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城市污水厂污泥衍生燃料成型的研究-地埋式污水处理设备一体化
浏览: 发布日期:2018-03-15

摘要:研究了污泥初始含水率、助燃剂锯末、煤粉的添加量、粘结剂粉煤灰添加量对污泥衍生燃料样品的成型率和抗压强度的影响。结果表明,对于不同助燃剂,其混合物的可成型含水率范围不同。添加锯末的混合物含水率在33%~58%之间,成型率从20%上升至80%;添加煤粉的混合物含水率在30%~47%之间,成型率变化不大,约为20%~40%。在相同的污泥含水率下。以锯末作为助燃强度降低:而添加煤粉时,助燃剂添加量降低,抗压强度反而升高。添加锯末的燃料样品。其成型特性明显优于添加煤粉的燃料样品。添加粉煤灰,有利于样品成型率提高,但会降低其抗压强度。粉煤灰的最佳添加比例为4%。
关键词:污泥;衍生燃料:成型特性
污水处理过程中产生大量的污泥,污泥的处理处置已成为环境领域内研究的热点。污泥焚烧作为污泥处置的重要手段,在欧美及日本得到越来越多的应用。污泥直接焚烧,存在着处理率低、能耗高、稳定性差、存在二次污染等问题。向污泥中添加一定量的助燃剂、固硫剂、防腐剂等,制成污泥衍生燃料,不仅便于运输,而且可以改善燃料性能,控制二次污染,具有可观的经济效益。蒋建国、胡光埙、汪恂等对污泥合成衍燃料进行了相关研究。Dospoy等采用造纸污泥、煤粉和塑料混合制成衍生燃料并投入工程应用。燃料制品应具有一定的抗压强度,不仅便于保存和运输,更利于制品在焚烧炉中保持稳定的骨架结构,得以充分燃烧。美国一研究机构用污泥固体掺加一定量的石灰及水溶性有机粘结剂(如糖浆)制成成型燃料,能承负运送处理而不发生破裂,可衍生体以在固定床或移动床气化炉中燃烧,其中污泥的掺加比例在50%以上。一些学者研究了生物质衍生燃料的成型特性,如成型压力、原料含水量、原料组分等对其的影响。过去的污泥衍生燃料制备中,助燃剂以煤为主,且污泥添加量小。本研究考察了煤粉和锯末2种助燃剂及其添加量、污泥初始含水率、粘结剂粉煤灰的添加量对污泥衍生燃料制品成型率和抗压强度的影响,从而为衍生燃料配方的确定和工艺设计提供基础。
1材料与方法
1.1材料与设备
实验用脱水泥饼取自北京市高碑店污水处理厂脱水机房。锯末取自某木材加工厂,煤粉基础。为燃煤电厂用煤。实验材料的基本特性见表1。 造粒设备为KPl20型平模辊压造粒机。抗压强度测定采用ZWICKZ005型万能材料试验机。
表1实验材料基本特性分析结果

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1.2实验方法
实验流程如图1所示。脱水泥饼经部分干燥后,与一定量的添加剂(助燃剂、防腐剂、粘结剂)充分混合。混合物利用平模辊压造粒机造粒产生长l~2cm,直径5~8mm的圆柱形颗粒,再经二次干燥(自然晾干或低温烘干)即可得到污泥衍生燃料成品。

图1实验流程
1.2.1混合物成型前含水率、助燃剂种类及添加量对污泥衍生燃料成型的影响按照表2的配比加入一定比例的助燃剂及5%(如无特殊说明,添加剂比例均按g/g干污泥计)的防腐剂,将材料混合造粒。其中,所添加的污泥是对原泥进行热风干燥后获得,其含水率采用减重法计算得到。混合物成型前含水率通过实验测定得到。
将样品自然通风2~3d,充分干燥后,过5mm圆孔筛,称取筛上物的质量,用筛上物质量/总质量,得到成型率。
按照成品的长度进行分类,测定不同长度范围内(<1.0cm,1~1.5cm,1.5~2.0cm,>2.0cm)的成品质量占总质量的比例。
利用万能材料试验机测定干燥样品的轴向抗压强度。
1.2.2粘结剂(粉煤灰)添加量对污泥衍生燃料成型的影响将一定量污泥烘至含水率为50%,加入50%煤粉、5%防腐剂以及0、2%、4%、6%、8%的粉煤灰,其中,各添加剂的投加比例按g/g干污泥计算。将材料混合造粒,干燥后判断其成型性。
表2污泥衍生燃料实验配比方案

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2结果与分析
2.1混合物成型前含水率对成型效果的影响

城市污水厂污泥衍生燃料成型的研究-地埋式污水处理设备一体化


图2混合物成型前含水率与成型率关系
混合物成型前含水率对成型效果有影响。混合物中适量的水可以使颗粒表面润湿,增加颗粒之间的粘合力,有助于混合物的成型。但是,当混合物含水率过低时会因粘结力不够而无法成型,当含水率过高时,大量水分填充在颗粒物之间,使颗粒层易滑动,也不利于成型。因此,在造粒时,不同材料存在着最适合成型的含水率范围。
图2为添加不同助燃剂后混合物成型前含水率与成型率的关系。添加不同助燃剂,混合物的成型特性存在较大差别。由图2(a)可见,添加锯末的混合物,其适合成型的含水率范围为33%~58%,在此范围内,混合物含水率的增加,有利于添加锯末的样品成型。随着混合物含水率从33%增加至40%,成型率迅速从20%上升至60%;当混合物含水率从40%增至58%后,成型率缓慢增加。随着含水率的进一步提高,混合物粘着于造粒机内壁,无法成型。

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