【摘 要】
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本文采用广州市某污水处理厂的污泥为研究对象,在管式炉中进行污泥焚烧实验。通过测定污泥在不同条件下焚烧产生的酸性气体(HCl)与挥发性有机物(VOCs)。结合热重分析(TG),在空气气氛下量化污泥焚烧特性,分析污泥焚烧阶段特征。利用分布式活化能模型(DEAM)和Flynn-Wall-Ozawa(FWO)估算污泥的活化能(Ea),确定热解性能和热力学参数。在模拟现有典型污泥焚烧工况的条件下,采用单一变
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本文采用广州市某污水处理厂的污泥为研究对象,在管式炉中进行污泥焚烧实验。通过测定污泥在不同条件下焚烧产生的酸性气体(HCl)与挥发性有机物(VOCs)。结合热重分析(TG),在空气气氛下量化污泥焚烧特性,分析污泥焚烧阶段特征。利用分布式活化能模型(DEAM)和Flynn-Wall-Ozawa(FWO)估算污泥的活化能(Ea),确定热解性能和热力学参数。在模拟现有典型污泥焚烧工况的条件下,采用单一变量法考察Ca(OH)2添加量、焚烧温度、污泥含水率、污泥粒径等因素对HCl与VOCs释放规律的影响。研究成果预期能为污泥焚烧烟气污染控制提供技术和理论储备,对推动污泥焚烧处置技术发展具有一定意义。主要研究结论如下:(1)污泥在空气气氛中的燃烧大致可分为3个阶段,其质量损失分别为3.738%、33.646%和0.260%。升温速率对污泥焚烧过程基本没有影响。污泥在四种加热速率下的S、C和Di均随着升温速率的增加而逐渐增加。S、C和Di在四种升温速率下的范围分别为0.373-6.716×10-7%~2/(min~2·k~3)、5.136-24.300×10-5%/(min·k~2)和0.249-25.815×10-2%/min~3。(2)空气气氛条件下FWO和DEAM计算的Ea值分别为53.875和50.298k J/mol。FWO和DEAM均能很好的计算出污泥燃烧的活化能可以由R~2平均值分别为0.9616和0.9531看出。FWO和DEAM计算的ΔH均值分别为51.132和47.570 k J/mol。(3)添加Ca(OH)2可以对污泥焚烧过程中的HCl起到很好的抑制作用。当Ca(OH)2添加量为40%时,HCl的生成量减少到4.800 mg/m~3,其捕集效率达到67.45%。温度、水分含量对HCl析出起促进作用。温度变化从750℃增加至950℃,HCl的捕集效率由90.52%降低到45.22%。污泥含水率由5%增加到50%时,HCl的捕集效率由79.81%逐渐减小到62.87%。随着污泥粒径的逐渐减小,HCl的析出量呈现先减小后增加的趋势,HCl捕集效率先增加后减小。在污泥粒径为380-250μm时,HCl的析出量达到最低值2.776 mg/m~3,最高的捕集效率为79.81%。无机氯不是HCl的主要来源。随着Na Cl添加量的增加,HCl的析出量变化较小,PVC则相反。(4)在不添加氢氧化钙的条件下,污泥焚烧产生的VOCs总含量为2421.161μg/m~3,添加氢氧化钙之后污泥焚烧过程中VOCs的含量明显减少。当焚烧温度从550℃逐渐增加至850℃时,VOCs总量由3076.906μg/m~3减小到1277.105μg/m~3。粒径与含水率对污泥焚烧产生的VOCs总量影响不大。随粒径从1700-830μm变化到180-150μm,芳香族化合物的浓度范围为1181.949-1202.181μg/m~3。(5)在污泥焚烧过程中,不同种类VOCs的OFP贡献程度大小排序为芳香族化合物>其他类物质>烷烃、烯烃类物质>含氯有机物。其中芳香族化合物的OFP贡献率高达91.46%,其他类物质的OFP贡献率为4.96%,烷烃、烯烃类物质的OFP贡献率为1.88%,含氯有机物的OFP贡献率为1.70%。
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