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随着经济社会的高度发展,城市化程度的不断提高和城市人口的急剧增加,城市污水处理规模日益增大,污泥作为污水处理过程中不可避免的副产物也在逐年增加。然而,我国大部分污水厂产生的污泥并没有得到很好的稳定化、减量化、无害化和资源化处理,此外,污泥的热解制油技术由于需要的温度很高,且在热解制油前需要对污泥进行脱水处理,增加了整体能耗,不易在工业推广应用,水热液化则不需要进行污泥的干燥,同时微波预处理有助于改变污泥中的有机物,促进其在低温条件下分解。
因此本文以城市污水处理厂产生的污泥为原料,采用污泥中的水作为反应介质,结合微波预处理和污泥水热液化制油技术,以制取生物油为主要目的,对污泥经过微波预处理后水热液化制备生物油的液化行为进行分析,考察了不同液化温度、停留时间、预处理功率对液化产物分布的影响;探究不同微波预处理功率下,生物油、生物炭和气体的产物特性,分析微波预处理在各产物组分分布的影响;分析生物油和生物炭中的16种多环芳烃(PAHs)的形成与分布,并探究微波预处理对其产生的影响。
结果发现:温度和停留时间对水热液化产物的产率影响是显著的,在不添加微波预处理条件下,生物油的最佳产率在340℃和30min,可达30.4%,随着温度的升高,和停留时间的延长,生物油产率均表现出先增加后减少的趋势;当添加微波预处理后,微波预处理的添加会引起污泥中有机物的发生结构变化,适当的微波功率有助于污泥中有机成分转化为生物油,360W条件下生物油产率可达35.4%。同时,微波预处理的添加会提升生物油的品质,增加酯类和烃类物质的产生,降低有机酸和含氮化合物的产生,但是对于生物炭和气体的特性没有表现出明显的影响。
污泥直接水热液化过程中,温度的升高抑制了水热液化过程中生物油中多环芳烃的形成,但是停留时间的延长会促进多环芳烃的形成;微波预处理的添加,不论是温度的升高还是停留时间的延长,都会抑制生物油中多环芳烃的产生。
因此本文以城市污水处理厂产生的污泥为原料,采用污泥中的水作为反应介质,结合微波预处理和污泥水热液化制油技术,以制取生物油为主要目的,对污泥经过微波预处理后水热液化制备生物油的液化行为进行分析,考察了不同液化温度、停留时间、预处理功率对液化产物分布的影响;探究不同微波预处理功率下,生物油、生物炭和气体的产物特性,分析微波预处理在各产物组分分布的影响;分析生物油和生物炭中的16种多环芳烃(PAHs)的形成与分布,并探究微波预处理对其产生的影响。
结果发现:温度和停留时间对水热液化产物的产率影响是显著的,在不添加微波预处理条件下,生物油的最佳产率在340℃和30min,可达30.4%,随着温度的升高,和停留时间的延长,生物油产率均表现出先增加后减少的趋势;当添加微波预处理后,微波预处理的添加会引起污泥中有机物的发生结构变化,适当的微波功率有助于污泥中有机成分转化为生物油,360W条件下生物油产率可达35.4%。同时,微波预处理的添加会提升生物油的品质,增加酯类和烃类物质的产生,降低有机酸和含氮化合物的产生,但是对于生物炭和气体的特性没有表现出明显的影响。
污泥直接水热液化过程中,温度的升高抑制了水热液化过程中生物油中多环芳烃的形成,但是停留时间的延长会促进多环芳烃的形成;微波预处理的添加,不论是温度的升高还是停留时间的延长,都会抑制生物油中多环芳烃的产生。