污水污泥含氮模型化合物的構(gòu)建及熱解過程中氮轉(zhuǎn)化途徑研究.pdf

1、污泥微波熱解具有加熱速度快、處理效果徹底、能量回收率高等優(yōu)點(diǎn)，成為廣受關(guān)注的污泥減量化、資源化及穩(wěn)定化處理技術(shù)。但污泥中高達(dá)3.3~7.7％的氮含量在熱解過程中有30~80%轉(zhuǎn)化成NH3和HCN，成為危害副產(chǎn)物，一定程度上限制了污泥微波熱解技術(shù)的安全應(yīng)用。
　　本文以污水廠污泥為研究對象，運(yùn)用X射線光電子能譜檢測污泥中的含氮官能團(tuán)的存在形式；用高效液相色譜法分析測定了污泥中的氨基酸組成和含量，并以此構(gòu)建污泥含氮模型化合物；通過污泥

2、熱解影響因素的篩選以及與模型化合物熱解過程中NH3和HCN產(chǎn)率的比較，驗證了模型化合物的合理性；最后利用氣質(zhì)聯(lián)用分析檢測熱解中間產(chǎn)物，進(jìn)而推斷污泥熱解過程中氮的轉(zhuǎn)化途徑。
　　研究結(jié)果表明，污泥中的氮少量以硝酸鹽或亞硝酸鹽態(tài)、銨鹽態(tài)和雜環(huán)形式存在，這些氮只占總氮的10%，其它90%都存在于蛋白質(zhì)中。對蛋白質(zhì)氨基酸組成的分析發(fā)現(xiàn)，污泥中含量較多的氨基酸為谷氨酸、精氨酸、賴氨酸、脯氨酸、蘇氨酸、丙氨酸、亮氨酸和甘氨酸等，它們的含量之和

3、占到總氨基酸質(zhì)量的82%以上，而蛋氨酸和胱氨酸含量最少，都不到1%。再通過與MBR、SBR污泥的對比發(fā)現(xiàn)，不同污水來源、不同污水處理方式所產(chǎn)生的污泥的氨基酸組成相差不大。以上述含量最多的八種氨基酸為主體，構(gòu)建出質(zhì)量組成比為15：6：6：16：21：6：21：9的含氮模型化合物。
　　對污泥熱解NH3和HCN產(chǎn)生規(guī)律影響因素的研究中發(fā)現(xiàn)，熱解終溫、污泥含水率和內(nèi)在礦物質(zhì)對NH3和HCN產(chǎn)率都有較大影響。隨著熱解終溫和污泥含水率的升高

4、，NH3和HCN的產(chǎn)率也越高。濕泥NH3產(chǎn)率從300℃時的16.76%上升到1000℃時的30.29%，而干泥和濕泥在800℃時的NH3產(chǎn)率分別為8.82%和19.4%。污泥脫灰也能使NH3和HCN產(chǎn)率增加。通過模型化合物與脫水脫礦污泥NH3和HCN產(chǎn)率的對比發(fā)現(xiàn)，大豆蛋白具有更高的相似度，更適合作為含氮模型化合物。根據(jù)大豆蛋白的熱解中間產(chǎn)物，推斷蛋白質(zhì)熱解過程中首先生成胺、亞胺和烷基氰。HCN則是由烷基氰的進(jìn)一步裂解產(chǎn)生的，NH3是通