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污泥是污水处理过程产生的二次产物,它是一种介于固体和液体之间的混合物,很难进行固液分离。随着社会和经济的发展,全国各城市加大了对污水处理的投入,污泥的产量也逐渐增多,由此带来的环境污染问题越来越被关注,如何有效的处置污泥成为了环保界关注的焦点。由于污泥本身的性质比较复杂,如果不妥善处置,会造成严重的二次污染。传统的污泥处置方式如填埋、堆肥、焚烧、投海等各有自身的缺点,使得污泥的处置逐渐寻求新的方式。近年来,垃圾衍生燃料(RDF)技术在处置固体垃圾方面取得了较好的成果。本论文将垃圾衍生燃料技术应用于污泥的处置,研究了污泥的基本性质和脱水干化的最佳条件,以及污泥燃烧过程中产生的污染排放物的特性和控制方法,并对污泥作为燃料利用的经济可行性进行了分析。
将污泥的基本性质进行分析并研究了污泥在脱水干化过程中含水率、热值等的变化情况,探寻了污泥干化的最佳时间和温度,考察了污泥与煤的一些基本性质以及污泥与煤混和燃烧的特性。结果表明,污泥在不同温度下干化4h后,含水率降到10%以下,并且趋于稳定值;发热量在干化4h后均达到18MJ/kg,继续延长加热时间,发热量不变。通过将污泥在105和150℃下分别干化,发现污泥中可燃的有效成分基本没有发生变化,发热量变化较小,只是高温条件下干化,污泥颗粒表面变得更加粗糙,并且有鳞片状物质生成。污泥与煤粉具有不同的形貌结构和燃烧过程。前者形状不规则,颗粒松散粗糙,并且有较多的孔结构;而后者有较规则的形状,固体颗粒致密,表面光滑,没有孔结构。这也是污泥比煤容易燃烧,而煤比污泥耐烧的原因;污泥燃烧过程中主要以挥发分燃烧为主,而煤的燃烧过程中,固定碳的燃烧起主要作用。
分析污泥在微型流化床中燃烧情况,研究了污泥燃烧过程中污染气体的排放特性,并考察了加入添加剂后污泥燃烧排放气体的变化规律。结果表明,污泥在燃烧过程中不同的气体产生的时间几乎是同时的,这主要是因为反应是在900℃的高温下进行的,样品升温速率较快,瞬间燃烧,因此反应物质中各种组分热分解的难易程度几乎没有差别,所以气体释放时间上比较接近。实验选取氧化钙为添加剂来抑制污泥燃烧过程中污染气体的排放,结果发现,在添加氧化钙的比例为nCa∶nS=2∶1和nCa∶nS=4∶1(物质的量之比)时,二氧化硫和氮氧化物的浓度均有所降低。添加剂氧化钙由于不能进行燃烧,所以在加入到污泥中时,使得污泥的热值有所降低。
将污泥燃烧灰渣中的重金属及灰渣形貌特征进行了研究,并对污泥质燃料的经济可行性进行了分析。结果表明,污泥燃烧灰渣中重金属含量较高,但是浸出毒性实验中重金属含量未超标。污泥灰渣的结构比煤松散,且表面有较多的孔结构,因此可以利用灰渣的这种结构将其制成吸附剂,用来吸附有机物和重金属。通过应用费用—效益的方法来评价污泥质燃料的生产情况得出,生产污泥质燃料在10年内的净效益是大于0的,说明此项目是可行的。