污泥熱干化過程中有機硫、氮轉(zhuǎn)化特性及釋放規(guī)律研究

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1、分類號學(xué)號D201477291學(xué)校代碼10487密級博士學(xué)位論文污泥熱干化過程中有機硫、氮轉(zhuǎn)化特性及釋放規(guī)律研究學(xué)位申請人：成珊學(xué)科專業(yè)：熱能工程指導(dǎo)教師：喬瑜教授徐明厚教授答辯日期：2018年9月8日ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyinEngineeringOrganicsulfur/nitrogentransformationandreleasecharacteristicsduringthermaldrying

2、processofsewagesludgePh.D.Candidate：ShanChengMajor：ThermalEngineeringSupervisor：Prof.YuQiaoProf.MinghouXuHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaSep.,2018■獨創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除文中已經(jīng)標明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研宄成果。對本文的研究做出貢獻的個

3、人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名日期：年月Ｉ日了丨學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)華中科技大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢、索，可以采用影印縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。保密口，在年解密后適用本授權(quán)書。本論文屬于／不保密“”（請在以上方框內(nèi)打Ｖ）學(xué)位論文作者簽名：與指導(dǎo)教師

4、簽名日期：＞５年月日日期：＾年日１１＾華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文摘要污泥是污水處理過程中沉淀或其他分離方式而產(chǎn)生的半固體或固體物質(zhì)，具有高含水率、高有機質(zhì)、易壓縮、難脫水的特點。降低其水分含量一直是污泥處理過程的重要目標，干化過程依然是處置前必不可少的環(huán)節(jié)。然而污泥中含有的大量易降解物質(zhì)，在干化過程中將釋放大量含硫、氮的惡臭氣體，帶來嚴重二次污染。因此，本論文針對現(xiàn)有的調(diào)理-脫水-干化方式和新興水熱干化方式，進行了直接熱干化條件下調(diào)理劑對含硫、氮物質(zhì)轉(zhuǎn)化路徑的影響研究，以及水熱干化方式下含硫、氮物質(zhì)轉(zhuǎn)化路徑的研究。其中涉及的關(guān)鍵科學(xué)問題包括：調(diào)理劑對含硫氣

5、體釋放的控制機理；調(diào)理劑對含氮氣體釋放的控制機理；水熱干化過程中水對于硫、氮轉(zhuǎn)化路徑的影響機理；水熱處理終溫對含硫、氮物質(zhì)分布規(guī)律的影響。為了解決上述科學(xué)問題，本論文開展了全面而深入的研究。在水平固定床直接熱干化系統(tǒng)進行了堿性調(diào)理劑對硫轉(zhuǎn)化的影響研究。通過含硫物質(zhì)化學(xué)形態(tài)分析，結(jié)合含硫模型化合物驗證等手段，確定了污泥低溫?zé)峤膺^程中添加氫氧化鈣等堿能極大地減少含硫氣體的釋放，并且添加的堿堿性越強，效果越好。這是由于堿能促進脂肪族和芳香族硫化物氧化為更為穩(wěn)定的亞砜和砜類，從而抑制脂肪族和芳香族硫化物分解產(chǎn)生H2S等含硫氣體。并且添加的堿同時還能將硫以無機硫化物和無機硫

6、酸鹽形式固定在焦中，進一步減少含硫氣體釋放。堿對有機硫轉(zhuǎn)化過程影響的關(guān)鍵因素在于其堿性強度，堿性越強則參與反應(yīng)的OH自由基越多，對脂肪族和芳香族硫化物的氧化及固定效果越好。在滿足脫水等工藝環(huán)節(jié)需求的基礎(chǔ)上，優(yōu)選堿性調(diào)理劑，可以增強對后續(xù)熱干化過程中含硫惡臭氣體的控制效果。在此基礎(chǔ)上，選擇呈現(xiàn)堿性的醋酸鹽，避免單純的堿性環(huán)境促進含氮氣體如NH3的釋放。通過對氮元素進行全過程平衡分析，明確了添加醋酸鈣可以抑制蛋白質(zhì)氮的分解，并促進更穩(wěn)定的含氮化合物形成，從而保留更多的氮在焦中；但添加醋酸鈉，促進蛋白質(zhì)氮和無機氮等含氮物質(zhì)分解。醋酸鈣和醋酸鈉對污泥直接干化過程中氮轉(zhuǎn)化過

7、程的影響，主要來自于陽離子的催化作用。Ca和Na可以催化氨基酸直接分解和I華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文后續(xù)的酰胺脫氫過程，促進腈類氮的生成。同時，金屬陽離子在高溫下，促進吡咯氮的開環(huán)作用。污泥直接干化過程中產(chǎn)生的含氮焦油主要有胺類氮、雜環(huán)氮，以及少量腈類氮。添加醋酸鈣后，由于抑制了蛋白質(zhì)的分解作用，焦油中的含氮成分減少。醋酸鈣和醋酸鈉均能大幅減少含氮氣體的釋放，這與醋酸鹽熱解過程中釋放的丙酮有關(guān)。丙酮能補集NH3生成酮亞胺，并發(fā)生縮聚作用形成胺類，進而將NH3固定在焦油中。在滿足生化池調(diào)節(jié)碳/氮比等工藝環(huán)節(jié)需求的基礎(chǔ)上，優(yōu)選醋酸鹽，可以促進后續(xù)熱干化過程中含氮惡臭氣體

8、的控制效果