改性城市污泥作为烧结配料的作用机理和调控机制研究

本项目通过分析城市污泥中水分组成的特点，明确污泥中溶解态和结合态的胞外聚合物以及胶体对脱水性能的影响，探讨添加以石灰为主的复合改性剂，结合合适的物化处理方法，实现污泥的常温高效脱水，探讨改性剂的加入及反应条件对脱水的影响及脱水机理。进而利用改性城市污泥作为烧结配料，研究改性污泥的常温物化性质、化学组成、高温理化性质，确定改性污泥或改性粒状污泥在不同温度、时间、气氛等参数下的机械性能、物质相变性质，开展改性污泥与铁矿石烧结的反应机制分析。明确污泥配入比例、替代熔剂和燃料比例以及对烧结指标的影响，通过烧结试验，获得改性污泥引入后的烧结速度、利用系数、烧结燃耗、转鼓指数和烧结粒度组成等一系列烧结指标数据，结合烧结成矿理化性质、微观烧结机理和烧结动力学，分析改性污泥对烧结的影响因素和作用机理，并结合分析结果对污泥改性和引入烧结参数进行调节，从而获得污泥引入烧结的作用机理和调控机制。

高含水率、难脱水的特性是限制城市污泥有效处理的重要因素，而污泥在高温资源化工艺中的作用及影响也是国内外研究的热点。本项目对污泥改性及用作冶金烧结配料的机理和调控机制进行了研究，结果表明：紧密结合型胞外聚合物（TB-EPS）是影响污泥束缚水的主要因素，阳离子表面活性剂DDBAC能有效剥离和水解TB-EPS，束缚水含量降低51.23%；Fenton试剂与DDBAC存在协同作用，表现为污泥氧化、絮体解构（Fenton作用）后有机物进一步水解（DDBAC作用），束缚水含量两阶式降低；建立了CaO-DDBAC-PAFC复合改性的数学模型，能够准确描述变量对滤饼含水率（WC）、毛细吸水时间减少率（ECST）的影响；改性污泥能够改善烧结料的匀质粒化性能，提高料球的堆密度，改善烧结透气性；改性污泥对烧结性能有正向影响，并能替代部分燃料和熔剂，其调控机制与污泥组成、有效热值、CaO转化率、垂直烧结速度、利用系数、转鼓指数和固体燃耗有关。