微波热解污水污泥H_2S释放影响因素及其处理研究

【摘要】：城市化过程伴随着城市污水处理厂的大量建立，而污水污泥是城市污水处理的必然产物。污水处理过程随着科学技术发展，日趋成熟，污泥减量化、无害化、资源化成为城市污水处理过程新的瓶颈和关注热点，污泥微波热解过程因其有污泥减量效果明显，热解产物可资源化利用，热解速度快，有效固定重金属以及烟气污染小的特点成为国内外学者的研究热点。通过气相色谱技术检测热解过程中的气体浓度，排水法测定热解生物气的总体积，化学滴定法测定污水污泥及热解固体中含硫物质含量，研究了污水污泥微波热解过程中污泥性质（包括污泥种类、含水率）以及微波热解条件（热解终温、升温速率以及添加矿物催化剂）时H_2S气体产率的影响，充分利用矿物质的固硫作用和热解后固体物质的吸附能力，采用可循环利用的铜铁吸收法吸收和污泥吸附剂吸附两步工艺完成对H_2S气体的去除。 通过GC-MS分析，污水污泥微波热解后含硫气体种类有硫化氢、羰基硫、二硫化碳，以硫化氢为主。污泥本身性质和微波热解条件对污泥热解过程硫化氢气体产率均有影响，不同的污水处理工艺以及对污泥进行消化处理后，污泥中的物质含量和种类有所变化，硫化氢产率也有所不同；在一定含水率范围50%—80%内，硫化氢随着污泥含水率的增加而增加，含水率达到90%时，热解过程中的气体未能检出；微波热解条件中热解终温对硫化氢气体产率的影响最大，热解终温越高，热解生物气和硫化氢气体产率也越高，800℃时，1g干污泥产生热解生物气976.7mL，H_2S产率为5.86mg/g，还原性气体（H_2和CO）有利于H_2S的释放；升温速率越高，气体产率反而降低，采用90℃/min的升温速率升温到700℃，1g干污泥产生5.25mg硫化氢，而在微波炉升温模式“恒温模式”升温过程中，升温速率高达300℃/min，气体产率仅为5.21mg/g；矿物催化剂在微波热解污水污泥过程中可有效固硫，镍基催化剂固硫效果最好，800℃时，添加镍基催化剂时气体产率4.15mg/g，比不添加催化剂降低30%，添加白云石时气体产率5.72mg/g，降低约2.4%。 污水污泥微波热解过程中产生的H_2S等恶臭气体逸出，必将造成严重的大气污染，形成酸雨，腐蚀建筑物，污染土壤，危害人体健康，应用到固体氧化物燃料电池中影响电池寿命，必须加以控制。在湿污泥中加入一定量的CaO后能减少硫化氢气体的产生。铜铁吸收法对H_2S气体吸收效率高，回收单质硫，吸收液经空气氧化后可循环利用，无物料损失。不添加催化剂时污泥微波热解后固体残留组分比表面积高达596m2/g，孔体积高达0.256cm3/g，液氮吸附—解吸曲线表明，热解残留固体以微孔为主，且平均孔径接近H_2S分子直径，扫描电镜显示出固体残留物表面孔隙发达，对H_2S有良好的吸附效果。结合铜铁吸收—污泥质活性炭吸附两步工艺，实现对H_2S的完全去除，热解生物气满足《恶臭污染物排放标准》（GB14554-93）厂界排放限值，热解生物气可安全利用。 【关键词】：微波热解 污水污泥 硫化氢 影响因素 恶臭控制
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-24
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义10
• 1.2 污泥的来源和性质10-13
• 1.2.1 污泥的来源10-11
• 1.2.2 污泥的分类11-12
• 1.2.3 污泥的组成和性质12-13
• 1.2.4 污泥的危害13
• 1.3 污泥的处理处置与资源化利用现状13-16
• 1.3.1 污水污泥耗竭性处理处置技术13-14
• 1.3.2 污泥资源化处理处置技术14-16
• 1.4 污泥热解技术研究现状16-19
• 1.4.1 热解资源化利用现状16-17
• 1.4.2 污泥污泥微波热解释放 H_2S 气体研究现状17-19
• 1.5 硫化氢气体控制概述19-21
• 1.5.1 热解前处理19-20
• 1.5.2 热解后气体吸收20-21
• 1.6 课题研究的主要内容和意义21-24
• 1.6.1 课题研究的意义21-22
• 1.6.2 课题来源22
• 1.6.3 课题研究的主要内容22-24
• 第2章 实验材料与方法24-31
• 2.1 实验材料与仪器24-26
• 2.1.1 实验材料24-25
• 2.1.2 实验药品25
• 2.1.3 实验仪器及生产厂家25-26
• 2.2 实验方法26-31
• 2.2.1 污泥性质测定方法26-28
• 2.2.2 污水污泥微波热解并收集气体28
• 2.2.3 污泥热解生物气 H_2S 控制实验28-29
• 2.2.4 污泥热解气相组分的测定29
• 2.2.5 污泥热解固相组分性质测定29-31
• 第3章 污泥微波热解 H_2S 产率影响因素研究31-46
• 3.1 引言31
• 3.2 污泥性质研究31-34
• 3.3 微波热解条件对污泥热解过程 H_2S 产率影响34-38
• 3.3.1 热解终温的影响34-35
• 3.3.2 升温速率的影响35-37
• 3.3.3 矿物添加剂的影响37-38
• 3.4 污泥本身性质对污泥热解过程 H_2S 产率影响38-42
• 3.4.1 污泥含硫量的影响38-40
• 3.4.2 污泥含水率的影响40-42
• 3.5 污泥微波热解 H_2S 释放机理42-44
• 3.5.1 无机含硫化合物的热解反应42-43
• 3.5.2 有机含硫化合物的热解反应43-44
• 3.6 本章小结44-46
• 第4章 硫化氢气体的控制46-58
• 4.1 引言46
• 4.2 热解过程硫化氢随时间变化规律46-49
• 4.3 热解过程 H_2S 气体控制49-50
• 4.4 热解后的 H_2S 气体处理50-54
• 4.4.1 铜铁吸收液性质50
• 4.4.2 热解固体残留物性质50-54
• 4.5 硫化氢控制结果分析54-57
• 4.6 本章小结57-58
• 结论58-60
• 参考文献60-64
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果64-66
• 致谢66

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