城市污泥热化学处理固体产物分析及多环芳烃的分布与转化

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1、学校代号10532学号S150300389分类号X705密级硕士学位论文城市污泥热化学处理固体产物分析及多环芳烃的分布与转化学位申请人姓名李颖培养单位环境科学与工程学院导师姓名及职称翟云波教授学科专业环境科学与工程研究方向固体废弃物资源化论文提交日期2018年5月21日学校代号：10532学号：S150300389密级：湖南大学硕士学位论文城市污泥热化学处理固体产物分析及多环芳烃的分布及转化学位申请人姓名：李颖导师姓名及职称：翟云波教授培养单位：环境科学与工程学院专业名称：环境科学与工程论文提交日期：2

2、018年5月21日论文答辩日期：2018年6月3日答辩委员会主席：汤琳教授AnalysisofsolidproductsanddistributionandtransformationofpolycyclicaromatichydrocarbonsfromthermalchemicaltreatmentofmunicipalsludgebyLIYingB.E.（HunanUniversity）2015AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequiremen

3、tsforthedegreeofMasterofEngineeringinEnvironmentalEngineeringintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorZHAIYunboMay,20182城市污泥热化学处理固体产物分析及多环芳烃的分布与转化摘要传统能源的日益衰竭使人类开发利用新能源已经成为必然的趋势。近几年来，污泥的资源化处理处置成为固体废弃物的难点和热点，而污泥中多环芳烃（PAHs）的存在极大程度的限制了污泥作为资源化的应

4、用。热化学处理是目前污泥处理处置技术的热点，所以研究热化学处理过程中多环芳烃的转化和分布可以很大程度的帮助我们了解污泥中多环芳烃的转化机制，并为如何减少固体产物中多环芳烃的产生提供理论依据，为污泥资源化的应用提供新思路。鉴于目前对水热反应和热解过程中PAHs的研究还有许多不足，本课题开展了如下几个方面的研究：为了在水热条件下得到清洁的固体产物作为土壤的改良吸附剂，所以我们在水热条件下考察温度、停留时间和共溶剂乙醇的体积分数对污泥固体产物性能及其对PAHs的影响，以了解固体产物中PAHs在水热条件下的转化

5、和分布规律，并得到一种最优的条件使固体产物中PAHs的浓度最低。实验设置了3个温度梯度和3个不同的停留时间，分别为180℃、220℃和260℃以及30min、60min和90min。同时在温度为260℃和停留时间为90min时5种不同的乙醇体积分数，分别为0%、30%、50%、80%和100%。通过对污泥及其固体产物进行热重分析可以用来探讨污泥中有机物质的质量丧失变化，并可以推测出是否这些有机物质的减少与PAHs的变化是否存在必然的关系，结果表明热重曲线和红外曲线官能团的变化规律的变化在很大程度上与下面

6、分析的TPAHs的浓度变化规律相一致。污泥在水热反应中PAHs的浓度变化和固液相分布研究表明：随着温度和停留时间的增加，固相产物中TPAHs的浓度降低，而液相产物中TPAHs的浓度逐渐降低，这说明水热技术确实能抑制热化学处理过程中固体产物PAHs的形成。在固相产物中含量最多的产物是蒽和菲，在液相产物中占主导地位的是萘、蒽和菲。随着温度的升高，2-环PAHs的浓度不断增加，而3-环PAHs和4-环PAHs浓度随着温度的增加而降低，尤其是3-环PAHs，5-环和6-环PAHs的浓度在这个过程中有略微增加的趋

7、势。在不同的停留时间下固液相不同环数PAHs浓度都有轻微上升的趋势。固相产物中所有的PAHs浓度随着乙醇体积分数的增加而增加，除了萘、苊烯、苊芴和芴，液相产物中所有的PAHs浓度随着乙醇浓度的升高而增大，除了苊芴、芴、菲、蒽、芘、䓛、苯并(a)荧蒽。在乙醇体积分数为0-30%固相产物TPAHs的浓度降低，当乙醇浓度增大到80%时，TPAHs的浓度逐渐升高，当乙醇体积分数升高到100%时，TPAHs又有所下降。液相产物中TPAHs浓度在乙醇体积分数为0-30%时，其浓度不断降低，当体积分数不断增多到100

8、%时，其浓II硕士学位论文度不断升高。实验结果显示在260℃-30%的条件下，PAHs在固相和液相产物中浓度都是最低的。由于热解过程中产生的固体产物（热解炭）和液体产物（热解油）都具有较高的热值，都具有较高的能源应用前景，所以为了了解污泥热解条件下PAHs在固相和液相中的分布和转化，实验设置了5个温度梯度和3个不同的停留时间，分别为300℃、400℃、500℃、600℃和700℃以及30min、60min和90min，分别研究了在不同的温度