陶志伟 邢献军

摘要：指出了混燃是处理城市污泥最具前景的处理方法之一，利用管式炉燃烧系统研究城市污泥、稻草以及两者不同掺混比（10%、30%、50%、70%、90%）的污染物排放特性，并对比分析了其在不同温度下（600 ℃、700 ℃、800 ℃、900 ℃）的污染物排放特性。结果表明：混合样品在800 ℃的燃烧过程中co、so2释放曲线均呈现单峰结构。随着稻草掺混比例的增加，燃烧过程缩短，co的生成总量逐渐减小，so2的生成总量逐渐增大;在不同温度下，700 ℃下混合样品的co的总生成量最低，升高温度不利于so2排放。研究结果可为城市污泥和稻草混燃的污染物排放提供初步理论依据。

关键词：城市污泥;稻草;污染物;排放特性

中图分类号：tk6

文献标识码：a?文章编号：1674-9944（2020）14-0093-04

1?引言

近几年来中国的发展速度相当之快，城镇化规模也在不断增大，然而伴随着快速发展的同时对环境也造成了不小影响，尤其是在固体废物燃烧方面，排放的烟气对大气带来了不可忽视的污染。城市污泥作为固体废物中的一种，其单独燃烧具有燃烧不充分、污染物排放大等缺点，而城市污泥与生物质混合燃烧不仅可以提高生物质的利用率，还可以大大提高污泥的燃烧效率，降低烟气对环境造成的危害。aneta等[1]指出生物质和污泥共燃是一种很有前途的废弃物处理方法。张海瑞[2]等利用管式炉研究了秸秆与皮革污泥的燃烧特性，研究表明秸秆与皮革污泥在一定掺混比例下可以减少no排放量。肖志华[3]等发现污泥和木屑混合燃烧在一定程度上可以降低co的生成。目前已有一些学者对城市污泥与生物质的混燃作出了研究，但是对城市污泥与稻草的混合燃烧却鲜有报道。故本文通过自主搭建管式炉实验平台，以城市污泥与稻草为研究对象，分析在不同温度、不同掺混比例下混合物燃烧过程中co和so2的气体排放特性的影响规律，为工业生产中污染物排放提供理论参考依据。

2?实验部分

2.1?实验材料

实验材料料城市污泥和稻草分别选自合肥朱砖井污水处理厂和合肥肥东米厂。样品采集后置于105?℃烘箱内12h。干燥样品于粉碎机内粉碎后，过80目筛和180目筛，取筛间的样品，密封于取样袋中，置于干燥皿中备用，标记为us（urban sludge）和rs（rice straw）。

2.2?样品分析方法

表1给出了污泥和稻草的工业分析、元素分析以及热值分析。

2.3?实验仪器及方法

管式炉燃烧系统分为3个部分：供气部分：流量计和气体罐;炉体部分：管式炉，数据采集装置：烟枪、烟气分析仪和数据采集仪。烟气分析仪分析不同时刻各种反应气体的浓度，然后将数据传输到数据采集仪。所有试验都重复两次进行，具体的操作步骤如下。

（1）先通过利用分析天平用称量纸称量样品200±0.1 mg，使其均匀铺布在方形瓷舟内。

（2）在管式炉上添加加热程序，当管式炉的炉内温度上升到即定的温度时，立刻向管式炉中通入900 s空气，气体流速为1 l/min。

（3）通过送样杆将装有燃料的方形瓷舟迅速推至管式炉中心恒温区间，利用烟气分析实时监测炉内的烟气浓度，采样的时间间隔设置为1 s。

（4）当试验过程到达设定时间后，取出烟枪和瓷舟并将烟气分析仪数据导入数据采集仪。

2.4?实验数据处理

为了更好地阐述烟气排放试验的实验结果，本文引入了以下参数。

（1）峰值：实验中排放的气体浓度所达到的最大值，10-6。

（2）峰现时间：气体浓度达到峰值时所对应的燃烧时间，s。

（3）燃尽时间，约定取co/so2浓度降为峰值5%所耗的时间为燃烬时间，s。

本实验主要对co和so2的排放进行测量，通过对排放气体体积分数曲线积分得到气体测定时间内的排放总生成量[4]：

式（1）中：m为烟气中co或者so2气体生成质量，mg;t0为实验起始时刻，s;t为实验过程中任一时刻，s;c（t）为t时刻烟气中气体的体积分数，10-6;v（t）为t时刻烟气流量，l/min;mg为气体的摩尔质量，g/mol。

3?结果与讨论

3.1?掺混比对样品燃烧co和so2排放特性研究

该试验以城市污泥和稻草为研究对象，工况条件为：燃烧温度800 ℃、进气流量为1 l/min，在此条件下进行燃烧，掺混比例分别设置为100∶0、90∶10、70∶30、50∶50、30∶70、10∶90、0∶100，对着7种样品的co和so2排放特性进行研究。

3.1.1?不同掺混比下样品燃烧co排放特性

排放的烟气中co的浓度变化可以很直观的反映样品的具体燃烧情况，也可以清楚的判断挥发分析出和燃烧过程及其燃烧产物的相互影响关系[5]。

图1给出了不同掺混比下烟气中co随时间的变化规律，可以发现各掺混比下的co均呈现单峰分布，且伴随着稻草rs在混合样品中的比例增加时，co的峰值逐渐减小，到达峰值的时间也在不断缩小，co峰后释放逐渐加快，燃料样品的燃尽时间不断提前。由表1工业分析可以看出，us和rs中的挥发分含量较高，固定碳含量较低，而前期的co的释放主要來自样品燃烧析出的挥发分燃烧，而后期co主要是由挥发分和固定碳燃烧共同释放，当把混合样品突然放置在800 ℃的恒温条件下时，挥发分和固定碳的燃烧过程会产生重叠[6]，因而co的释放均呈现单峰分布。当掺混样品中rs的所占比例越高时，燃烧更加充分，co的排放浓度将更低。这主要是由于稻草中挥发分含量比污泥中的挥发分含量要高，在通气流量为1 l/min、燃烧温度为800 ℃的条件下，由于氧气的含量较为充分，挥发分燃烧比较完全，所以当稻草的所占比例逐步增大时，co的浓度降低，混合样品的燃烧过程逐渐缩短。结合图2可见，co的生成总量的大小顺序为：us>90u10r>70u30r>50u50r>30u70r>10u90r>rs，也可以表明掺混rs的量增加时，可以明显降低co的排放。

3.1.2?不同掺混比下样品燃烧so2排放特性

图3给出不同掺混比下烟气中so2随时间的变化规律，各掺混比下so2的释放曲线均呈现单峰结构（us为双峰结构），都在燃烧不久后出现了so2析出第一峰，随着稻草在混合样品中的占比逐渐增大时，析出峰的峰值逐渐减小，峰宽逐渐变宽，到达峰值的时间逐渐提前，燃尽时间缩短。由表1中的元素分析可知，us中的s的含量要小于污泥中s的含量，故随着稻草的掺混比例逐渐增大时，混合样品中s的含量逐渐降低，因而so2不断减小，尹娜等[7]在研究煤与污泥混烧中污泥的百分含量对so2排放的影响，也得到了类似的结论。结合图4可见，so2的生成总量随着稻草掺混比例的增加而逐渐减小，故表明污泥中掺混rs可以明显降低so2的排放。

3.2?不同温度对样品燃烧co和so2排放特性研究

该实验以城市污泥和稻草为研究对象，掺混比例为：5∶5，即50u50r，研究在四种不同燃烧温度600 ℃、700 ℃、800 ℃和900 ℃下的co和so2排放特性。

3.2.1?不同温度对样品燃烧co排放特性研究

由图5可以发现样品50u50r在600 ℃和700 ℃的燃烧条件下，co的排放曲线均呈现双峰结构，而在800 ℃和900 ℃的燃烧条件下，co的排放曲线均呈现单峰结构;随着温度不断上升，co释放的时间提前，燃尽时间大大缩短。另外结合图6可知，样品50r50u在不同温度下燃烧co排放量差异显著。co排放的大小顺序为：700 ℃