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1、博士學(xué)位論文污泥微波熱解及其固體產(chǎn)物制備微晶玻璃的效能與機(jī)制MICROWAVEPYROLYSISOFSEWAGESLUDGEANDEFFICIENCYANDMECHANISMOFGLASS-CERAMICSPREPARATIONFROMSEWAGESLUDGEPYROLYSISRESIDUES吳迪哈爾濱工業(yè)大學(xué)2015年年年10月月月國(guó)內(nèi)圖書分類號(hào)：X705學(xué)校代碼：10213國(guó)際圖書分類號(hào)：628.3密級(jí)：公開工學(xué)博士學(xué)位論文污泥微波熱解及其固體產(chǎn)物制備微晶玻璃的效能與機(jī)制博士研究生：吳迪導(dǎo)師：劉惠玲教授副導(dǎo)師：田禹教授申請(qǐng)學(xué)位：工學(xué)博士學(xué)科：環(huán)境科學(xué)與工程所在單位：市政環(huán)境工
2、程學(xué)院答辯日期：2015年10月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)ClassifiedIndex:X705U.D.C:628.3DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringMICROWAVEPYROLYSISOFSEWAGESLUDGEANDEFFICIENCYANDMECHANISMOFGLASS-CERAMICSPREPARATIONFROMSEWAGESLUDGEPYROLYSISRESIDUESCandidate：：：WuDiSupervisor：：：Prof.LiuHuilingAssociateSupervisor:Prof.T
3、ianYuAcademicDegreeAppliedfor：：：DoctorofEngineeringSpeciality：：：EnvironmentalEngineerAffiliation：：：SchoolofMuni.&Env.Engi.DateofDefence：：：October,2015Degree-Conferring-Institution：：：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要污泥微波熱解具有重金屬固化效果好以及產(chǎn)物適合資源化利用等特點(diǎn)。然而其中污泥熱解固體產(chǎn)物（Sewagesludgepyrolysisresidues,SSPR）則
4、被填埋或作為吸附劑使用，前者沒有實(shí)現(xiàn)廢物的資源化，后者沒有達(dá)到最終處置。本文利用響應(yīng)曲面法獲得了污泥熱解固體產(chǎn)物適合材料化利用且污泥有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化率高的熱解條件；并以微波做能源，利用污泥熱解固體產(chǎn)物制備微晶玻璃，實(shí)現(xiàn)其高比例資源化利用；通過與傳統(tǒng)法制備的微晶玻璃對(duì)比考察污泥熱解固體產(chǎn)物制備微晶玻璃的效能與機(jī)制，揭示了微波對(duì)微晶玻璃性能和析晶的促進(jìn)機(jī)理。文章分別考察了微波功率、污泥含水率以及吸波物質(zhì)添加量對(duì)污泥熱解及其固體產(chǎn)物的影響。微波功率、污泥含水率以及吸波物質(zhì)添加量對(duì)污泥熱解終溫及污泥有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化率的影響較大。污泥有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化率隨熱解終溫的升高而升高。污泥熱解固體產(chǎn)物的產(chǎn)率及其中有機(jī)
5、物的百分含量均隨污泥有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化率的升高而降低。為獲得適合材料化利用的污泥熱解固體產(chǎn)物，以污泥含水率、吸波物質(zhì)添加量以及微波功率為影響因素，以污泥有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化率和污泥熱解固體產(chǎn)物中固定碳的百分含量為響應(yīng)值，采用響應(yīng)曲面法對(duì)污泥熱解條件進(jìn)行優(yōu)化，當(dāng)污泥含水率為79.28%、吸波物質(zhì)添加量為0.12g/g干污泥、微波功率為1909W時(shí)，污泥有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化率為77.38%，固體產(chǎn)物中固定碳的百分含量為12.68%。該條件下得到的污泥熱解固體產(chǎn)物經(jīng)微波輻射氧化后適合進(jìn)一步材料化利用。根據(jù)污泥熱解固體產(chǎn)物利用率以及CaO和SiO2引入量的不同，配制了四種CaO/SiO2比例的微晶玻璃原料。由于微晶
6、玻璃原料在微波作用下不能達(dá)到玻璃熔融所需的溫度，設(shè)計(jì)制造了微波反應(yīng)器成功制備微晶玻璃。反應(yīng)器由三層剛玉坩堝形成一個(gè)雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)填不同的吸波物質(zhì)，外層填充物質(zhì)為SiC:Al2O3=1:1，內(nèi)層填充物質(zhì)為SiC:Al2O3=9:1。在微晶玻璃熔制過程中，考察了CaO/SiO2對(duì)微晶玻璃析晶行為及性能的影響，當(dāng)污泥熱解固體產(chǎn)物利用率為80%、CaO/SiO2=0.33時(shí)，制得的微晶玻璃主晶相為鈣長(zhǎng)石和透輝石，晶粒大小均勻，排列緊密，密度和機(jī)械性能均優(yōu)于其他CaO/SiO2的微晶玻璃。當(dāng)CaO/SiO2=0.33時(shí)，分別利用微波法和傳統(tǒng)法制備微晶玻璃。結(jié)果表明：微波法制備微晶玻璃大大減少
7、了基礎(chǔ)玻璃熔制的時(shí)間，降低了熱處理溫度、減少了熱處理時(shí)間，節(jié)約了能耗；微波法制備的微晶玻璃的理化性能優(yōu)于傳統(tǒng)法制備的微晶玻璃。為了探究微波輻射對(duì)微晶玻璃析晶及性能的促進(jìn)機(jī)理，對(duì)微晶玻璃的析晶-I-哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文行為和析晶機(jī)理進(jìn)行了深入的研究。對(duì)微晶玻璃的動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果表明，微波法基礎(chǔ)玻璃比傳統(tǒng)法基礎(chǔ)玻璃的析晶活化能Ea低76kJ/mol，微波輻射降低了基礎(chǔ)玻璃析晶反應(yīng)的活化能。微波法和傳統(tǒng)法基礎(chǔ)玻璃的析晶動(dòng)力學(xué)常數(shù)k(Tp)分別為0.24和0.29，k(Tp)越小
