工业污泥与木屑共热解过程及动力学分析毕业论文
2022-01-09 05:01
论文总字数：27643字
摘 要
目前，我国每年所产生的污泥量相当惊人。如果这些污泥不能得到及时的处理，它们对环境造成的危害后果将不堪设想。而目前应用较为广泛的传统污泥处理方式如焚烧、填埋等，极有可能会对环境造成二次污染。于是，为了避免污泥对人类的生存环境造成困扰，寻找新的清洁、高效的污泥处理技术就变得非常迫切。近几年来，污泥热解技术由于不产生二次污染的特点，成为了国内外学者研究的热点课题。
本文对工业污泥与木屑的共热解过程进行了研究，通过同步热分析仪探索了工业污泥与木屑的热解特性，探究了共热解过程的协同作用。通过选用不同的机理函数，拟合得出了热解过程的平均活化能和指前因子，并建立适当的模型对其进行了验证。
工业污泥单独热解过程可以分成四个阶段：首先为水分的析出阶段、然后为可生物降解挥发性小分子有机物的分解阶段以及高分子有机化合物的分解阶段，最终为焦炭转化阶段。与工业污泥单独热解不同的是，木屑分解只有三个阶段，分别为：水分的析出阶段、挥发分的析出阶段以及最终分解阶段。与工业污泥单独热解相比，木屑的加入能够改善样品的热解性质，提高其热解能力和热解效率。木屑的添加比例对共热解过程的交互作用也起着非常重要的作用。在反应过程中同时可能存在有抑制效应和加速效应。
工业污泥与木屑混合共热解能够明显的降低反应的活化能，改善热解特性，从而提高反应效率。
关键词：工业污泥 木屑 热解 动力学 协同作用
The co-pyrolysis process and kinetic analysis of industrial sludge and wood chips
Abstract
At present, the amount of sludge produced every year in China is quite astonishing.If the sludge is not treated in a timely manner, the harm it will cause to the environment will be unimaginable.At present, traditional sludge trEatment methods such as incineration and landfill, which are widely used, are likely to cause secondary pollution to the environment.Therefore, in order to avoid the trouble caused by sludge to human's living environment, it is very urgent to find a new clEan and efficient sludge trEatment technology.In recent yEars, sludge pyrolysis technology has become a hot topic for scholars at home and abroad because it does not produce secondary pollution.
In this paper, the co-pyrolysis process of industrial sludge and wood chips was studied. The pyrolysis characteristics of industrial sludge and wood chips were explored through the synchronous thermal analyzer, and the synergistic effect of the co-pyrolysis process was explored.Through the selection of different mechanism functions, the average activation energy and the pre-index factor of the pyrolysis process were obtained by fitting, and an appropriate model was established to verify them.
The separate pyrolysis process of industrial sludge can be divided into four stages: firstly, the precipitation stage of water, then the decomposition stage of biodegradable volatile small molecule organic compounds and the decomposition stage of macromolecule organic compounds, and finally the coke conversion stage.Different from the separate pyrolysis of industrial sludge, there are only three stages for the decomposition of wood chips, namely, the precipitation stage of water, the precipitation stage of volatiles and the final decomposition stage.Compared with the individual pyrolysis of industrial sludge, the addition of wood chips can improve the pyrolysis properties of samples, improve their pyrolysis ability and pyrolysis efficiency.The addition ratio of sawdust also plays a very important role in the interaction of the co-pyrolysis process.There may be both inhibitory and accelerating effects in the reaction process.
The co-pyrolysis of industrial sludge and wood chips can significantly reduce the activation energy of the reaction, improve the pyrolysis characteristics, and thus improve the rEaction efficiency.
KEYWORDS:Industrial sludge;Wood chips;pyrolysis;dynamics;Synergetic effect
目录
工业污泥与木屑共热解过程及动力学分析 I
摘 要 I
The co-pyrolysis process and kinetic analysis of industrial sludge and wood chips I
Abstract II
目录 I
第一章 绪论 1
1.1课题研究背景和意义 1
1.2工业污泥的来源及处置方法 2
1.2.1工业污泥的来源 2
1.2.2工业污泥的组成特点 2
1.2.3工业污泥的处理方法 2
1.3污泥热解研究进展 4
1.4本文的研究内容和技术路线 5
1.4.1本文的研究内容 5
1.4.2本文的技术路线 5
第二章 实验原料理化特性分析 6
2.1前言 6
2.2实验原料 6
2.3实验仪器及分析方法 6
2.3.1工业分析 6
2.3.2元素分析 7
2.4实验结果与分析 7
2.5本章小结 8
第三章 工业污泥与木屑共热解特性分析 9
3.1前言 9
3.2实验仪器 9
3.3分析方法 9
3.3.1协同作用 9
3.3.2热解特性指数 10
3.4实验结果与分析 10
3.4.1工业污泥单独热解 10
3.4.2木屑单独热解 11
3.4.3工业污泥与木屑共热解 12
3.4.4共热解协同作用分析 15
3.5本章小结 16
第四章 工业污泥与木屑共热解动力学特性与模型研究 18
4.1前言 18
4.2动力学假设条件和基本方程 18
4.3热解动力学参数的计算 20
4.4实验结果与讨论 21
4.4.1工业污泥单独热解动力学特性 21
4.4.2木屑单独热解动力学特性 24
4.4.3工业污泥与木屑共热解动力学特性 24
4.5本章小结 26
第五章 结论与展望 28
5.1结论 28
5.2展望 29
致谢 32
第一章 绪论
1.1课题研究背景和意义
随着我国社会工业化程度的提高，国家向全面小康社会的迈进，人民的生活水平得到了极大的改善，人们对环境质量的要求也变得更加苛刻。随着工业污水与城市污水处理量的与日俱增，我国污泥产量也是一个庞大的数字。有关资料预测，我国的污泥产量到2020年极有可能达到6000万吨。目前我国污泥处理技术与处理量与发达国家相比还有较大差距，如果不把污泥进行规范处置，其对环境造成的危害很可能会抵消处理污水对环境所起的正面效果。污泥成分复杂，里面含有多种有机物和矿物质，同时里面也含有难降解的有机物、重金属，甚至寄生虫和致病菌等多种有毒有害物质[1]。
固体废弃物资源化是指采取管理和工艺措施从固体废弃物中回收物质和能源，加速物质和能量的循环，创造经济价值的技术方法[2]。原来的固废污染物通过资源化处置得到了重复利用，这不仅能够减少污染物对环境造成的危害，而且使本来的废物得到重新利用，这在节约资源的同时，还有利于社会的可持续发展。
污泥“资源化、减量化和无害化”的处理方式有卫生填埋、土地利用、焚烧、干化、污泥碳化和污泥热解等[3],其中污泥热解技术的优点有很多，其中就包括热解产物多元化、可以对污泥热解产物进行资源化利用等，因而该技术日益受到重视。
污泥热解技术[4]是指将污泥在常压无氧或低于理论氧气量的条件下加热干燥至一定温度（高温500℃-1000℃,低温lt;500℃）,其中的脂类物质和蛋白质等有机物在干馏和热分解作用下转变为碳氢化合物,最终热解产物为不凝性气体、反应水、热解炭和热解油等,热解部分的产物还可以燃烧释放热量，用于对之后的污泥进行干燥和热解,剩余能量则以油的形式进行回收利用。所以对污泥与生物质的共热解过程及动力学分析进行研究是国内外把污泥进行资源化利用的一个新的趋势[5]。
1.2工业污泥的来源及处置方法
1.2.1工业污泥的来源
一般工业污泥主要来源于[6]电子、机械、工业等工业企业和城镇污水处理厂处理过程中所产生的物化或生化污泥。由于不同行业、企业生产的产品和工艺的不同，所以其废水水质会有差异，从而导致污泥的成分也会不尽相同。但总体来说，一般工业污泥具有臭味重、易腐败、含水量高、有机质含量高且含有较多的无机物等特点，同时里面还含有大量的病原体、寄生虫卵等有毒有害物质以及低浓度的Cu、Zn等重金属无机污染物和难降解的有机污染物。
1.2.2工业污泥的组成特点
王裕明[7]等通过对桐君阁制药、铜梁造纸、重庆啤酒三种工业污泥以及它们的五种不同混合物进行热重分析及动力学分析，获得了污泥的各种成分占比如表1-1所示。
表1-1工业污泥的工业分析和元素分析
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