调理剂对深度脱水污泥热解特性的影响

采用Fenton试剂(Fe2++H2O2)、CaO和煤调理污泥,然后进行深度脱水。用Plackett-Burman(P-B)进行实验设计,研究了这4种调理物质与温度、通气速率和水分共7个因子对污泥热解的影响权重。结果表明,除H2O2外,其余6个因子对污泥热解均有影响。其中温度影响最大,高温有利于热解可燃气体生成。而通气速率越快,热解产气越少。此外,CaO、煤和水的单独影响实验证明3种因子的存在都有利于CO和H2的生成,且CaO和煤作为调理剂时增强效果好于其与污泥物理混合。污泥内残留水也优于外加水,但水分受温度的影响较大。由此可见,深度脱水湿污泥热解在制可燃气体方面具有一定的优势。     

污泥深度脱水调理剂对污泥干化过程中含硫气体释放的影响

采用5种复合调理剂改善污泥脱水性能,制得深度脱水泥饼。通过检测N₂气氛下,不同干化温度（100℃、200℃）,停留时间（30 min、60 min）时,不同调理脱水污泥含水率的变化情况,以及含硫气体的种类和释放量,探讨不同调理剂对干化过程中含硫气体释放特性的影响。结果表明,提高温度、延长时间都可以有效降低污泥的含水率;原污泥干化过程释放的主要含硫气体为H₂S和SO₂,其总量占含硫气体的82.4%;FeCl₃+CaO和H₂SO₄+FeSO₄+H₂O₂+CaO复合调理剂调理脱水泥饼在干化过程中SO₂释放量占原污泥释放量的40.3%和40.6%,H₂S则基本没有释放;H₂SO₄+FeSO₄+H₂O₂+CaO调理脱水污泥在100℃和200℃干化过程中的总硫释放量分别占原污泥总释放量的75.0%和45.6%,该复合调理剂在有效提高污泥脱水性能的基础上,能最大限度地抑制含硫气体的释放。     

电芬顿调理污泥脱水性能影响因素研究

采用电芬顿技术对市政剩余污泥进行调理，以毛细吸水时间(CST)、污泥比阻(SRF)和污泥含水率为指标，研究了电芬顿调理污泥的主要影响因素(包括H₂O₂投加量、电压和反应时间)。结果表明，增大H₂O₂投加量和电压、延长反应时间均能有效改善污泥脱水性能。电芬顿调理污泥最佳条件为H₂O₂投加量0.12 mol/L，电压8 V，反应时间60 min。调理后污泥含水率下降18.8%。而过多的H₂O₂投加量、高电压和过长的反应时间均不利于改善污泥脱水性能。     

球状纳米CaO2的制备及其协同电渗透污泥深度脱水

为了研究纳米CaO₂协同电渗透污泥深度脱水的可行性,首先采用钙盐法制备纳米CaO₂并优化了其制备条件,将制备的纳米CaO₂协同电渗透技术对城市污泥进行了深度脱水研究。结果表明,分散剂用量、搅拌速率、H₂O₂滴加速率及用量均会对CaO₂的纯度、产率和形貌造成影响,在分散剂用量为100mL、搅拌速率为500r/min、H₂O₂用量为22.5mL、H₂O₂滴加速率为0.75mL/min时,制备得到CaO₂的纯度和产率分别可以达到79.13%和74.62%,自制CaO₂呈现球状或椭球状,粒度在45～300nm之间;当CaO₂投加量为100mg/g DS、电压为50V、初始污泥量为705g时,自制纳米CaO₂协同电渗透可以将污泥含水率降至67.52%,相较于同样条件下使用市售CaO_2,污泥含水率降低了10.91%。     

Fenton联合氧化钙调理强化船舶含油生化污泥的脱水性能

油船洗舱和压载含油废水生化处理污泥采用Fenton氧化联合氧化钙的工艺处理,以提高脱水性能,实现深度减量。实验考察了初始pH值、Fe²⁺和H₂O₂投加量对污泥脱水性能的影响,并探讨污泥深度脱水的作用机制。结果表明,初始pH为4.0,Fe²⁺、H₂O₂、CaO投加量分别为20,30,60 mg/g干基(DS)时,污泥脱水性能提升最大,处理后污泥的比阻(SRF)降低了95%。高压压滤结果表明,Fenton氧化联合氧化钙工艺处理后泥饼的含水率降低至(42.65±0.25)%,实现船舶含油生化污泥深度脱水,处理成本为391.05元/t DS。机理研究结果表明,酸处理和Fenton反应都有助于中和污泥颗粒表面电荷,提高污泥颗粒的絮凝能力,进而降低结合水含量。酸处理能有效去除溶解型胞外聚合物(S-EPS),然而Fenton反应可有效氧化S-EPS和松散结合型胞外聚合物(LB-EPS),并实现紧密结合型胞外聚合物(TB-EPS)的部分去除。     

不同尺寸反应器内H2O2热分解氧化NO特性与氧化产物分析

采用实验方法研究了不同尺寸滴管炉反应器内H₂O₂热分解氧化NO特性。对比了不同H₂O₂蒸发条件对NO氧化率的影响规律。分析了气体温度、H₂O₂溶液浓度、H₂O₂：NO摩尔比、NO初始浓度及气体流量对NO氧化率的影响。检测了氧化产物并分析了产物的生成路径。结果表明：H₂O₂的快速蒸发是其热分解氧化NO的前提。减小H₂O₂液滴尺寸或液膜厚度可加速H₂O₂蒸发与分解,提高NO氧化率,扩宽NO氧化的温度范围。保证蒸发速率可削弱H₂O₂浓度对NO氧化率的影响。当H₂O₂：NO < 10时,NO氧化率随H₂O₂：NO的增加而增加;当H₂O₂：NO>10时,NO氧化率几乎不随H₂O₂：NO变化。H₂O₂热分解对于较高浓度的NO具有更高的氧化效率。H₂O₂热分解氧化NO的主要产物为NO₂。HO₂·直接将NO氧化为NO₂,·OH则先将NO转化为HONO,然后进一步氧化为NO₂。     

基于CO2原位捕集的生物质热解制氢

以谷壳作为生物质研究对象,在石英管反应器中研究了基于CO₂原位捕集的谷壳热解制H₂,考察了不同温度、不同的CO₂捕集剂（CaO）配比对其热解的产气量、气体中H₂的体积分数的影响。实验结果表明,谷壳热解的产气量随温度的升高而增大,当反应温度在800℃时有最大产气量340mL/g;捕集剂CaO的添加通过原位吸收CO₂促进相关反应向生成氢气的方向移动。在600℃,不同比例CaO下CO₂体积分数都保持在22%左右,谷壳热解产生的气体中H₂的体积分数为14%~26%;在700℃,当CaO与生物质质量比为1：4时,添加CaO捕集剂能够较好地捕集CO₂,有效提高H₂的体积分数,此时获得较高的H₂产率41%,较低的CO₂体积分数16%,CaO的捕集率为64%;GC-MS表征分析发现,CaO在800℃的温度下对热解过程中产生的焦油有部分催化裂解效果。     

Fe2+/H2O2体系内各种自由基在氧化NO中的作用

Fe²⁺/H₂O₂体系可分解产生多种氧化性自由基, 主要包括O₂^-·、·OH和HO₂·。本文实验研究了O₂^-·、·OH及HO₂·在Fe²⁺/H₂O₂体系氧化NO气体过程中的作用。结果表明:在本实验条件下, O₂^-·对NO气体的氧化作用不明显;·OH及HO₂·是该体系氧化NO气体的主要活性物质, 其中·OH的氧化作用更大。加快自由基的生成速率可以增强Fe²⁺/H₂O₂体系对NO气体的氧化能力, 但O₂的生成速率同时加快。只有少量·OH及HO₂·参与NO的氧化, ·OH与HO₂·之间的快速反应是Fe²⁺/H₂O₂体系氧化NO过程中H₂O₂利用率低的主要原因。     

Fe2+/H2O2体系O2生成路径

掌握Fe²⁺/H₂O₂体系O₂的生成路径,可为避免H₂O₂无效分解,开发经济高效的Fe²⁺/H₂O₂体系利用技术指明方向。采用添加自由基捕获剂的方法,探究Fe²⁺/H₂O₂体系内各种自由基对O₂生成速率的影响,进而确定O₂的生成路径。结果表明:Fe²⁺/H₂O₂体系内不会产生大量O₂^-·,O₂^-·不是生成O₂的主要反应物质;O₂^-·被全部捕获后,体系中仍产生大量O₂^-·,但此时无O₂生成,证明生成O₂的反应由·OH和HO₂·两种自由基直接参与。分析认为反应·OH+HO₂·-H₂O+O₂是体系内O₂生成的主要路径。控制Fe²⁺/H₂O₂体系定向生成·OH,抑制HO₂·的产生,是提高Fe²⁺/H₂O₂体系中H₂O₂利用率的有效手段。     

Fe2O3对甘氨酸热解特性及氮转化的影响

选用污泥中典型氨基酸-甘氨酸（Gly）为研究对象,利用差式热值分析-质谱联用技术（DSC-MS）和固定床实验研究了Fe₂O₃对甘氨酸热解特性、NO _x 前驱物生成规律以及氮转化特性的影响。结果表明：热解特性实验中,由于Fe₂O₃将Gly的第一热失重阶段一分为二,导致其热解过程由2个阶段增至3个;Fe₂O₃使Gly热解起始温度及气体析出温度降低50℃,并通过促进半焦的二次裂解反应使Gly失重率增加23%。与Fe₂O₃对Gly热解过程的影响一致,Fe₂O₃将含N气体析出过程同样分成3个独立的阶段。固定床实验中,在Fe₂O₃/N=0.5时,Fe₂O₃最大程度地抑制了NO _x 前驱物（NH₃和HCN）析出,使其减少30%。由于Fe₂O₃促进肽脱水缩合、环化和芳香化反应,使得更多P-N、N-5和N-6固定在半焦中,半焦氮残留率增加5%。     

基于钴改性的钙基吸附剂污泥富氢气化

基于钙基吸附剂的污泥蒸汽气化制取富氢合成气是一种高效环保的污泥处理方式。本文采用溶胶-凝胶法制备了Co改性、Al₂O₃为载体的钙基吸附剂。借助热重分析仪测定不同钙基吸附剂在多个碳酸化和煅烧循环中的CO₂吸附能力和循环稳定性,并在固定床上进行污泥蒸汽气化实验。结果显示：煅烧过程中,以Al₂O₃为载体的钙基吸附剂中的Al₂O₃与CaO生成七铝酸十二钙(Ca₁₂Al₁₄O₃₃),并表现出优异的孔隙结构的和CO₂吸附能力,其中,Co质量分数为10%的吸附剂在30次循环（700℃碳酸化35min,850℃煅烧5min）中碳酸化率稳定在70%左右;提高气化温度及Co的添加量可促进焦油裂解和甲烷重整反应,显著提高了合成气中H₂的浓度和产量及污泥气化的冷煤气效率,有利于富氢气体的制取;在650℃下,相比于纯CaO,添加Co质量分数为15%的吸附剂时,H₂产量提高了102%,H₂体积分数提高到85%。     

磁性纳米粒子类型和质量浓度对微波热解含油污泥的影响

鉴于传统微波吸收剂在协同微波热解含油污泥时存在热解效率较低、处理成本较高等问题,本文引入磁性纳米粒子作为新型微波吸收剂,探究了磁性纳米粒子种类和质量浓度在强化微波热解含油污泥中的作用效果和规律。实验结果表明：(1)在6种磁性纳米粒子(Zn Fe₂O₄、Fe₃O₄、Ni、Ni Fe₂O₄、γ-Fe₂O₃和Co₃O₄)中,添加Zn Fe₂O₄的实验组热解终温最高,为284℃,气、液相产物最多,分别为382m L和10.5m L;(2)当微波功率为800W、微波加热时间为20min时,添加纳米Zn Fe₂O₄实验组的热解终温在质量浓度5.0mg/g时最高;(3)随着纳米Zn Fe₂O₄质量浓度的增加,气相热解产物中H₂、CH...     

可燃生活垃圾气化Ca-Fe复合金属氧化物的原位固硫性能

气化技术可有效缓解因可燃生活垃圾产量不断增加而衍生的环境问题,但仍需要对气化产生的H₂S和SO₂进行脱除以降低硫污染物排放风险。可燃生活垃圾组成的复杂性决定了需要开发适宜的双效固硫剂以对H₂S和SO₂一步脱除。原位固硫指将气化原料与固硫剂预先混合,气化与硫脱除同时进行且硫污染物被固定于灰渣中。本文使用聚苯乙烯颗粒、木屑等典型组分配制可燃生活垃圾作为气化原料,以CO₂为气化剂,采用球磨法制备了一系列Ca-Fe复合金属氧化物作为固硫剂并对其原位固硫性能进行了研究。结果表明,在600℃气化温度下,Ca-Fe复合金属氧化物中的CaO/Fe₂O₃比例对固硫率产生影响,且两者质量比为1∶1时固硫性能最佳,固硫率可达82.65%。作为对比,CaO和Fe₂O₃单一组分固硫率仅分别为65.57%和74.12%。BET、SEM等分析表明CaO、Fe₂O₃球磨形成复合金属氧化物时产生相互作用并影响粒径分布、孔径、比表面积等物化性质,且能够改善固硫剂的烧结现象,质量比为1∶1时综合作用效果最优。     

金属氧化物对油页岩热解产物收率及组成分布的影响

通过固定床反应器,对4种金属氧化物（Al₂O₃、MgO、CaO、Fe₂O₃）对油页岩热解所得油、气产率及成分的影响进行了研究。结果显示,碱性CaO对油、水、气、焦产率分布影响较为突出,可提高页岩油与半焦产率,并降低热解气产率;而酸性较强的Al₂O₃可同时提高页岩油、热解气和热解水的产率,有利于促进挥发分的析出;比较而言,MgO和Fe₂O₃的作用相对较弱。4种金属氧化物均可提高热解气中H₂、CH₄和C₂的产率;CaO作用下CO₂含量降低,而其他金属氧化物对CO₂的产生有不同程度的促进作用;Fe₂O₃可促进H₂产生;Al₂O₃作用下CH₄含量有所增加。4种金属氧化物均可促进页岩油中芳香烃的产生,并且CaO和MgO两种碱土金属氧化物作用下,短链（C₆~C₁₂）烷烃和烯烃含量均增加,而掺混Al₂O₃时页岩油中仅短链（C₆~C₁₂）烷烃含量增加。对此机理进行推测认为,碱性CaO和MgO首先与以脂肪酸形式存在的有机质进行酸碱反应,得到脱羧活性更高的羧酸盐,后者脱羧所得中间产物具有生成烷烃或烯烃两条可能路径,同时得到碳酸盐;而在具有Lewis酸特征的Al₂O₃作用下,脱羧产物为CO₂,并同时得到饱和烃产物。     

氧化钙调理污泥气化过程中重金属的迁移转化规律

以CaO为主要成分的石灰常用于污泥的调理和稳定。为探究其对污泥气化过程中重金属迁移转化规律的影响,在沉降炉-固定床反应器和固定床上于600、800、1000℃进行了污泥的热解及气化实验,并分析了不同污泥样品、热解焦和气化灰中典型重金属（Mn、Zn、Cu、Cr、Ni）的含量及形态分布。结果表明,CaO的加入将稀释调理污泥中的重金属,并使Mn、Zn、Cr向稳定态转化;CaO会使重金属离子与OH-结合生成沉淀,继而在气化反应中分解成氧化物。在气化过程中,CaO会提高重金属的残留率,也会吸收其氯化物、硫酸盐等在高温下分解生成的HCl、SO₂等酸性气体,促使氧化物的生成和抑制重金属的释放。     

不同金属氧化物对重质生物油再裂解的比较性研究

通过TG-FTIR、GC/MS和XRD等分析手段,研究了Fe₂O₃、Al₂O₃、CaO和TiO₂四种金属氧化物催化下重质生物油的热解特性及产物差异。结果表明：应用上述四种催化剂的再裂解实验均促进了重质生物油的脱氧,其中CaO催化下脱氧效果最好,Al₂O₃能够有效降低反应温度,Fe₂O₃有效促进了重质生物油成炭前的解聚、固相产物质量降幅达21.23%,TiO₂对CO₂的生成有最明显的抑制效果、同时可以降低反应结束温度;在低温下,除CaO外的三种催化剂均对有效产物的生成有促进作用,但对不同种类的物质各有侧重,而CaO则会使反应所需温度升高且对愈创木酚的富集有很强的选择性;在中温下,CaO和TiO₂表现出较好的催化效果。上述催化热解过程有效促进了酚类的富集,效果最好的是Al₂O₃,酚类相对含量增幅达31.10%。除Fe₂O₃外的三种金属氧化物均降低了生物炭的有序度,添加CaO制备的生物炭具有最无序的炭结构和最高的固相产率。     

市政污泥中低温气化及重金属迁移转化特性

利用管式炉进行了污泥CO₂气化实验,并与N₂热解实验进行对比,系统研究了污泥中低温气化及重金属迁移转化特性。研究发现：热解过程中各可燃气体释放速率峰值出现的时间顺序为CO峰 < H₂次峰 < CH₄峰≈C_nH_m峰 < H₂主峰,气化过程中为CO主峰 < CH₄峰≈C_nH_m峰 < H₂主峰 < CO次峰。在450~550℃的区间内,气化和热解的冷煤气效率、样品失重率及残渣含碳量均相近,温度超过550℃冷煤气效率差距逐渐增大,温度超过700℃,样品失重率及残渣含碳量差距逐渐增大。气化温度为850℃时,冷煤气效率达87%。在450~700℃的区间内,气化残渣中Cr、Ni、Cu、Zn、As、Pb的残留率均随温度增加呈缓慢降低的趋势,在700~850℃区间,上述重金属的残留率下降较快。Cd的残留率在450~550℃区间缓慢下降,550~700℃区间快速降低,700~850℃区间缓慢降低。气化残渣中Cr、Ni、Zn、As、Cd的稳定形态所占比例相较于污泥原样明显提高,而Pb、Cu的稳定形态所占比例与污泥原样相近。污泥中温（700℃）气化时,冷煤气效率约为50%,气化残渣中Cr、Ni、Cu、Zn、As的残留率约为高温（850℃）下的1.2倍,Pb约为2.7倍,Cd为7.5倍,残渣中各重金属的稳定形态比例与高温时接近,环境危害性小。