥加入对原煤黏温特性无影响。     

热重-红外联用分析制革污泥的燃烧特性

利用TG-FTIR对制革污泥的燃烧特性和燃烧过程气体释放情况进行了研究。研究发现,制革污泥挥发分和灰分含量较高,固定碳含量低、热值低。不同升温速率下,制革污泥的燃烧在800℃时已经比较充分,随着升温速率的增加,制革污泥碳燃烧的失重速率和峰值温度有所增加。运用Ozawa法进行活化能计算表明,制革污泥燃烧所需活化能随着反应程度的深入而增加。制革污泥的挥发分燃烧阶段符合三维扩散的Z-L-T方程反应模型,固定碳燃烧阶段符合自催化反应的P-T方程反应模型,且制革污泥在不同升温速率下燃烧动力学参数存在动力学补偿效应。TG-FTIR分析表明,不同升温速率对气体析出基本特征没有影响,在低温阶段,制革污泥的燃烧产物中有少量的有机酸组分析出。     

气氛和化学组成对高铁煤灰熔融特性的影响机理

采用灰熔点仪、XRD和热力学模拟,研究气氛和化学组成对高铁煤灰熔融特性的影响机理。研究结果表明,灰熔融温度随铁含量、钙含量或硅铝比增加而降低。弱还原气氛下低钙或低硅铝比煤灰熔融存在明显的初始熔融阶段,熔融过程遵循“软化-熔融”机理,而空气气氛下高钙或高硅铝比煤灰熔融过程属于“熔融-溶解”机理。弱还原气氛下铁含量增加显著促进石英和钙长石熔融,空气气氛下钙含量增加促进刚玉和石英熔融或转化为钙基硅铝盐。弱还原气氛下液相含量随硅铝比或铁含量增加而增加,液相黏度随钙含量或铁含量增加而降低,促进熔融传质;空气气氛下低钙或低硅铝比煤灰中铁存在于含铁固溶体,导致液相黏度高或液相含量低,熔融传质受阻。     

气氛和化学组成对高铁煤灰熔融特性的影响机理

采用灰熔点仪、XRD和热力学模拟,研究气氛和化学组成对高铁煤灰熔融特性的影响机理。研究结果表明,灰熔融温度随铁含量、钙含量或硅铝比增加而降低。弱还原气氛下低钙或低硅铝比煤灰熔融存在明显的初始熔融阶段,熔融过程遵循“软化-熔融”机理,而空气气氛下高钙或高硅铝比煤灰熔融过程属于“熔融-溶解”机理。弱还原气氛下铁含量增加显著促进石英和钙长石熔融,空气气氛下钙含量增加促进刚玉和石英熔融或转化为钙基硅铝盐。弱还原气氛下液相含量随硅铝比或铁含量增加而增加,液相黏度随钙含量或铁含量增加而降低,促进熔融传质;空气气氛下低钙或低硅铝比煤灰中铁存在于含铁固溶体,导致液相黏度高或液相含量低,熔融传质受阻。     

污泥干燥及气体释放特性研究

采用污泥薄片模拟分散态污泥干化过程,研究了干化风速、温度对污泥干燥速率的影响,并分析了污泥干燥过程中的形貌变化,采用热红联用分析污泥在(35～700℃)干化过程中气体的释放情况.结果表明:污泥干燥过程中的自由水、空隙水和吸附水干燥速率不同,提高干燥温度和热风风速,污泥干燥速率增大;污泥体积的收缩主要由于自由水的蒸发,粘滞区的存在是由于自由水蒸发完毕而引起干燥速率发生突变;污泥升温过程中释放的气体主要有C02、H2O、NH3、VFA及庚烷,273.75～333.76℃的温度区间为失重速率最大区域;VFA在273.75℃释放量最大,庚烷在333.76℃释放量最大.     

甲醇-水溶剂中L-苯丙氨酸结晶热力学

在293.15～322.15 K温度范围内,研究L-苯丙氨酸无水物在甲醇-水混合溶剂中溶解度和超溶解度特性,得到L-苯丙氨酸无水物结晶介稳区,计算了成核级数及成核速率,考察了不同初始温度和降温速率对介稳区宽度的影响,并通过研究L-苯丙氨酸297.15 K和302.15 K的转晶水活度,依据溶解度特性绘制L-苯丙氨酸-甲醇-水在该温度下的三元相图。溶解度数据用Apelblat方程、λh方程关联、vant Hoff方程拟合。结果表明,L-苯丙氨酸无水物溶解度随温度的升高而增大,随甲醇体积分数的增加而减小;L-苯丙氨酸无水物结晶介稳区宽度在相同条件下,随初始温度的升高,降温速率的降低变窄;L-苯丙氨酸转晶水活度随温度的升高而增大。     

基于热重分析的稻米等温干燥动力学

通过热重分析研究了干基含水率为21.05%的稻米在40,50,60和70℃下的等温干燥动力学.结果表明,温度越高,最终含水率越低,干燥速率和峰值干燥速率增大.采用5种不同的等温干燥模型对不同干燥温度下的实验数据进行拟合,所得相关系数R2均高于0.9653,拟合效果较好,其中Midilli-Kucuk模型的R2均高于0.9994,拟合效果最好.稻米的有效水分扩散系数随干燥温度升高而增大,干燥活化能为5.23 k J/mol.     

深度脱水污泥的热干化特性

深度脱水污泥中调理剂对其干化特性有着重要影响。实验采用4种典型复合调理剂对污泥进行预处理,制得脱水污泥,在N_2气氛、473 K条件下,探究调理剂对污泥干化过程中水分和污染物释放以及干化气、液、固产物特性的影响。结果表明,所用复合调理剂均可以有效降低脱水污泥含水率,加快干化阶段水分释放速率;调理过程中的酸碱及强氧化环境能破坏污泥中的有机结构,使污泥中的芳香族或噻吩S转化为更加稳定的磺酸或砜类S,且调理后的碱性环境让溶解的酸性含硫气体固定,从而使得干化时含硫气体释放量减少,但会加速氨气的释放。干化时复杂的气相产物溶解于冷凝液使其具有较高的pH以及COD并伴有恶臭,需进行进一步处理;污泥热干化后样品热值降低量在3.63%以内,不影响其能源化利用。     

流化床锅炉温度条件下钙基工业废弃物的固硫反应性能

在流化床锅炉温度条件下研究了赤泥、电石渣等钙基工业废弃物煅烧后的固硫特性,并与石灰石比较,同时研究了吸收剂在反应过程中的物相变化、微观结构特性。结果表明,在相同反应条件下,随反应时间增加,赤泥的钙转化率高于电石渣和石灰石,石灰石的钙转化率最小。赤泥和电石渣的最佳固硫温度分别为850～900℃和950～1000℃。随SO2浓度增加,在相同反应时间内赤泥的钙转化率和硫化反应速率也相应增大。粒径对赤泥的固硫性能影响不大。赤泥和电石渣中钙的主要化合物分别为Ca2SiO4和Ca(OH)2。它们煅烧后孔径主要分布在5～20nm内,这正是最有利于固硫的孔径区域,石灰石煅烧后孔径主要分布于45～420nm。钙基废弃物具有优良的孔隙结构,因而它们在流化床锅炉温度条件下具有良好的固硫性能。     

破膜脱水市政污泥的热值研究

破膜脱水市政污泥富含有机质,热值高,是一种潜力较大的生物质能源。利用氧弹量热计对不同条件下破膜脱水市政污泥的热值进行了研究。通过S曲线得到污泥干基热值（y）与含水率（x）的拟合方程：y=-41360.8＋48277.7/[1＋exp（（x-102.1）/17.1）],相关系数R2=0.99046;同时采用元素分析方法、工业分析方法估算污泥干基热值,对拟合方程进行了验证。结果表明：采用该拟合方程估算污泥干基热值具有较好的准确性和实用性,为污泥处置系统热力学研究奠定了基础。     

膜生物反应器中铁含量对活性污泥性能的影响

通过分析膜生物反应器中铁含量对活性污泥性能的影响,得知在一定条件下,随着污泥中铁含量的升高,污泥的脱氢酶活性随之上升,上清液含铁量对污泥脱氢酶活性的影响跟污泥中含铁量影响相反;污泥含铁量对污泥比耗氧速率的影响与对脱氢酶活性的影响相反,其原因在于污泥浓度增加及污泥絮体变大影响了溶解氧和基质从反应器混合液向絮体内部的扩散,导致污泥内部氧气不足,从而使微生物的耗氧活性随之降低;随着上清液中铁含量的增加,污泥比耗氧速率随之升高,上清液中铁离子浓度的增高会使生物铁污泥性能劣化,导致生物铁污泥絮体的解絮,污泥颗粒变小,污泥内部溶解氧上升,从而使污泥耗氧活性增高,因此合理投加一定量的生物铁才能使污泥性能达到最佳。     

基于3A分子筛和TiO_2载体的钙基碳载体对污泥气化的影响

CaO具有良好的CO_2吸收性能且对焦油裂解有促进作用,可实现污泥气化制取富氢气体,是无害化处理污泥的一种方式,具有较好的应用前景。本文以3A分子筛和Ti O2为载体,分别对Ca O进行改性,制取了CaO-3A、CaO-TiO_2和CaO-TiO_2-3A三种碳载体,研究了不同温度下其作为CO_2碳载体对污泥气化特性的影响。实验结果表明:钙基碳载体和气化温度对污泥气化影响显著,添加碳载体以及提高气化温度均有利于提高H2产量和污泥能量转换效率;CaO-TiO_2-3A性能表现优越,气化温度650℃时,H2浓度高达84.2%,碳转化率最高达46%;气化温度850℃时,H2产量和能量转换率最高。研究表明,CaO-TiO_2-3A碳载体具有优越的污泥催化制氢性能。     

寒冷地区高含盐条件污水处理的菌种选择与培养

通过在低温高盐度条件下对普通污泥进行驯化,考察不同低温（10-9℃、7-6℃、4-3℃、1-0℃）、不同盐度（0、10、20 g/L）条件下系统对COD的去除性能,并对污泥性状进行了考察。结果表明：污泥生长速率、活性及对COD的去除率总体上均随着温度的下降而降低;盐度对有机物降解速率的影响总体上随着盐度的升高有机物降解速率降低,驯化期随着温度的降低和盐度的增加而延长。试验成功驯化出适应此类环境的微生物菌群,证明在寒冷地区高含盐条件可以实现对污水中COD的有效去除。