【摘要】： 隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口增長(zhǎng)和城市化進(jìn)程的加快,以及污水處理率的提高,市政污泥的產(chǎn)生量也越來(lái)越大。同時(shí)隨著我國(guó)造紙工業(yè)的迅速發(fā)展,造紙污泥的產(chǎn)量也不可避免地越來(lái)越大。在市政污泥和造紙污泥的產(chǎn)生量不斷增加的同時(shí),我國(guó)污泥的處理技術(shù)和裝備卻普遍落后,污泥安全處理處置的保障率很低。如果污泥處理不當(dāng)或不及時(shí),會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的二次污染。因此如何妥善、科學(xué)地處理處置污泥己成為目前國(guó)內(nèi)外共同研究的環(huán)保課題。 污泥干燥能使污泥顯著減容,產(chǎn)品穩(wěn)定、無(wú)臭且無(wú)病原生物,干燥處理后的污泥產(chǎn)品用途多,可以用作肥料、土壤改良劑、替代能源等。而焚燒是污泥處置最徹底的一種方法。本文對(duì)污泥干燥、熱解和焚燒進(jìn)行了理論、試驗(yàn)和數(shù)值模擬研究。 污泥在80～160℃條件下進(jìn)行了不同干燥溫度下、不同污泥餅厚度和不同初始含水率下的等溫干燥實(shí)驗(yàn),同時(shí)對(duì)污泥干燥動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行擬合,得出污泥干燥的最佳干燥動(dòng)力學(xué)模型。結(jié)果表明,干燥溫度越高,干燥速率越大,干燥時(shí)間越短。污泥餅厚度越厚,干燥速率越小,干燥所需時(shí)間越長(zhǎng)。污泥初始含水率越小,干燥速率越快,干燥所需時(shí)間越短。比較7種干燥模型,其中page和modified page模型比較適合擬合污泥干燥過(guò)程。利用page模型驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)值和擬合值具有很好的一致性。污泥干燥的擴(kuò)散系數(shù)介于2.03×10-8與8.25×10-8 m2/s之間,活化能為24.364 kJ/mol和指前因子為7.603×10-5m2/s。 利用熱分析技術(shù)對(duì)污泥熱解特性進(jìn)行了研究,探討不同條件下污泥的熱解特性。主要研究了污泥在氮?dú)鈿夥障潞驮诙趸細(xì)夥障碌臒峤馓匦?同時(shí)還研究了污泥在催化劑作用下的熱解特性。最后對(duì)污泥熱解的表觀動(dòng)力學(xué)模型及動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,污泥在氮?dú)鈿夥障聼峤膺^(guò)程中有三個(gè)明顯的失重峰:第一個(gè)失重階段約在200～490℃區(qū)間內(nèi),第二個(gè)失重階段約在490～650℃區(qū)間內(nèi),第三個(gè)失重階段約在650～920℃區(qū)間內(nèi)。催化劑對(duì)污泥熱解活化能影響的大小排序?yàn)?MnO2Al2O3MgOFe2O3CuOCaO。當(dāng)0.1≤α≤0.9時(shí),污泥氮?dú)鈿夥障聼峤膺^(guò)程用FWO方法和KAS方法計(jì)算的平均表觀活化能分別為102.4kJ/mol和88.7kJ/mol。 利用熱分析技術(shù)對(duì)污泥與煤及生物質(zhì)混合燃燒特性進(jìn)行了研究。探討不同條件下污泥與煤及生物質(zhì)的混合特性。主要研究了污泥與煤、污泥與秸稈和污泥與垃圾的混合燃燒特性,同時(shí)研究了污泥在催化劑作用下的燃燒特性和污泥在不同氧氣濃度下的燃燒特性。最后對(duì)污泥與煤及生物質(zhì)混合燃燒動(dòng)力學(xué)模型及參數(shù)進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,污泥、煤、秸稈和垃圾四種試樣中,秸稈的可燃性和綜合燃燒性能最好,煤的可燃性最差,污泥的綜合燃燒性能最差。污泥催化燃燒的可燃性指數(shù)大小排序?yàn)?污泥+MgO污泥+MnO2污泥+Fe2O3污泥污泥+Al2O3污泥+CuO,綜合燃燒指數(shù)大小排序?yàn)?污泥+MgO污泥+MnO2污泥+Fe2O3污泥+Al2O3污泥+CuO污泥。污泥在O2/N2氣氛不同氧氣濃度下燃燒,可燃指數(shù)和綜合燃燒指數(shù)最大的工況為氧氣濃度60vol%。污泥在O2/CO2氣氛不同氧氣濃度下燃燒,可燃指數(shù)和綜合燃燒指數(shù)最大的工況為氧氣濃度80vol%,說(shuō)明氧氣濃度影響可燃性和燃燒性能。 在自制的流化床干燥塔里面進(jìn)行了造紙污泥的干燥試驗(yàn)。分析了流化床干燥塔的空塔、噴水、污泥干燥等試驗(yàn)過(guò)程。結(jié)果表明,造紙污泥是高水份、低熱值的固體廢棄物,本身是負(fù)熱值的燃料,如果不干燥或者加輔助燃燒,污泥不能維持其自燃。經(jīng)過(guò)半干化后污泥的低位發(fā)熱值可以提高到3000～5000kJ/kg,相當(dāng)于褐煤的熱值。半干化后的污泥可以當(dāng)燃料使用。污泥流化床干燥實(shí)驗(yàn)進(jìn)行不夠順利分析其原因可能有以下幾方面原因造成:污泥噴入不夠均勻,使得干化效果不好。噴射污泥入射角過(guò)大使得污泥掛壁嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)效果。鼓風(fēng)機(jī)不匹配,送風(fēng)量不夠,流化效果不好。布風(fēng)板布風(fēng)效果不好。利用商業(yè)CFD軟件FLUENT6.2對(duì)污泥的流化床干燥和焚燒過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬。 通過(guò)分析干燥數(shù)值模擬可以得出以下結(jié)論:當(dāng)入口煙氣的溫度為433.15 K時(shí),預(yù)測(cè)的煙氣出口溫度約為420.94K,溫度變化的趨勢(shì)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果較為吻合;運(yùn)用CFD對(duì)三種不同的運(yùn)行工況進(jìn)行計(jì)算,分別是入口溫度為413.15 K, 423.15 K和433.15 K,預(yù)測(cè)結(jié)果表明干燥效果收入口煙氣溫度的影響,入口煙氣溫度越高,干燥效果越好,三種工況出口煙氣水分質(zhì)量百分含量分別為:1.66%, 2.02%和2.35%。通過(guò)分析燃燒數(shù)值模擬可以得出以下結(jié)論: CFB爐膛模擬預(yù)測(cè)結(jié)果表明造紙污泥與煤混燃過(guò)程在床層底部燃燒劇烈,最高溫度在密相區(qū)約為1400K;預(yù)測(cè)結(jié)果表明造紙污泥從返料口進(jìn)入爐膛時(shí),爐膛最高溫度約為1396.3K,平均溫度為1109.6K,爐膛出口平均溫度為996.8K;數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)結(jié)果表明當(dāng)混入15%的造紙污泥時(shí),爐膛出口煙氣平均溫度最高為1000.8K。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類(lèi)號(hào)】：X703
【圖文】：

第一章 緒論置必不可少的手段之一。以焚燒為核心的污泥處理方法在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化，在國(guó)內(nèi)也有了一些嘗試，目前妨礙污泥焚燒發(fā)展的主要原因在建設(shè)和運(yùn)行費(fèi)用都太高。建設(shè)費(fèi)用將伴隨國(guó)內(nèi)項(xiàng)目的發(fā)展，設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率的提高快速降低；運(yùn)行費(fèi)用中能源費(fèi)用、環(huán)保費(fèi)用是最主要的費(fèi)用，能源價(jià)格的不斷上漲、環(huán)保要求的不斷提高，運(yùn)行費(fèi)用將越來(lái)越高。污泥既是污染物又是一種資源，污泥的處理、處置與資源化利用相結(jié)合是其最好的出路。將污泥視為一種資源加以有效利用，在治理污染的同時(shí)變廢為寶，實(shí)現(xiàn)污泥的資源化，具有顯著的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。1.2 污泥的特性1.2.1 污泥的組成

圖 1-2 污泥水分示意圖[2]Fig.1-2 Schematic diagram of the water of sludge水分存在的形式，污泥中的水分大致分為 4 類(lèi)：）間隙水：這是由大小污泥顆粒包圍著的游離水。它并不與固體直接被分離。間隙水一般占污泥總含水量的 65％～85％，是污泥濃縮的主）表面吸附水：這是由于表面張力作用所吸附的水分。表面吸附水用法去除比較困難，用混凝電解質(zhì)使膠體顆粒的電荷中和，顆粒凝聚，張力降低，表面吸附水隨之從顆粒上脫離。）毛細(xì)結(jié)合水：兩固體顆粒接觸表面之間、固體顆粒自身裂縫中存在，占污泥總含水量 15％～25％。重力濃縮不能將毛細(xì)結(jié)合水分離，而行；）顆粒內(nèi)部水：指主要包含在污泥中微生物細(xì)胞體內(nèi)的水分。由于微初沉泥內(nèi)部結(jié)合水少于二沉泥。要去除這部分水，必須破壞細(xì)胞膜，

圖 2-2 污泥恒溫干燥系統(tǒng)Fig.2-2. The thin layer sludge drying system2.2.2 實(shí)驗(yàn)材料實(shí)驗(yàn)采用的原生污泥取自廣州某造紙廠機(jī)械脫水后的污泥，已初步經(jīng)過(guò)機(jī)械脫水泥試樣的工業(yè)分析及元素分析結(jié)果見(jiàn)表 2-1。表 2-1 污泥試樣的工業(yè)分析及元素分析Table2-1 Ultimate (wt%, daf.) and proximate analyses (wt%, dB.) of paper sludge工業(yè)分析（wt%） 元素分析(wt%)（干基）試樣MtAd Vd FC C H O S N污泥 59.3 18.69 5.06 16.95 23.99 5.214 24.34 0.395 0.1432.2.3 實(shí)驗(yàn)步驟先把溫度上升到設(shè)定值，然后把平鋪污泥餅的金屬盒快速放到托盤(pán)上并關(guān)上干燥

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 張玉強(qiáng);周建輝;周學(xué)坤;夏興家;李新波;肖培蒙;;市政污泥干化焚燒工藝探討[J];干燥技術(shù)與設(shè)備;2011年06期

2 趙劍鋒;王增長(zhǎng);張弛;;低成本的污泥燃料合成方法[J];環(huán)境保護(hù)科學(xué);2012年03期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 王偉云;污泥間接薄層干燥與熱壓力耦合脫水干燥研究[D];大連理工大學(xué);2012年

2 李云玉;循環(huán)流化床一體化污泥焚燒工藝實(shí)驗(yàn)研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（工程熱物理研究所）;2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 劉凱;污泥干燥和熱重實(shí)驗(yàn)及動(dòng)力學(xué)模型分析[D];華南理工大學(xué);2011年

本文編號(hào)：2803608