污泥与高硫煤共水热碳化过程中硫氮形态转化规律

采用高温高压反应釜进行了污泥(SS)和高硫煤(CS)的共水热碳化实验。分别考察了混合比和温度对水热炭中硫氮元素形态转化规律的影响。研究结果表明,经过水热处理后,SS中蛋白质氮(N-A)转化为杂环类氮,CS中吡咯氮(N-5)和吡啶氮氧化物(N-X)转化为吡啶氮(N-6)和季氮(N-Q);SS与CS中硫元素逐渐转化为噻吩硫和硫酸盐。随着CS混合比例和温度的升高,水热炭中含氮芳族杂环(例如N-6、N-5和N-Q)占比增加。另外,随着CS混合比例和温度升高,水热炭中噻吩硫含量分别逐渐增加至22.61%和24.98%;升高温度提高了水热炭中硫酸盐含量,而增加CS混合比例却降低了硫酸盐含量。本研究可为后续SS和CS的资源化清洁利用提供理论基础。     

污泥与褐煤共水热碳化的协同特性研究

污泥的资源化利用一直是国内外学者研究的焦点,对其进行水热提质处理后作为燃料应用是一种潜在的利用手段。本研究主要探讨城市污泥（SS）、脱墨污泥（DS）分别与褐煤（LC）以不同混合比例（3∶7、5∶5、7∶3）共水热碳化时的协同作用,并分析其固相产物（水热炭）的燃料品质。结果表明,当LC/SS、LC/DS混合比例为5∶5时,水热炭产率分别为81.08%和86.00%,并获得了最大协同系数（水热炭产率：1.69%和0.18%;有机物保留率：11.90%和2.64%;碳保留率：4.08%和0.77%）。其中,LC/SS的协同作用总是比LC/DS显著。随着LC添加量的增大,水热炭的热值和煤化程度均随之提高,不仅改善了水热炭的燃料特性,还使得燃烧过程更为稳定且充分。由此说明,通过共水热碳化预处理的方式可以制得较高品质的燃料,从而实现污泥/褐煤的有效利用。     

城市污泥/褐煤共水热碳化产物的热化学转化特性及规律研究

污泥和褐煤通过共水热碳化预处理以制备高品质固体燃料,为污泥和低阶煤的有效处理提供了一种可行方案。本研究主要考察了城市污泥(SS)和褐煤(LC)在不同温度下(120,180,240和300℃)进行共水热碳化制得的固相产物(水热炭)的热化学转化特性和规律,包括燃烧、热解和半焦CO₂气化过程,并分析了这些过程中的协同作用。结果表明,共水热碳化预处理对城市污泥和褐煤的热利用行为有显著影响。一方面,共水热碳化处理后的水热炭相对其计算值具有更高的产率、煤化程度、热值等,同时具有更低的灰分含量。另一方面,混合物水热炭在燃烧、热解和半焦CO₂气化过程均表现出一定的协同作用(促进燃烧和热解行为,降低气化活性),且水热温度在240℃附近时,这种作用最为明显。鉴于热解和气化过程的协同效果均低于燃烧过程,共水热碳化产物被认为更适合用于燃烧。这些发现表明,将共水热碳化改性提质处理与后续热化学工艺相结合,对于能源的产生和有机废弃物的利用都有一定的积极意义。     

水热预处理对剩余污泥有机物释放的影响

针对剩余污泥中有机能源利用率低的问题,研究了水热预处理对剩余污泥有机物释放及污泥厌氧消化过程中累积产气量的影响。结果表明:水热处理是一种有效的污泥预处理方法,当水热温度为200℃、水热时间为1 h时,污泥减量度达76.56%,污泥SCOD为原泥的34倍,大大减少了污泥固相有机物含量。经水热处理后,污泥厌氧消化最大产气量为2 950 m L,较原泥提高了69%;厌氧消化后,水热预处理污泥SCOD减少量为原泥的30倍。     

污水污泥水热炭化过程中磷的迁移转化特性

利用SMT方法研究了污水污泥水热炭化固体产物中磷的赋存形态和分布。结果表明,水热炭化处理可以使污泥中的有机磷(OP)转化为无机磷(IP)。在实验条件范围内,污泥中的磷主要富集在水热焦中(RTP>70%),且主要以无机磷(IP)形态存在。延长水热炭化时间或升高水热炭化温度,污泥中无机磷(IP)和非磷灰石无机磷(NAIP)均呈逐渐升高的趋势,而且水热炭化温度的影响程度显著大于水热炭化时间。水热炭化时间对磷灰石无机磷(AP)的影响不明显,但AP含量随水热炭化温度的升高而略微升高。结合XRD谱图分析发现,105℃烘干污泥中主要存在磷酸铝盐和磷酸铁盐两种含磷化合物;水热炭化处理促使焦磷酸盐转化为正磷酸盐,且磷在水热焦中基本以最稳定的正磷酸盐形式存在。该研究结果可为污泥的资源化利用及从污泥中回收磷资源提供理论参考。     

污泥燃烧过程氮迁移转化机理

焚烧是目前最有前景的污泥处理方法,但焚烧过程中会产生大量NO_x、SO_x等污染气体,增加了烟气脱硫脱硝负荷。关于煤、生物质等燃料燃烧过程氮氧化物排放机理的研究较多,但污泥氮元素的燃烧反应和污染排放研究较少。选取污泥中4种常见氨基酸模型化合物(甘氨酸、谷氨酸、苯丙氨酸和色氨酸),通过密度泛函理论DFT/B3LYP方法,采用6-31G基组进行化学计算。分析比较氨基酸的不同键长和Mulliken布居数,确定相对易断裂的键作为热解的引发键,反应路径的每一步都选择较弱的化学键断裂,逐步优化计算,直到分离出所有NO。对于甘氨酸,设计了3条氮迁移反应路径,对于谷氨酸,设计了5条氮迁移反应路径,对于苯丙氨酸,设计了2条氮迁移反应路径,对于色氨酸,则存在7条氮迁移路径。每条路径的生成物均为NO,比较计算得到的热力学参数,选择从外界吸热最少的路径为氨基酸最佳的反应路径。其中甘氨酸的最佳氮迁移路径需从外界吸收339.21 kJ/mol的热量,谷氨酸从外界吸收的热量为304.92 kJ/mol,苯丙氨酸从外界吸收324.27 kJ/mol的热量,色氨酸氮迁移的最佳反应...     

磷在污泥热解过程中的迁移转化

采用SMT方法研究磷在热解产物中的赋存形态和分布。结果发现,热处理促进污泥中有机磷（OP）向无机磷（IP）转化。热解温度在800℃以下时,污泥中的磷富集在热解后的污泥固体中。随热解温度升高,污泥中全磷（TP）、无机磷（IP）和磷灰石无机磷（AP）的含量均表现出逐渐升高的趋势,非磷灰石无机磷（NAIP）含量则表现出先升高再降低的趋势。热解温度升高会促使NAIP向AP转化,800℃时AP含量达到最大。污泥中NAIP的主要存在形式为磷酸铝盐和磷酸铁盐,磷酸钙盐含量随温度的升高逐渐增加。污泥中正磷酸单酯和焦磷酸盐受热转化为正磷酸盐,热解后的污泥中磷基本以正磷酸盐的形式存在。该结论为污泥的无害化、资源化利用提供了理论支持。     

矿物质化合物对含油污泥焚烧过程中重金属迁移转化的影响

为了厘清矿物质化合物对含油污泥焚烧过程中重金属迁移转化的影响规律,以胜利油田罐底含油污泥为研究对象,在水平管式炉上分别进行了含油污泥添加CaO、Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO后的焚烧实验,对获得的焚烧底灰分别进行了重金属总量、浸出特性以及风险性分析。研究结果表明：矿物质在焚烧过程中形成的残渣对重金属均有一定的吸附作用,CaO对Cu、Cr、Pb和As的吸附效果最好,其中Cu的残留率达到93.40%。不同矿物质化合物对重金属浸出的抑制效果不同,其中Al₂O₃对Cr、Zn、Pb、As、Cd的浸出特性表现出了最强的抑制效果,且Zn、Pb和As的浸出率均低于5%。矿物质对重金属风险性影响的规律性不强,CaO和Al₂O₃对降低Zn和As的风险性效果较为显著,Zn和As生物有效态含量均低于18%。     

水热碳化法强化印染污泥脱水及碳化产物高值化利用的研究

本文以水热碳化法处理印染污泥以提高其脱水性能,并在此基础上采用KOH活化联合高温热解法将水热碳化产物制备成污泥活性碳,探究其对碘的吸附性能。结果表明,经过水热碳化处理后（温度180℃,反应时间4 h）,预酸化污泥（pH=5.0）的结构破坏、细胞破碎、固体颗粒和水分结合形态改变,含水率从～85%降至<45%,脱水性显著提高。基于正交实验,污泥活性炭最优制备条件为：热解温度550℃、KOH浓度0.5 mol/L、KOH活化时间2 h。该条件下,污泥活性炭比表面及其对碘离子吸附值分别达到626.36 m²/g和547.8 mg/g,比未经水热碳化预处理污泥分别提升了55.51%和43.85%。总之,本文研究为剩余污泥高值化利用提供了新思路。     

污泥水热处理过程中氮元素的迁移转化

采用高温高压反应釜在不同温度下进行了污泥水热实验。主要考察污泥中氮元素在水热过程中的迁移转化以及水热温度的影响,并对水热过程中氮元素的迁移路径进行了系统分析。结果表明,氮元素主要分布在固相和液相产物中,并随着水热温度的升高,分布在液相产物中的氮元素逐渐增加。在水热过程中,污泥中的无机氮形态几乎全部转换为氨氮和硝酸盐氮形态;不稳定性蛋白质氮分解为有机氮和氨氮,有机氮可进一步分解为氨氮;而稳定性蛋白质可转变为吡啶氮、吡咯氮、季氮以及腈氮形态,在较高的水热温度下均可再分解为氨氮。因此,随着水热处理温度的升高,污泥中氮元素逐渐从固相中转移到液相中,在液相产物中主要以有机氮和氨氮形态赋存。     

肉质废物水热液化制备液体燃料

开展了肉质废物水热液化制备液体燃料的研究。选用病死猪肉为水热液化实验代表材料,考察了得到的液体燃料和残余固体产率随温度和压力的变化规律,测定了液体燃料的热值、黏度、闪点和冷滤点等燃料性质以及液体燃料的元素成分,分析了液体燃料的部分化学成分。在温度为250℃,压力为4.0 MPa条件下水热液化获得的液体燃料的热值为39.31 MJ·kg^-1,黏度（20℃）为20.5 mPa·s,闪点为70℃,冷滤点为8℃,其化学成分较复杂,包含较多的芳香烃,还含有酮类、酯类、醚类、羧酸和呋喃等各种化合物。研究结果表明,该液体燃料可用于锅炉、工业窑炉的燃烧供热,进一步精炼后有望用于机动车辆。     

可再生的绿色能源——生物柴油

20世纪人类使用的能源主要有三种:原油、天然气和煤炭。而另一个值得重视的新能源是可再生的绿色能源——生物能。在各种可再生能源中,生物质是贮存的太阳能,更是一种唯一可再生的碳源,可转化成常规的固态、液态和气态燃料。生物燃料作物作为未来的一种新能源,与其他能源比有许多优点,环保、可再生是生物能源最大的优势。生物柴油是近年来发展迅速并规模化使用的生物替代能源。生物柴油的制备主要有酶催化、酸催化、碱催化、酸—碱催化、超临界等方法。     

水热炭化制备污泥生物炭的碳固定

采用水热炭化法将市政污泥与印染污泥在不同的水热温度下制备成生物炭,并着重分析了污泥生物炭的碳固定指标与水热温度的关系。结果表明,污泥泥质和水热温度对生物炭碳固定特性影响明显。市政污泥的水热炭化以脱羧为主,而印染污泥则以脱水为主。随着水热温度升高,两种生物炭中碳元素含量、炭产率和碳回收率均下降,但市政污泥生物炭中稳定碳的含量及其产率增加,稳定性提高,而印染污泥则呈现相反的变化趋势。这一结果指出,市政污泥生物炭的碳固定性能明显优于印染污泥,并且应进一步研究不同污泥泥质特征与炭化碳固定效果的关系。     

生物柴油制备工艺现状

综述了目前生物柴油的制备方法,介绍了国内外生物柴油的主要生产工艺,对生物柴油间歇式和连续化生产工艺进行了比较,并对生物柴油未来的发展趋势进行了展望。     

以循环经济理念推进生态化学工程

为了解决经济高速发展与资源短缺、环境污染严重的矛盾,需要仿效自然生态系统变革传统化学工业。循环经济的工程科学内涵是建立全生命周期的物质清洁闭环流动型产业模式,发展生态化学工程。在此过程中将遇到分散资源处理、可再生能源利用及可再生资源转化等新问题,这些问题的解决有赖于大量新技术的开发,如生物炼制技术、再资源化技术、短缺资源替代技术、非环境友好工艺及产品替代技术、多产业互利共生技术等。     

炼油厂含油污泥干化焚烧及能耗分析

日益严格的环保要求促使环保投资的增大,压缩了炼油企业的利润空间,因此,环保设施的节能降耗成为重要的研究课题。某炼油厂采用"干化-焚烧"工艺处理含油污泥,该工艺成熟稳定,适合长周期运行,最大程度地实现减量和无害化,同时回收部分焚烧的热量作为干化单元的热源。结合该处理流程对设施能耗进行分析,提出两个节能降耗的措施。结果表明:设计工况下,该设施单位能耗为14 180.67 MJ/t污泥(含水率80%),通过调整操作控制含油污泥的含水率,可以将单位能耗降低4.7个百分点;在长周期运行条件及环保条件满足要求的情况下,改造或停用烟气再热器(GGH),可以将单位能耗降低3.1个百分点;若两种方法相结合,理论上单位能耗可以降低至13 070.03 MJ/t污泥,减少7.8个百分点。     

水热污泥渣活性炭的制备及其应用

利用城市污水厂剩余污泥经水热反应(T=320℃、P=12 MPa、RT=10 min)得到的污泥水热渣为原料,以ZnCl2为活化剂制备污泥水热活性炭。通过正交、单因素分析,研究制备工艺条件对污泥活性炭碘吸附性能及产率的影响。结合比表面积、孔径分布和浸出特性,对制备的污泥活性炭的性能进行评价,并探讨其作为水处理吸附剂的去除效果。结果表明当活化温度为450℃、活化时间为30 min、ZnCl2浓度为40%、固液比为1∶2时为最佳制备条件,制得的水热污泥活性炭的碘吸附值为543 mg/g、产率为56.0%。其比表面积为501.4 m2/g、平均孔径为5.78 nm、孔体积为0.47 mL/g、微孔体积为0.18 mL/g、中孔体积为0.21 mL/g,污泥中重金属大多被固化。将该产品用于处理ASBR出水,当吸附平衡时间约为90 min、投加量为11 g/mL时,COD的去除率为87%,吸附容量为76.82 mg/g。