利用碱性物质对污泥改性制备污泥水煤浆的实验研究

针对污泥水分高、表面亲水性官能团多、持水性强、难以直接与煤掺混制备水煤浆的特性,进行了添加碱性物质对污泥改性制备污泥水煤浆的研究。结果表明,污泥经NaOH改性后,与煤掺混可以制备出浓度较高、黏度、流动性均好的污泥煤浆。同时发现,选用碱性造纸黑液改性污泥,不仅可以制备出性能好的污泥煤浆,而且可以节约制浆用水、添加剂,减轻了造纸黑液对环境造成的污染。

流体激波污泥改性工艺提高污泥水煤浆浓度的研究

利用碱性物质对污泥改性的基础上,采用流体激波改性工艺进行了提高污泥水煤浆浓度的研究。结果表明:与单独用碱性物质相比,采用以上组合方式对污泥进行改性大大提高了污泥改性效果。主要表现在经流体激波改性后,改性污泥黏度大幅下降,流动性明显改善;其次,经流体激波改性制备的污泥煤浆性能与单纯碱性物质改性相比,浓度至少提高了2.5%。这主要是因为污泥经流体激波改性后,在高压和超细粉碎的作用下,污泥中的聚丙烯酰胺部分降解,释放出部分自由水,改善了污泥成浆性,从而使污泥煤浆浓度进一步提高。

湿磨工艺制备污泥水煤浆中污泥对粒度的影响

通过正交实验考察湿磨工艺制备污泥水煤浆的粒度分布情况,并对比平行实验条件下制备水煤浆的粒度数据。研究发现,污泥的掺混均增加了浆体中细颗粒的累积分布,其中干污泥比湿污泥更有利于细颗粒的产生;湿磨时间对污泥水煤浆粒度的影响大于分散剂添加量的影响;此外,高比例的细粒度分布也成为污泥水煤浆粘度增加,成浆性降低的影响因素之一。

NaOH改性污泥制备污泥水煤浆的成浆机理研究

采用NaOH对污泥进行改性;并通过Zeta电位、扫描电子显微镜和红外光谱等手段来考察改性前后污泥性质的改变。结果发现污泥在经NaOH处理后,电负性得到增强,孔隙结构减少,空间网状的絮凝体结构被破坏,亲水性官能团减少。对比成浆实验发现,污泥水煤浆的定黏浓度为61.75%,而改性污泥水煤浆的定黏浓度则可以提高到65.02%,且具有更好的流变特性。

污泥水煤浆全生命周期综合评价

为了客观评价在水煤浆中掺入污泥的综合效果,以污泥水煤浆为研究对象,建立全生命周期综合评价模型,以对外供应1 t蒸汽为最终目标,以煤炭准备—水煤浆生产—水煤浆利用(普通水煤浆路线)为基准路线,对比评价煤炭、污泥准备—污泥水煤浆生产—污泥水煤浆利用(污泥水煤浆路线)全过程的技术性、经济性和环境效益。评价认为,污泥水煤浆路线全过程能源效率85.40%,全过程消耗煤炭135.69 kg、污泥32.94 kg、新鲜水487.44 kg,全过程投资8.10元,全过程成本129.08元,全过程废水、烟尘、SO2、NOx排放基本与普通水煤浆路线相当。

热重-红外联用分析污泥水煤浆的气化特性

利用热重-红外联用仪对城市污泥、神华煤水煤浆及污泥水煤浆的气化特性进行了分析,考察了污泥对神华煤水煤浆气化特性的影响。结果表明:污泥和神华煤基础性质不同,气化过程中两者总失重率、失重速率和气化起始温度存在明显差异;污泥反应后的气体产物中含有少量的烃类物质,且污泥产生CO的初始温度和含量均低于神华煤水煤浆;污泥水煤浆的气化起始温度因污泥的掺入降低约30℃,随着污泥掺混比例的提高,污泥水煤浆的气化起始温度逐渐降低,反应完成所需的时间逐渐减少,反应特性指数Rs逐渐增大。通过对污泥碱性指数B的计算,可以看出污泥的"碱性指数"B>1,说明污泥对污泥水煤浆气化具有促进作用。

废润滑油对城市污泥水煤浆成浆性能的影响机制

城市污泥焚烧不仅能有效控制污泥处理过程中的二次污染,还能充分利用污泥的热值。但直接将城市污泥添加至水煤浆,会降低其流动性和发热量,不利于水煤浆的气化或燃烧。由于废润滑油具有较高的发热量和较好的流动性,利用废润滑油与污泥水煤浆进行掺混,提高污泥水煤浆的发热量并改善其流动性。实验结果表明:泥油比(质量比)为1.0时,随着干基污泥质量分数从0增到12%时,水煤浆表观黏度逐渐减小;泥油比为1.1时,水煤浆表观黏度呈先增加后减小的变化规律,干基污泥质量分数为3%时,水煤浆表观黏度最大。污泥水煤浆表观黏度随泥油比的增加而增加。水煤浆发热量为17.42 MJ/kg、泥油比为1.0时,干基污泥质量分数从0增到6%,水煤浆的表观黏度从714 mPa·s降低到340 mPa·s,降幅约为52.3%。红外光谱分析显示,污泥和煤粉被废润滑油浸泡后,非极性官能团峰明显增强,而极性官能团峰明显减弱。X射线能谱分析显示,经废润滑油浸泡后,污泥和煤粉的O/C原子比分别从0.88和0.23急剧降至0.04和0.08,其C-H/C-C含量分别从53.98%和70.44%增到93.24%和86.83%。润湿性分析显示,经废润滑油浸泡后,污泥和煤粉的接触角分别从69.5°和63.4°增加到101.3°和94.2°,且接触角基本不随接触时间的增加发生变化。废润滑油的长链烷烃和苯环可吸附在煤粉与污泥表面,减少煤粉与污泥表面的亲水位点,从而促进污泥和煤粉在分散剂的作用下形成较完整的水化膜,这是废润滑油改善污泥水煤浆成浆性能的主要原因。

化工污泥水煤浆成浆性能的影响因素研究

对改性后化工污泥与煤掺混配制污泥水煤浆(S-CWS)成浆性能的各种可能的影响因素进行了研究。结果表明,煤粉粒度比200目以下、80~200目以及40~80目为6:3:1,添加剂的量为0.6g,污泥添加量为12%左右,可以得到成浆性较好的污泥水煤浆;适当提高温度,pH,可以降低污泥水煤浆粘度。

双锥燃烧器燃用污泥水煤浆的燃烧特性和数值模拟

为促进城市污泥的资源化利用,解决污泥物理处置中存在的二次污染问题,以及传统污泥干化焚烧中干燥成本高的问题,提出了将污泥浆与煤粉掺混制备污泥水煤浆,利用具有强化燃烧功能的中心逆喷双锥燃烧器燃烧的技术思路。通过热重分析试验对比了煤粉、水煤浆、污泥水煤浆的燃烧特性,并利用数值模拟研究污泥水煤浆在双锥燃烧器上的燃烧特性,通过降低二次风量、提高二次风旋流强度及二次风温度等强化燃烧的措施,研究污泥水煤浆在双锥燃烧器上应用的可行性。污泥水煤浆的基础燃烧特性试验结果表明,水煤浆中水分超过35%,除影响燃料热值外,水蒸发吸热是影响污泥水煤浆燃烧过程着火和燃尽的关键因素。由于水分的存在,水煤浆起始着火温度高于煤粉11. 3℃,燃尽温度低于煤粉13. 6℃,其最大吸热速率为0. 504 k W/kg,占水煤浆最大放热速率的56. 05%,总吸热量为1. 917 MJ/kg,占燃烧放热量的9. 94%;掺烧20%污泥时,污泥水煤浆起始着火温度高于水煤浆12. 3℃,燃尽温度低59. 1℃,水蒸发吸热量为0. 546 kW/kg,比水煤浆燃烧高8. 4%,总放热量为16. 88 MJ/kg,比水煤浆燃烧低12. 5%。通过采用双DPM的离散相数值模拟模型,充分考虑污泥水煤浆燃烧时水蒸发过程的影响,对污泥水煤浆燃烧的数值模拟更接近实际结果。14 MW双锥燃烧器的污泥水煤浆燃烧模拟结果表明,直接使用现有双锥燃烧器无法实现污泥水煤浆的稳定燃烧,仅可燃烧水含量为25%左右的污泥水煤浆。污泥水煤浆中水含量由0增至35%时,平均每提高1%水含量,燃烧器出口温度下降7. 95℃,燃烧器内平均温度下降7. 69℃;水含量为35%时,燃烧器内平均温度降低269℃,燃烧器出口平均温度降低278℃。污泥水煤浆在双锥燃烧器内的燃烧,可通过降低二次风量、增加二次风旋流强度、提高二次风温度等强化燃烧措施实现。二次风旋流强度由1变为2时,燃烧器出口平均温度提高20℃,二次风量减少为理论空气量的0. 6,燃烧出口平均温度提高203℃,综合使用降低二次风量、增加旋流强度和提高二次风温的措施后,燃烧器出口平均温度提高289℃,基本接近该燃烧器燃用煤粉时的燃烧条件,双锥燃烧器基本可达到稳定燃烧污泥水煤浆的目的。

两种不同污泥对水煤浆成浆性能的影响研究

基于污泥含水率高、有一定热值的特点,选择两种化工生产中产生的污泥,分别与水煤浆气化所用的原料煤掺配,考察不同掺配比例对水煤浆成浆性能的影响;使用NaOH溶液对污泥进行改性,考察改性后的污泥对水煤浆成浆性能的影响.结果表明,随着污泥加入量的增加,水煤浆的黏度增大,流动性变差;改性后污泥,可降低水煤浆的黏度;当水煤浆的质量分数达61%左右时,两种改性污泥的质量分数分别为6%,8%.污泥加入量对水煤浆的灰分熔点、煤灰成分影响不大,满足工业生产要求.

污泥水煤浆的基础特性研究

通过与纯水煤浆的对比实验,分析了污泥添加量对水煤浆流变性、稳定性及燃烧等基础特性的影响。结果表明,在污泥添加比例为5%～10%,分散剂用量为0.6%～1.2%,稳定剂用量为0.1%的情况下,可以得到流变性和稳定性良好的污泥水煤浆。随着水煤浆中污泥添加比例的提高,着火温度Ti降低,燃尽温度提前,燃烧特性变好。管式炉中燃烧实验表明,试样中硫析出率随温度的升高而增大,而污泥水煤浆比纯水煤浆具有更好的固硫效果。

污泥水煤浆在3.2MW卧式锅炉中的燃烧特性研究

在3.2MW卧式炉中对污泥水煤浆和大同烟煤水煤浆进行对比燃烧试验,研究了煤浆的着火、温度场及燃烧效率等特性,并考察了污泥水煤浆工业应用的可行性.结果表明,掺混10%污泥的水煤浆着火容易,炉膛主燃烧区域火焰温度可达到1200～1300℃;污泥水煤浆燃烧时炉膛火焰分布均匀,火焰充满度较好;水分析出使颗粒表面分布大量气孔,有利于颗粒的进一步燃烧和燃尽;炉内颗粒物含碳量沿炉膛轴向逐渐降低,燃烧效率可达99.75%.总体上看,污泥水煤浆燃烧状况较理想,部分特性优于烟煤水煤浆,这为城市污泥资源化利用提供了一条可行的新途径.

利用城市污泥制备水煤浆的实验研究

利用干湿污泥制备污泥水煤浆,考察污泥的添加量对水煤浆成浆特性的影响。针对湿污泥水分高,直接与煤掺混制备水煤浆无法得到高品质浆体的特点,进行了添加碱性物质对湿污泥改性制备污泥水煤浆的实验,改性剂分别选用Na OH、KOH、Ca(OH)2、K2CO3,通过加碱改性实验找到最佳改性条件。结果表明,干污泥添加量在10%时,可以得到成浆特性良好、浓度较高的污泥水煤浆;湿污泥在KOH用量为15%,处理时间为1 h的条件下,制备所得污泥水煤浆的成浆浓度最大。

工业污泥废水水煤浆成浆性的研究

采用工业污泥、印染废水和神华集团的神华配煤制备工业污泥废水水煤浆,研究其成浆性能,结果表明:在污泥水煤浆添加剂添加量为0.8%,污泥添加剂量为10%,能够制备出浓度合理、表观黏度小于1200 m Pa·s的水煤浆,且浆体流动性和稳定性好;工业污泥废水水煤浆为工业污泥和印染废水的资源化利用提供了一条切实可行的新途径,真正实现了节能减排的目的。

高压均质改性污泥对水煤浆成浆性的影响研究

为实现污泥的资源化利用,利用强碱性物质对污泥进行改性,通过污泥改性机的高压均质作用后将污泥掺入煤中制备高浓度污泥煤浆,研究了改性污泥对煤浆成浆浓度、黏度、流动性及稳定性等性能的影响。结果表明,0.5%Na OH加入到污泥中黏度为251 m Pa·s,1.0%Na OH添加量时污泥黏度为244 m Pa·s,过量Na OH对污泥作用不明显。经过污泥改性机高压均质后的污泥黏度为251m Pa·s,电动搅拌后的污泥黏度为337 m Pa·s,污泥改性机对污泥改性作用突出。Na OH占污泥配比0.5%,污泥添加量5%,添加剂比例0.5%,粗细粉质量比80∶20时,污泥煤浆成浆浓度最高为59.8%,流动性和稳定性均达到A级,成浆性最好。

基于污泥煤浆的污泥调质与浓缩脱水实验研究

采用污泥重力浓缩脱水的实验方法探讨了煤粉对污泥调质与浓缩脱水的影响.结果表明,用煤粉对污泥进行调质,能够改善污泥的浓缩脱水性能和沉降性能,当100g污泥中加入10g煤粉时,浓缩污泥的含水率由煤粉调质前的91.13%降至调质后的76.35%,污泥的平均沉降速率由煤粉调质前的1.30mL/min提高至调质后的1.73mL/min;不同粒度的煤粉对污泥调质与浓缩脱水性能存在差异,最适宜污泥调质的煤粉粒径为0.076mm^0.25mm;随着煤粉投量的增加,污泥浓缩脱水性能及污泥机械脱水性能得到较大改善.用煤粉对污泥进行调质,能使浓缩污泥的含水率小于80%,为浓缩污泥与煤混合配制污泥水煤浆提供了条件,对污泥的资源化利用有重要的理论和实际意义.

改性化工污泥与煤的成浆性及燃烧性分析

选取两种方法对化工污泥进行改性并研究改性后的污泥添加量对污泥水煤浆(S-CWS)成浆性、流变性和燃烧性的影响,从而获得制备高浓度污泥水煤浆的工艺参数.结果表明:选用Na OH对污泥进行改性制备出的污泥水煤浆成浆性较好;改性污泥添加量在10%~20%,可以得到成浆性良好的污泥水煤浆;添加改性污泥的污泥水煤浆较普通水煤浆的燃烧性能增加.

低温热-碱解改性对污泥与煤共成浆特性的影响

为提高污泥利用效率,采用低温热-碱解方法对污泥进行预处理,利用改性后的污泥与煤掺混制备浆体燃料,研究了低温热-碱解方法对改性前后污泥水煤浆表观黏度、流变性、剪切迟滞性的影响。结果表明,低温热-碱解方法能有效降低污泥水煤浆的黏度,当剪切速率为100 s-1时,原始污泥水煤浆的表观黏度为1 667 m Pa·s,污泥经90℃-Ca(OH)_2改性1、4、24 h后,浆体的表观黏度分别降至1 027.6、698.0、455.8 m Pa·s,污泥经90℃-NaOH改性1、4、24 h后,浆体的表观黏度分别降至674.8、436.3、385.8 m Pa·s。同时,浆体的流变性逐步由假塑性趋近于牛顿流体,浆体的剪切迟滞特性减弱,原始污泥水煤浆的迟滞环面积(Hla)为2 078.0 Pa/s。在90℃-Ca(OH)_2和90℃-NaOH的条件下处理1 h后,污泥水煤浆的迟滞环面积分别降为774.5、664.5 Pa/s。可见,低温热-碱解方法能有效提高污泥水煤浆的成浆性,改善污泥水煤浆浆体流变特性。

两种城市污泥掺混水煤浆的成浆性

研究了两种高含水率城市污泥与煤粉混合研制水煤浆的可行性,以及各种影响因素包括污泥掺混比例、分散剂用量、温度及剪切时间等对成浆性能的影响.结果表明,两种污泥在南京大学研制的亚甲基萘磺钠-苯乙烯磺酸钠-马来酸钠(NDF)分散剂配合下,掺混比例控制在10%以内,可以与煤粉顺利成浆.两种污泥掺混比例分别为5%、10%水煤浆的表观粘度随分散剂的增加而降低,浆体温度的提升有利于改善水煤浆的流动性,添加污泥的水煤浆在稳定性上好于未掺污泥的水煤浆.试验结果可为城市污泥掺制水煤浆的资源化利用途径提供参考依据.