專(zhuān)利名稱(chēng)：控制微波熱解污泥制取燃?xì)庵蠳H₃和HCN的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制取燃?xì)庵蠳H3和HCN的控制方法。
背景技術(shù)：
活性污泥法是城市污水處理廠主要的污水處理工藝，其弊端在于污水處理的同時(shí)產(chǎn)生大量的剩余污泥。大量未經(jīng)穩(wěn)定處理的污泥造成了包括地下水、地表水、空氣在內(nèi)的嚴(yán)重二次污染，對(duì)城市環(huán)境與人民健康造成了極大的危害。微波熱解污水污泥具有高效減容、產(chǎn)物資源利用、重金屬有效固定等優(yōu)點(diǎn)，是備受關(guān)注的污泥安全處置與資源化技術(shù)。污水污泥經(jīng)微波高溫?zé)峤?，產(chǎn)生占污泥質(zhì)量50% -70%的氣態(tài)產(chǎn)物，因此氣態(tài)產(chǎn)物是污泥高溫?zé)峤獾膬?yōu)勢(shì)產(chǎn)物。但是，由于污泥中50% -80%的N(占污泥質(zhì)量3. 3% -I. 7% )在高溫?zé)峤?過(guò)程中轉(zhuǎn)化為含氮污染氣體，其中HCN、NH3占?xì)鈶B(tài)含氮污染物總量的90%以上。在空氣氛圍下這些還原性含氮化合物可氧化生成NOx，導(dǎo)致酸雨以及光化學(xué)煙霧的發(fā)生。因此控制含氮污染氣體NH3、HCN的生成，是實(shí)現(xiàn)污泥微波高溫?zé)峤鈿鈶B(tài)產(chǎn)物安全利用的關(guān)鍵。目前關(guān)于污泥熱解氣體產(chǎn)物中含氮污染化合物的控制還未見(jiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有微波熱解污泥制取燃?xì)膺^(guò)程中含氮中間化合物轉(zhuǎn)化為NH3和HCN的轉(zhuǎn)化率大的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種控制微波熱解污泥制取燃?xì)庵蠳H3和HCN的方法。控制微波熱解污泥制取燃?xì)庵蠳H3和HCN的方法通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的一、添加劑泥漿的制備按添加劑與污泥的質(zhì)量比為0. I 0. 3 I的比例將添加劑與污泥混合，得添加劑泥漿；其中添加劑由第一添加劑和第二添加劑組成，第一添加劑是Fe2 (SO4) 3、Zn0、Al203和CaO的混合物，第二添加劑是活性炭和碳化硅的混合物，第一添加劑和第二添加劑的質(zhì)量比是2 I，第一添加劑中Fe2(SO4)3與CaO的摩爾比為I 4 1，ZnO與CaO的摩爾比為0. 5 4 I，Al2O3與CaO的摩爾比為I 2. 5 1，第二添加劑中活性炭與碳化硅的質(zhì)量比為7 3；二、將添加劑泥漿干燥至含水率為5%，得到預(yù)熱解污泥；三、將預(yù)熱解污泥放入微波爐中，然后向微波爐中通入高純氬氣20 30分鐘，開(kāi)啟微波爐，以30 100°C /min的升溫速度升溫至600 1000°C，然后保持600 IOOO0C IOmin,即完成控制微波熱解污泥制取燃?xì)庵蠳H3和HCN。本發(fā)明的控制微波熱解污泥制取的燃?xì)庵蠳H3和HCN產(chǎn)生的方法完成后，再向微波爐中通入氬氣將殘余氣體(熱解氣態(tài)產(chǎn)物)載出微波爐反應(yīng)器，然后將熱解氣態(tài)產(chǎn)物先通過(guò)焦油捕集器除去焦油，再依次通入NaOH溶液和H2SO4溶液中，順次吸收熱解氣態(tài)產(chǎn)物中的HCN和NH3。其中，NaOH溶液和H2SO4溶液兩種溶液吸收含氮化合物的安置順序不能顛倒，因?yàn)镹H3在堿性NaOH溶液中溶解性較小，而HCN在H2SO4溶液中具有較強(qiáng)溶解性。本發(fā)明的步驟一中的添加劑中的活性炭/碳化硅為微波能吸收的物質(zhì)。
本發(fā)明的控制微波熱解污泥制取的燃?xì)庵蠳H3和HCN產(chǎn)生的方法的步驟三中微波熱解反應(yīng)過(guò)程中熱解溫度較優(yōu)的為750 850°C，最佳的是800°C。本發(fā)明的控制微波熱解污泥制取的燃?xì)庵蠳H3和HCN產(chǎn)生的方法的步驟三中微波熱解反應(yīng)過(guò)程中控制升溫速率為30 100°C /min，較優(yōu)的是控制升溫速率為50 80°C /min,最佳的是控制升溫速率為60°C /min。本發(fā)明從減少產(chǎn)生NH3和HCN的含氮中間產(chǎn)物途徑上進(jìn)行控制。污泥氮在熱解過(guò)程中的三種主要含氮中間產(chǎn)物分別為胺態(tài)氮、含氮雜環(huán)和腈類(lèi)氮，由含氮中間產(chǎn)物的熱分解轉(zhuǎn)化反應(yīng)導(dǎo)致生成的NH3和HCN的總量占污泥熱解產(chǎn)生含氮化合物總量的80%以上。因此，本發(fā)明從控制產(chǎn)生NH3和HCN的含氮中間產(chǎn)物途徑這一本質(zhì)出發(fā)，提出本發(fā)明的一種控制微波熱解污泥制取的燃?xì)庵蠳H3和HCN產(chǎn)生的方法。本發(fā)明在微波熱解反應(yīng)開(kāi)啟前通過(guò)控制添加劑泥漿中添加劑和泥的比例，添加劑 中Fe2 (SO4) 3、Zn0、Al203與CaO比例，活性炭與碳化硅混合比例，再將添加劑泥漿與污泥采用溶液法混合均勻，再控制微波反應(yīng)過(guò)程中控制熱解溫度(600-1000°C )從而控制NH3和HCN產(chǎn)生。本發(fā)明從源頭出發(fā)通過(guò)控制含氮污染物的中間產(chǎn)生途徑達(dá)到控制NH3和HCN產(chǎn)生的目的，而且保證了污泥高溫?zé)峤獾膬?yōu)勢(shì)產(chǎn)物氣態(tài)產(chǎn)物產(chǎn)量和性質(zhì)不受影響。本發(fā)明的見(jiàn)13和HCN產(chǎn)率與對(duì)照污泥熱解產(chǎn)率相比分別減少62%和80%。對(duì)污染氣體的控制效果顯著。


圖I是實(shí)驗(yàn)一控制微波熱解污泥制取燃?xì)庵蠬CN的產(chǎn)率效果圖，圖中I表示對(duì)照無(wú)添加劑污泥熱解HCN產(chǎn)率，2表示實(shí)驗(yàn)一控制微波熱解污泥制取燃?xì)庵蠬CN的產(chǎn)率；圖2是實(shí)驗(yàn)二控制微波熱解污泥制取燃?xì)庵蠳H3的產(chǎn)率效果圖，圖中I表示對(duì)照無(wú)添加劑污泥熱解NH3產(chǎn)率，2表示實(shí)驗(yàn)二控制微波熱解污泥制取燃?xì)庵蠳H3的產(chǎn)率； 圖3是控制微波熱解污泥制取燃?xì)庵蠳H3和HCN的示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實(shí)施方式
，還包括各具體實(shí)施方式
間的任意組合。
具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖I本實(shí)施方式控制微波熱解污泥制取燃?xì)庵蠳HjPHCN的方法通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的一、添加劑泥漿的制備按添加劑與污泥的質(zhì)量比為0. I 0. 3 I的比例將添加劑與污泥混合，得添加劑泥漿；其中添加劑由第一添加劑和第二添加劑組成，第一添加劑是Fe2 (SO4) 3、Zn0、Al203和CaO的混合物，第二添加劑是活性炭和碳化硅的混合物，第一添加劑和第二添加劑的質(zhì)量比是2 I，第一添加劑中Fe2(SO4)3與CaO的摩爾比為I 4 1，ZnO與CaO的摩爾比為0. 5 4 I，Al2O3與CaO的摩爾比為I 2. 5 1，第二添加劑中活性炭與碳化硅的質(zhì)量比為7 3；二、將添加劑泥漿干燥至含水率為5%，得到預(yù)熱解污泥；三、將預(yù)熱解污泥放入微波爐中的多模式微波爐腔I內(nèi)的石英反應(yīng)器4中，采用紅外探測(cè)儀2實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)石英反應(yīng)器4內(nèi)樣品溫度變化，熱解反應(yīng)開(kāi)啟前將氬氣罐3內(nèi)的高純氬氣通入20 30分鐘，開(kāi)啟微波爐，以30 100°C /min的升溫速度升溫至600 1000°C，然后保持600 1000°C IOmin,即完成控制微波熱解污泥制取燃?xì)庵蠳H3和HCN，反應(yīng)結(jié)束后再通入高純氬氣將殘余氣體載出反應(yīng)器，熱解氣態(tài)產(chǎn)物先通過(guò)焦油捕集器5除去焦油，然后通入NaOH溶液瓶6和H2SO4溶液瓶7吸收反應(yīng)殘余HCN和NH3。本實(shí)施方式中控制微波熱解污泥制取燃?xì)庵蠳H3和HCN的方法產(chǎn)生的殘余含氮化合物先通入0. 2mol/L NaOH溶液吸收HCN，后通入0. lmol/L H2SO4溶液吸收NH3。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟一中按添加劑與污泥的質(zhì)量比為0.2 I的比例將添加劑與污泥混合。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一或二不同的是步驟一第一添加劑中Fe2 (SO4) 3、Zn0、Al203與CaO的摩爾比為2 : I : 5 : 2。其它與具體實(shí)施方式
一或二相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至三之一不同的是步驟一第一添加劑中Fe2 (SO4) 3、Zn0、Al203與CaO的摩爾比為4 : 4 : I : I。其它與具體實(shí)施方式
一至三之一相同。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至四之一不同的是步驟三中以60 70°C /min的升溫速度升溫。其它與具體實(shí)施方式
一至四之一相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至五之一不同的是步驟三中升溫至750 850°C，然后保持750 850°C IOmin0其它與具體實(shí)施方式
一至五之一相同。采用下述實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證本發(fā)明效果實(shí)驗(yàn)一控制微波熱解污泥制取燃?xì)庵蠳H3和HCN的方法通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的一、添加劑泥漿的制備按添加劑與污泥的質(zhì)量比為0. 2 : I的比例將添加劑與污泥混合，得添加劑泥漿；其中添加劑由第一添加劑和第二添加劑組成，第一添加劑是Fe2 (SO4) 3、Zn0、Al203和CaO的混合物，第二添加劑是活性炭和碳化硅的混合物，第一添加劑和第二添加劑的質(zhì)量比是2 1，第一添加劑中第一添加劑中Fe2 (SO4) 3、ZnO, Al2O3與CaO的摩爾比為2 I 5 2，第二添加劑中活性炭與碳化硅的質(zhì)量比為7 3 ；二、將添加劑泥漿干燥至含水率為5%，得到預(yù)熱解污泥；三、將預(yù)熱解污泥放入微波爐中，然后向微波爐中通入高純氬氣20分鐘，開(kāi)啟微波爐，以60°C /min的升溫速度升溫至600 1000°C，然后保持600 1000°C IOmin,即完成控制微波熱解污泥制取燃?xì)庵蠳H3和HCN。實(shí)驗(yàn)二控制微波熱解污泥制取燃?xì)庵蠳H3和HCN的方法通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的一、添加劑泥漿的制備按添加劑與污泥的質(zhì)量比為0. 2 I的比例將添加劑與污泥混合，得添加劑泥漿；其中添加劑由第一添加劑和第二添加劑組成，第一添加劑是Fe2 (SO4) 3、Zn0、Al203和CaO的混合物，第二添加劑是活性炭和碳化硅的混合物，第一添加劑和第二添加劑的質(zhì)量比是2 1，第一添加劑中第一添加劑中Fe2 (SO4) 3、ZnO, Al2O3與CaO的摩爾比為4 4 I 1，第二添加劑中活性炭與碳化硅的質(zhì)量比為7 3 ；二、將添加劑泥漿干燥至含水率為5%，得到預(yù)熱解污泥；三、將預(yù)熱解污泥放入微波爐中，然后向微波爐中通入高純氬氣20分鐘，開(kāi)啟微波爐，以70°C /min的升溫速度升溫至600 1000°C，然后保持600 1000°C IOmin,即完成控制微波熱解污泥制取燃?xì)庵蠳H3和HCN。由圖I和圖2可知，本發(fā)明的HCN和NH3產(chǎn)率與對(duì)照無(wú)添加劑污泥熱解產(chǎn)率相比分別下降62%和80%，對(duì)污染氣體的控制效果顯著?！?br> 權(quán)利要求
1.控制微波熱解污泥制取燃?xì)庵蠳H3和HCN的方法，其特征在于控制微波熱解污泥制取燃?xì)庵蠳H3和HCN的方法通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的 一、添加劑泥漿的制備按添加劑與污泥的質(zhì)量比為0.1 0.3 I的比例將添加劑與污泥混合，得添加劑泥漿；其中添加劑由第一添加劑和第二添加劑組成，第一添加劑是Fe2 (SO4) 3、Zn0、Al203和CaO的混合物，第二添加劑是活性炭和碳化硅的混合物，第一添加劑和第二添加劑的質(zhì)量比是2 I，第一添加劑中Fe2 (SO4)3與CaO的摩爾比為I 4 LZnO與CaO的摩爾比為0.5 4 1，A1203與CaO的摩爾比為I 2. 5 1，第二添加劑中活性炭與碳化硅的質(zhì)量比為7 3 ； 二、將添加劑泥漿干燥至含水率為5%，得到預(yù)熱解污泥； 三、將預(yù)熱解污泥放入微波爐中，然后向微波爐中通入高純氬氣20 30分鐘，開(kāi)啟微波爐，以30 100°C /min的升溫速度升溫至600 1000°C，然后保持600 1000°C IOmin,即完成控制微波熱解污泥制取燃?xì)庵蠳H3和HCN。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述控制微波熱解污泥制取燃?xì)庵蠳H3和HCN的方法，其特征在于步驟一中按添加劑與污泥的質(zhì)量比為0.2 I的比例將添加劑與污泥混合。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述控制微波熱解污泥制取燃?xì)庵蠳H3和HCN的方法，其特征在于步驟一第一添加劑中Fe2 (SO4) 3、Zn0、Al203與CaO的摩爾比為2 : I : 5 : 2。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述控制微波熱解污泥制取燃?xì)庵蠳H3和HCN的方法，其特征在于步驟一第一添加劑中Fe2 (SO4) 3、Zn0、Al203與CaO的摩爾比為4 : 4 : I : I。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述控制微波熱解污泥制取燃?xì)庵蠳H3和HCN的方法，其特征在于步驟三中以60 70°C /min的升溫速度升溫。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述控制微波熱解污泥制取燃?xì)庵蠳H3和HCN的方法，其特征在于步驟三中升溫至750 850°C，然后保持750 850°C IOmin0
全文摘要
控制微波熱解污泥制取燃?xì)庵蠳H3和HCN的方法，它涉及一種制取燃?xì)庵蠳H3和HCN的控制方法。本發(fā)明為了解決現(xiàn)有微波熱解污泥制取燃?xì)膺^(guò)程中含氮中間化合物轉(zhuǎn)化為NH3和HCN的轉(zhuǎn)化率大的技術(shù)問(wèn)題。本方法如下一、制備添加劑泥漿；二、制備預(yù)熱解污泥；三、將預(yù)熱解污泥放入微波爐中，然后向微波爐中通入高純氬氣20～30分鐘，開(kāi)啟微波爐，以30～100℃/min的升溫速度升溫至600～1000℃，然后保持600～1000℃10min，即完成控制微波熱解污泥制取燃?xì)庵蠳H3和HCN。本發(fā)明的NH3和HCN產(chǎn)率與對(duì)照污泥熱解產(chǎn)率相比分別減少62％和80％。對(duì)污染氣體的控制效果顯著。
文檔編號(hào)C02F11/10GK102757163SQ20121026811
公開(kāi)日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2012年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月30日
發(fā)明者崔燕妮, 張軍, 田禹 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)