油墨污泥热解特性及氮转化途径实验研究

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油墨污泥作为一种危险废物,其处理与处置已成为油墨印刷相关行业亟需解决的环境问题。污泥焚烧处理虽然减容率高,但产生的副产污染物很难处理。污泥热解技术不仅减容率高、资源化利用率高,还具有副产物染污较少等特点,已引起了国内外学者越来越多的关注。污泥热解处理产生的焦油和气体虽然可以为污泥干化和热解提供能量,但污泥热解过程易产生含氮气体污染物,会导致可燃性气体品质降低。因此,本论文通过对油墨污泥开展热解实验,明确了油墨污泥热解处理的最佳温度,并对油墨污泥热解过程氮的转化途径进行了初步探索。本研究通过热重实验考察了油墨污泥热解过程的失重规律。通过不同温度(500、600、700、800和900°C)热解油墨污泥,研究了油墨污泥热解气、焦油和残渣三相产物的特性,利用热解产物能量与污泥干化能耗和热解能耗进行了对比分析。结果表明,热解温度从500°C升温至900°C时,热解气体产率显著增加,由21.7%增加到44.3%,其中CO和H2产率明显增加,CH4产率先增加后减小,CO2含量逐渐减少;污泥热解焦油产率随温度升高呈先增加后减少趋势,在600°C最高,达30.5%,还发现油墨污泥热解焦油主要由芳香族、杂环芳烃类化合物组成;热解残渣产率随温度升高而不断减小,温度高于700°C的残渣中没有重金属浸出,且挥发性有机物含量低。通过对不同初始含水率污泥干化所需能量和热解所需能量与热解产物的释放能量进行分析,结果发现中高温热解气体和焦油的能量不仅可以同时满足初始含水率80%的污泥减少至5%的干化和热解能耗的供应,还有较多剩余能量。研究表明油墨污泥热解最佳温度为808.06°C。利用XPS分析油墨污泥中含氮官能团的赋存形态,表明该污泥氮主要以无机铵态氮、蛋白氮和吡啶氮形态存在。利用FT-IR、GC-MS和XPS等手段,研究了污泥氮在热解产物三相中的分布特性,根据其分布特性探究了油墨污泥热解过程含氮官能团的转化途径。结果表明,在500-900°C时,气态氮产率逐渐增加,固态氮产率与之相反,焦油氮产率先增加后减小,在600°C产率最大,占总氮含量57.25%;当温度低于500°C时,主要是无机铵态氮分解和少量有机胺态氮裂解产生NH3,仅占总氮含量的4.99%,硝酸盐氮和亚硝酸盐氮分解直接或间接产生NOx。温度超过500°C,焦油中芳族胺态氮裂解生成芳香族杂环氮和芳香族腈氮化合物且伴随HCN和NH3的产生,焦油芳香族杂环氮和固态杂环氮高温下发生缩聚反应形成多环含氮芳烃同时产生HCN和NH3。在高温下存在Fe、Ca等矿物质元素时,会促进NH3生成N2
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