城市污泥热解和燃烧特性与动力学研究

论文摘要

本研究采用了德国耐驰公司STA 409 pc热重分析仪,对三个不同粒径的污泥颗粒（d < 0.25 mm, 0.25 mm < d < 0.83 mm and d > 0.83 mm）以升温速率5、20和35℃min-1在纯氮和空气气氛下进行实验。我们对污泥进行了红外分析,确定了污泥的官能团组成。一种采用MATLAB 7.11.0 （R2010b）里面的surface fitting tool进行平面拟合的动力学参数计算的新方法被采纳,并计算了相关的动力学参数。研究结果表明,污泥的热解可以分为三个阶段:水析出阶段（100～180℃）、挥发份热解阶段（205～550℃）和部分难挥发有机物与无机物的降解阶段（550～900℃）,而污泥的燃烧可以分为四个阶段:水析出阶段（100～180℃）、挥发份的燃烧阶段（180～475℃）、碳燃烧阶段（475～595℃）和无机盐分解阶段（595～900℃）;粒径为d<0.25mm的污泥颗粒热解获得最大质量损失率;比较污泥热解到350℃（热解第二阶段获得最大反应速率时的温度）和730℃（热解第三阶段获得最大反应速率时的温度）的残余物的傅里叶红外光谱图,可以得出在热解第二阶段,含有的化合物热解成气体,只剩下少部分含有CH、OH和COOH的物质;比较不同粒径下污泥热解第二阶段活化能约为48 kJ/mol,反应级数在1.5～1.8之间,燃烧第二阶段的活化能约在33 kJ/mol,反应级数0.3～1.4之间,燃烧第三阶段活化能约为176 kJ/mol,反应级数1.1～1.3之间,发现不同粒径污泥热解第二阶段不存在明显差异,而对于燃烧的第二阶段来说,粒径影响比较明显,对第三阶段没有明显影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 污泥概述
• 1.1.1 城市污泥的来源与分类
• 1.1.2 污泥的组成及特点
• 1.1.3 污泥对环境的影响
• 1.2 污泥处理处置现状与技术
• 1.2.1 污泥处理处置现状
• 1.2.2 污泥处理处置技术
• 1.3 污泥的热解和燃烧的研究情况
• 1.3.1 热重分析仪
• 1.3.2 热重曲线
• 1.3.3 影响热重曲线的因素
• 1.3.4 污泥热解和燃烧国内外研究情况
• 1.4 本文研究内容
• 第2章 城市污泥热解研究
• 2.1 实验过程
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 热解实验
• 2.2 实验结果和讨论
• 2.2.1 FTIR 分析
• 2.3 热解分析
• 2.3.1 不同粒径污泥热解特性
• 2.3.2 不同加热速率污泥热解特性
• 2.4 动力学参数计算与分析
• 2.5 动力学参数计算分析
• 2.6 小结
• 第3章 城市污泥燃烧研究
• 3.1 实验过程
• 3.1.1 实验材料和过程
• 3.1.2 污泥燃烧实验
• 3.2 污泥燃烧分析
• 3.2.1 不同粒径污泥燃烧特性
• 3.2.2 不同加热速率污泥燃烧特性
• 3.3 动力学参数计算与分析
• 3.4 结论
• 第4章 热解和燃烧以及新旧方法的对比研究
• 4.1 城市污泥热解和燃烧对比分析
• 4.1.1 热解和燃烧特性比较分析
• 4.1.2 热解和燃烧动力学参数对比分析
• 4.2 动力学参数计算新旧方法对比研究
• 4.2.1 传统积分计算方法
• 4.2.2 小结
• 结论
• 结论部分
• 今后研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 攻读学位期间发表的学术论文目录