城市污水污泥掺烧的研究

根据表 3可知, 污泥中掺烧咖啡渣时, 混合试样的着火温度随着咖啡渣掺烧比例的增加而增加, 以掺烧比为40%为例,  分别比30%、20%、10%升高了9.1、17.0、29.0 ℃, 比单一污泥样升高35 ℃, 这是由于污泥中的可燃基挥发性组分与咖啡渣中的挥发分成分有所不同,  污泥中挥发分与咖啡渣中挥发分相比, 能在更低的温度下着火燃烧.当咖啡渣掺烧比为10%、20%、30%、40%时,  对应的燃尽温度分别为612.9、593.0、587.3、570.0 ℃, 混合试样的燃尽温度比单一污泥样大、比单一咖啡渣试样小,  且咖啡渣掺烧比由10%增加到40%时, 混合物的燃尽时间由30.5 min缩短到28.3 min, 小于单一污泥样的燃尽时间,  表明在污泥中添加咖啡渣有利于改善污泥的燃尽性能.

表 3 升温速率为20 ℃˙min-1时试样的特性参数

3.1.4 不同气氛对比分析

本文选取升温速率为20 ℃˙min-1、污泥与咖啡渣混合比例为7:3时,  在空气(V(O2):V(N2)=2:8)和O2/CO2(V(O2):V(CO2)=2:8)两种不同气氛下进行热重实验, 所得TG-DTG曲线如图 4所示,  以对比分析混合试样在两种不同气氛下的燃烧特性.从图 4可以看出, 相对于空气(O2/N2)气氛来讲, 试样在O2/CO2燃烧气氛中,  其燃烧的TG和DTG曲线向高温偏移, 试样最终剩余质量百分数变大, 且峰高变小.结合表 3可知, 试样在O2/CO2气氛下燃烧时的燃尽温度比O2/N2时高9.3  ℃.当混合物分别在O2/CO2、O2/N2气氛中燃烧时, 其对应的最大失重速率为7.89%˙min-1、8.87%˙min-1, 与空气气氛相比,  试样在O2/CO2气氛中燃烧时的最大失重速率变小而燃尽时间变长, 说明与O2/N2气氛相比, O2/CO2气氛对混合试样燃烧反应有一定的抑制作用,  这是由于与N2相比, CO2具有更高的密度和比热容(Riaza et al., 2012).

图 4不同气氛下污泥与咖啡渣混燃的TG和DTG曲线(a.污泥; b.咖啡渣)

3.2 燃烧特征指数计算及分析

3.2.1 挥发分释放特性指数D

在试样的燃烧过程中, 挥发分的析出直接影响试样的着火温度, 所以,  本文通过计算挥发分释放特性指数D对试样燃烧过程中挥发分的析出情况进行分析.其表达式见方程(1), 数据计算结果见表 4.

(1)

表 4 试样的特性参数

式中, (dω/dτ)max为最大燃烧速率(mg˙min-1), 即挥发分最大释放速度峰值; Tmax为峰值温度(K);  ΔT1/2为(dω/dτ)/(dω/dτ)max=1/2对应的温度区间, 即半峰宽温度(℃).

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