污泥絮团和水分分布对污泥与煤协同制浆特性的影响机理

Co-slurrying the municipal sewage sludge with coal solves the environmental problems and also realizes the energy utilization of the sludge. Maintaining a good slurrying ability is the key to this technology. Flocs and water distribution of sludge are the main factors influencing the slurrying ability of coal sludge slurry (CSS). But so far the influence mechanism is not determined yet. The flocs and water distribution of sludge will be studied fundamentally, and the physical occurrence model of water in the flocs will be built, and then the water binding mechanism will be investigated at a micro level. The adsorption process and dynamical characteristics of slurrying additive onto the sludge flocs and pulverized coal will be studied, and the deep researches on the matching and interacting performances among sludge, coal, and additive will be carried out, and then the discipline of the synergistic slurrying of CSS will be obtained. The spatial model of the ternary micro-architectures of sludge-coal-additive will be established, and the effects of sludge flocs on weakening the separation of solid-liquid phases and increasing the suspension stability of the coal slurry will be revealed. The changing trends of water distribution and the surface properties of sludge will be investigated when the sludge flocs are disrupted, and then the improving effects of the flocs disruption on the slurrying ability of CSS will be obtained. The main scientific problems of preparing high-concentration CSS are expected to be solved.

城市污泥与煤掺混制备水煤浆可以解决污泥的环境污染问题并实现污泥的能源化利用，保证良好的成浆性能是污泥水煤浆技术的关键。污泥絮团和水分分布是影响污泥水煤浆成浆性能的最主要因素，然而其影响机理尚不完全明确。针对污泥的絮团和水分分布特性开展基础研究，构建水分在污泥絮团中赋存的物理模型，在微观层面上获悉污泥絮团对水分的束缚机制；研究污泥絮团和煤粉颗粒对制浆添加剂的吸附行为及其动力学特性，掌握污泥、煤、添加剂三者之间的匹配性及相互结合特性，获悉污泥水煤浆协同成浆的内在规律；构建污泥-煤-添加剂三元微体系的空间架构模型，揭示污泥絮团减弱固液两相分离、提高水煤浆悬浮稳定性的作用机制；研究污泥絮团破解过程中污泥水分分布和表面特质的变化规律，获得絮团破解促进污泥水煤浆成浆的改善效果，解决制备高浓度污泥水煤浆的关键科学问题。

项目背景：污泥资源转化及利用是污泥处置的最佳方式，代表了未来的技术发展方向。然而，污泥具有组分复杂、水分极高（80%以上）等特点，这对污泥的能源利用产生了巨大的挑战。在对污泥进行燃料利用时，必须解决污泥的低成本深度脱水干燥难题。直接将湿污泥与煤掺混制备污泥水煤浆，可以避免污泥的烘干步骤。污泥絮团和水分分布是影响污泥水煤浆成浆性能的最主要因素，有必要探明其影响机理。.研究内容：（1）探讨了污泥絮团特性与水分分布之间的内在联系，研究了水分在污泥絮团中的赋存形态，获悉污泥絮团对水分的束缚机制；（2）研究了污泥絮团和煤粉颗粒对制浆添加剂的吸附特性，掌握了添加剂吸附特性的主要影响因素及影响规律；（3）构建了污泥水煤浆体系的空间结构，揭示了污泥提高水煤浆体系悬浮稳定性的机理；（4）研究了污泥絮团破解规律，通过絮团破解改善了污泥水煤浆成浆特性。.研究结果：污泥絮团具有粗糙的表面、丰富的孔隙以及开放松散的空间结构，将污泥掺入水煤浆或水焦浆中，部分自由水将被束缚在污泥絮团结构中，使得浆体成浆性和流动性变差，但会使稳定性提高。污泥絮团结构是影响污泥水分分布的关键因素。污泥絮团具有LB-EPS、TB-EPS以及内层颗粒三层组织结构。污泥絮团主要通过LB-EPS实现相互连接，去除LB-EPS之后絮团尺寸显著降低，颗粒相对分散，进一步去除TB-EPS之后，污泥簇团明显分解，更多的污泥间隙水将会转化成自由水。此时利用污泥制水煤浆，浆体内部的死水比例明显下降，自由水比例相应增加。自由水填充在颗粒物之间能起到润滑作用，降低煤粉及污泥颗粒在成浆和流动过程中相互摩擦作用，降低成浆黏度。通过超声波、碱解、热处理等方法破解污泥絮团之后，污泥性质发生显著改变，促进了污泥水煤浆的成浆。.科学意义：本项目探明了污泥絮团与水分分布的内在联系，揭示了污泥絮团和水分分布对污泥水煤浆成浆性能的影响机制，为污泥掺制水煤浆技术提供了良好的理论指导。