城市污水污泥掺烧的研究

本文亦采用Cumming提出的质量平均表观活化能Em的概念和计算方法计算燃烧反应整体的表观活化能Em, 其定义如下:

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式中, E1～En为各反应区段的表观活化能; F1～Fn为各反应区段的燃烧质量损失份额.除去初期在低温段受热失重的水分和着火前少量挥发分损失的质量,  各试样燃烧阶段失去的质量总和占总失重的80%以上, 可很好地模拟主要燃烧过程, 试样的质量平均表观活化能Em值如表 5所示.

从表 5可以看出, 污泥单一试样的质量平均表观活化能Em(30.49~36.72 kJ˙mol-1)比咖啡渣Em(63.07~118.90  kJ˙mol-1)小, 这与污泥的着火温度低于咖啡渣相符合.随着升温速率的升高, 污泥、咖啡渣的单一试样的Em值呈现降低的趋势,  说明适当提高升温速率可使燃烧反应越易进行.另外, 咖啡渣与污泥在空气气氛下掺烧时, 随着咖啡渣掺烧比的增加, 混合试样的Em值增大,  与在O2/CO2气氛时相比, 咖啡渣掺烧比为30%时的混合试样在两种气氛下的Em值仅相差0.94 kJ˙mol-1,  表明燃烧气氛(O2/N2和O2/CO2)对混合试样的Em值影响很小, 类似的结果在其他文献中也有报道.

4 结论

1)单一污泥样品的燃烧曲线存在3个明显的失重峰, 分别对应于水分的析出、挥发分的析出燃烧、难燃有机物及固定碳的燃烧;  渣燃烧则分为挥发分析出及燃烧、挥发分的燃尽和固定碳燃烧两个明显阶段.

2)咖啡渣的挥发分释放特性指数D、可燃性指数C、燃尽指数Cb、综合燃烧特性指数S均大于污泥, tia添加咖啡渣后两者混燃具有协同作用,  有利于改善污泥的燃烧特性.随着升温速率的升高, 污泥及咖啡渣单一试样的D、C、Cb、S呈现上升的趋势, 与空气气氛(O2/N2)时相比,  O2/CO2气氛对污泥和咖啡渣混合试样的燃烧有抑制作用.

3)利用Coats-Redfern积分法计算得到不同条件下污泥、咖啡渣及其混合样燃烧的质量平均表观活化能(Em)分别在30.49~36.72  kJ˙mol-1、63.07~118.90 kJ˙mol-1、37.80~44.49 kJ˙mol-1范围,  污泥、咖啡渣及其混合样燃烧的第一挥发分峰前及峰后可以分别用f(α)=(1-α)0.5、f(α)=(1-α)2来描述其燃烧机理.

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