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污泥碳化的機(jī)理

返回列表 來源:網(wǎng)絡(luò) 發(fā)布日期: 2022-12-05

1污泥的共同組成

污泥的干物質(zhì)主要由有機(jī)物和無機(jī)物兩部分共同組成。有機(jī)部分主要源于活性污泥中的微生物,除此以外還有大量的難以生化處置的有機(jī)物,但是含量增加。微生物主要共同組成是蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物,比如天津某污水處置廠污泥有機(jī)物中碳水化合物占49.27%;脂肪占10.29%,蛋白質(zhì)占40.14%。

2有機(jī)物的水解反應(yīng)

碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)在很大的條件下都能水解:

碳水化合物 →單糖(葡萄糖等)

脂肪 水→甘油 高級(jí)脂肪酸

蛋白質(zhì) 水→氨基酸

含氯化合物在強(qiáng)堿條件下也可出現(xiàn)水解,比如:

CH3CH2Cl H2O→CH3CH2OH HCl

此外,研究表明除了有機(jī)物的熔化,當(dāng)冷卻到很大的溫度時(shí),無機(jī)物中的部分物質(zhì)也會(huì)熔化在水溶液中。

3污泥碳化的反應(yīng)過程

(1)反應(yīng)過程描述;

污泥中的物質(zhì)大都是以微生物的形式存有,微生物的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜主要是由脂類和蛋白質(zhì)類物質(zhì)共同組成。冷卻污泥時(shí),當(dāng)達(dá)至合適的溫度時(shí),共同組成細(xì)胞壁和細(xì)胞膜的脂類和蛋白質(zhì)水解,細(xì)胞已經(jīng)開始斷裂,細(xì)胞內(nèi)的有機(jī)物蔓延到細(xì)胞外,水分也從細(xì)胞中脫離。此時(shí),80%含水率的污泥已經(jīng)開始轉(zhuǎn)變成液態(tài),污泥變成了泥水。

從細(xì)胞內(nèi)蔓延到水中的有機(jī)物不是都能熔化在水中的,只是一小部分熔化,熔化的這部分有機(jī)物出現(xiàn)水解反應(yīng),如脂肪水解成甘油和脂肪酸;碳水化合物水解成小分子的多糖甚至單糖;蛋白質(zhì)水解成多肽、氨基酸。因出現(xiàn)水解反應(yīng),熔化的有機(jī)物質(zhì)量增大,原來未熔化的有機(jī)物能再熔化一小部分。反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng),固體部分就越多。

(2)碳化后污泥性狀出現(xiàn)發(fā)生改變

因有機(jī)物的熔化、水解,微生物的細(xì)胞結(jié)構(gòu)被毀壞,污泥顆粒變大,結(jié)合水、毛細(xì)管水存有的條件不復(fù)存有,污泥的粘度變大,污泥流動(dòng)性提高。 蛋白質(zhì),碳水化合物由高分子化合物變成小分子的單體,分子量變大,這也有助于體系粘度的增大。

隨著污泥性狀出現(xiàn)發(fā)生改變,碳化后的泥水歷經(jīng)常規(guī)水解后,含水率可達(dá)至40%以下,并且,在通常堆滿條件下,污泥極容易風(fēng)干,污泥最終含水率可進(jìn)一步降低至10~20%。

(3)增加有毒氣體的產(chǎn)生

高溫高壓下,氨基酸也可能出現(xiàn)水解反應(yīng),比如,蛋白質(zhì)水解分解成的氨基酸會(huì)繼續(xù)反應(yīng)分解成揮發(fā)性脂肪酸、CO2、NH3

脂肪水解分解成的脂肪酸和氨基酸反應(yīng)分解成的脂肪酸可出現(xiàn)脫羧反應(yīng):

R-COOH→RH CO2

因上述反應(yīng)的出現(xiàn),污泥歷經(jīng)處置后,會(huì)產(chǎn)生少量氣體,干物質(zhì)質(zhì)量會(huì)變大。反應(yīng)產(chǎn)生的氣體通常以CO2為主,占90%以上。

(4)有機(jī)氯代物的除去

在強(qiáng)堿條件下,污泥中含有的有機(jī)氯化物也出現(xiàn)水解,氯元素以離子狀態(tài)的形式存有水溶液中,能隨上清液排泄,增加了碳化物中氯的含量。

(5)碳化物熱值

因原污泥干物質(zhì)中僅有少數(shù)有機(jī)物熔化、出現(xiàn)水解反應(yīng),而產(chǎn)生的CO2不偷走能量,有機(jī)物獲得最大留存,反應(yīng)獲得碳化物有較高的熱值。

碳化后的污泥可直接燒毀,不需嵌入任何輔助嵌入燃料。且燒毀過程中,因氯離子的增加,燒毀時(shí)不能產(chǎn)生二噁英,不能對(duì)大氣造成污染。

4溫度和壓力對(duì)污泥碳化的影響

有機(jī)物在水中的熔化度通常隨著溫度的增高而增高。因而溫度越高,細(xì)胞斷裂得越污泥顆粒在水中的熔化度越大,從而細(xì)胞受到的毀壞越大。比如170℃冷卻30min,細(xì)胞的結(jié)構(gòu)就會(huì)受到毀壞,污泥顆粒由原有較大的細(xì)胞變成很小的細(xì)胞;190℃冷卻30min,污泥顆粒會(huì)變得更小。

碳化反應(yīng)的溫度越高,時(shí)間越長(zhǎng),產(chǎn)泥量越多。

歷經(jīng)反復(fù)試驗(yàn),最佳的反應(yīng)溫度是260℃。反應(yīng)時(shí)間是10~15min。

因污泥濁碳化過程中,污泥始終處于高溫高壓下,沒有冷卻過程,因而比干寧需要的能耗要低1/4~1/5。同時(shí),因碳化是在全密封的條件下進(jìn)行水解反應(yīng),極大限度地留存了污泥中的可利用成分。這也是碳化后的污泥為什么能直接燃燒的主要原因。

 

污水廠泥區(qū)

水解液



水解泥餅




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