城市污水處理廠污水污泥能值測(cè)定分析研究.pdf

1、城市污水的生物處理過(guò)程是一個(gè)包含物質(zhì)變化和能量轉(zhuǎn)化兩個(gè)方面的綜合過(guò)程，存在大量的化學(xué)動(dòng)力學(xué)、生化化學(xué)和熱力學(xué)現(xiàn)象，具有熱力學(xué)研究對(duì)象的基本特點(diǎn)。建立與傳統(tǒng)動(dòng)力學(xué)指標(biāo)相類似的熱力學(xué)指標(biāo)是構(gòu)造廢水生物處理熱力學(xué)分析方法體系的重要步驟。污水污染物熱值是基本的熱力學(xué)指標(biāo)，它能從宏觀上反映廢水生物處理系統(tǒng)各層次單元中污水污泥的含能水平，以及整個(gè)系統(tǒng)能量的構(gòu)成，對(duì)其開(kāi)展研究是廢水生物處理熱力學(xué)分析的基礎(chǔ)工作。 本文將對(duì)城市污水處理廠污水污泥

2、的能值測(cè)定方法進(jìn)行研究，探索污水污泥熱值測(cè)定的技術(shù)途徑，確立污水污染物能值指標(biāo)使用的計(jì)算和儀器分析方法，建立類似能值指標(biāo)與常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。研究成果將成為廢水處理熱力學(xué)研究的關(guān)鍵方法論基礎(chǔ)。本研究的主要內(nèi)容和成果如下： ①通過(guò)對(duì)各種試驗(yàn)研究方法的對(duì)比，選擇出了適合污水污泥樣品前處理的方法、燃燒熱測(cè)定方法和元素分析方法。樣品的前處理：通過(guò)對(duì)烘干溫度和時(shí)間的比較，能夠快速得到污水污泥中的殘?jiān)?，最佳的前處理方法是?03～105

3、℃條件下在鼓風(fēng)烘箱中烘干污水污泥的水分；燃燒熱的測(cè)定：本試驗(yàn)研究采用的C5000型自動(dòng)熱量計(jì)，它具有測(cè)量模式多、自動(dòng)化程度高、試驗(yàn)過(guò)程短等優(yōu)勢(shì)；元素分析方法：本試驗(yàn)研究采用Vario EL元素分析儀對(duì)污水污泥進(jìn)行碳、氮、硫、氫、氧五種元素的計(jì)量分析，具有分析時(shí)間短、前處理簡(jiǎn)單、需要樣品量少、操作簡(jiǎn)單、測(cè)量準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。 ②采用Vario EL元素分析儀對(duì)唐家沱污水處理廠的污水污泥樣品干燥基中各元素的質(zhì)量百分含量進(jìn)行了比較分析，結(jié)果

4、顯示：1)污泥干燥基中碳的質(zhì)量含量比污水高，氧元素在污水污泥中質(zhì)量含量變化不大，大致在20％～30％，氫在污水污泥中摩爾含量是所有元素中最高的，氮和硫元素在污泥中的質(zhì)量和摩爾含量均較低。2)對(duì)污水污泥干燥基中揮發(fā)分和元素質(zhì)量百分含量總和的比較后，發(fā)現(xiàn)采用傳統(tǒng)方法不能準(zhǔn)確地獲取污水污泥中氧元素含量。3)通過(guò)對(duì)污水污泥污染物化學(xué)式的推算，發(fā)現(xiàn)來(lái)源不同的污水污泥中有機(jī)物的組成是有較大差異的，通式并不能代表所有類型的污水污泥的有機(jī)物含量，對(duì)要求

5、精確計(jì)算燃燒熱值來(lái)說(shuō)，必須結(jié)合元素分析的結(jié)果進(jìn)行計(jì)算。因此，要通過(guò)計(jì)算法獲得某地污水污泥樣品的燃燒熱，還是需要對(duì)樣品作具體的元素分析的。 ③對(duì)唐家沱污水處理廠以及其他污水處理廠的污水污泥樣品進(jìn)行了熱值測(cè)定，通過(guò)對(duì)各污水處理廠污水污泥的樣品按試驗(yàn)步驟進(jìn)行3次重復(fù)測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差≤±0.452％，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差≤±0.136％。通過(guò)測(cè)量，發(fā)現(xiàn)污水的高位熱值較低，而污泥的高位熱值在12kJ/g以上，接近我國(guó)右江地區(qū)褐煤的熱值，具

6、有較高的含能水平。將理論推導(dǎo)公式、Dulong公式和門捷列夫公式對(duì)污水污泥的計(jì)算熱值與實(shí)測(cè)熱值作了對(duì)比，Dulong公式的計(jì)算結(jié)果最接近實(shí)測(cè)熱值。④1)分析了揮發(fā)分含量對(duì)熱值的影響。污水污泥熱值和揮發(fā)分之間有著較好的相關(guān)性，但揮發(fā)分與高位熱值的相關(guān)性獲得的計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)熱值也有一定差距。碳、氫、氧三種元素的質(zhì)量含量與污泥高位熱值的相關(guān)性并不明顯。2)采用多元線性回歸法，利用熱值較高的污泥作為樣本，獲得了污泥熱值的計(jì)算公式。3)高位熱值與

7、COD<,Cr>有較好的相關(guān)性，可推導(dǎo)得出COD與高位熱值的對(duì)應(yīng)關(guān)系為HHV=11.6kJ/gCOD，并與前人的理論統(tǒng)計(jì)結(jié)果HHV=13.91kJ/gCOD進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)實(shí)際測(cè)量結(jié)果略低于理論計(jì)算結(jié)果。4)從對(duì)唐家沱污水處理廠污水污泥中污染物能量的分析可看出，在不考慮其它能量輸入污水生物處理系統(tǒng)的情況下，進(jìn)入污水處理廠的污染物總化學(xué)能大約為1.08×10<'9>kJ，出水中化學(xué)能約為輸入總能量的2.9％，脫水污泥中的化學(xué)能約占21％，