论文总字数：20870字

摘 要

中国作为世界第二大经济体，经济在飞速前进的同时，化工行业也快速发展着。在发展的同时，该行业所带来的污染也随之增多，含硫酸钙污泥这类固废也是其中之一。本文旨在通过研究在氮气气氛下高温还原分解来处理含硫酸钙污泥，选用C粉和Fe粉两种还原剂，进行不同摩尔比、不同反应温度和不同反应时间的单因素实验，找出最佳反应条件。经实验分析，数据整理表明：当C粉作为还原剂时，在硫酸钙与C摩尔比为1:1.5，用管式炉以1100℃高温分解60 min，硫酸钙的去除率最好为95.9%；当Fe粉作为还原剂时，在硫酸钙与Fe摩尔比为1:1，用管式炉以1100℃高温分解90 min，硫酸钙的去除率最好为92.3%。从经济效益和能源消耗角度考虑，C粉为最佳还原剂。同时反应后的污泥，进行资源化重复利用，以实现绿色发展。

关键词：硫酸钙 脱硫 污泥处理 污泥

Exploratory study on desulfurization treatment of calcium sulfate containing sludge

Abstract

As the world's second largest economy, China is advancing rapidly while the economy is advancing rapidly. At the same time of development, the pollution brought by the industry has also increased, and solid waste such as calcium sulfate sludge is one of them. This paper aims to treat calcium sulfate-containing sludge by high-temperature reductive decomposition under nitrogen atmosphere, and select two kinds of reducing agents, C powder and Fe powder, to carry out single factor experiments with different molar ratios, different reaction temperatures and different reaction times. The best reaction conditions. Through experimental analysis, the data arrangement shows that when C powder is used as a reducing agent, the molar ratio of calcium sulfate to C is 1:1.5, and the tube furnace is decomposed at 1100 ° C for 60 min, and the removal rate of calcium sulfate is preferably 95.87%; When the Fe powder is used as a reducing agent, the molar ratio of calcium sulfate to Fe is 1:1, and the tube furnace is decomposed at a high temperature of 1100 ° C for 90 minutes, and the removal rate of calcium sulfate is preferably 92.27%. From the perspective of economic efficiency and energy consumption, C powder is the best reducing agent. At the same time, the sludge after the reaction is recycled and reused to achieve green development.

Key Words:Calcium sulfate; Desulfurization; Sludge treatment; Sludge

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 前言 1

1.2 污泥的性质及危害 1

1.2.1 污泥性质 1

1.2.2 污泥危害 2

1.3 污泥的处理技术 2

1.3.1 污泥焚烧技术 3

1.3.2 污泥干化技术 3

1.3.3 污泥厌氧消化技术 3

1.3.4 污泥燃料化技术 4

1.3.5 污泥电离辐射技术 4

1.3.6 污泥超声波技术 4

1.4 污泥的资源化利用 5

1.4.1 污泥的土地利用 5

1.4.2 污泥的能源利用 5

1.4.3 污泥的建材利用 5

1.5 含硫酸钙污泥的来源及危害 6

1.5.1 含硫酸钙污泥的来源 6

1.5.2 含硫酸钙污泥危害 6

1.6 含硫酸钙污泥的处理技术 6

1.6.1 碳粉高温分解硫酸钙 6

1.6.2 氧化气氛高温分解硫酸钙 7

1.6.3 焙烧法分解硫酸钙 7

1.7 课题研究目的与内容 8

第二章 实验方法 9

2.1 实验材料及仪器 9

2.1.1 实验污泥 9

2.1.2 实验药剂 10

2.1.3 实验仪器 11

2.2 实验分析方法 12

2.2.1 去除硫酸钙方法 12

2.2.2 硫酸钙含量分析方法 12

2.2.3 XRD操作方法 13

2.2.4 尾气处理方法 14

第三章 含硫酸钙污泥的脱硫试验 15

3.1 硫酸钙分解技术的概述 15

3.2 不同还原剂使用量对硫酸钙分解效率的影响 15

3.2.1 C粉去除硫酸钙的最佳摩尔比 15

3.2.2 Fe粉去除硫酸钙的最佳摩尔比 16

3.3 不同温度对硫酸钙分解效率的影响 17

3.3.1 C粉去除硫酸钙的最佳反应温度 18

3.3.2 Fe粉去除硫酸钙的最佳反应温度 19

3.3.3 还原剂在反应温度下的综合对比 20

3.4 不同分解时间对硫酸钙分解效率的影响 21

3.4.1 C粉去除硫酸钙的最佳反应温度 21

3.4.2 Fe粉去除硫酸钙的最佳反应温度 22

3.5 特殊点的XRD分析 24

3.5.1 模拟污泥XRD分析 24

3.5.2 最佳反应条件的模拟污泥XRD分析 25

第四章 结论与展望 26

4.1 结论 26

4.2 展望 26

参考文献 27

致 谢 30

第一章 绪论

1.1 前言

中国作为世界第二大经济体，随着国家经济的飞速发展，社会各行各业也随之快速进步，越来越多的大型化工企业如雨后春笋般开始出现，他们在产生巨大利益的同时也会产生大量的工业废水和危险废弃物，据不完全统计其产值约上亿吨/年。^[1][2]其中酸性废水（以H₂SO₄为主）生化处理前经过pH调节，在调节池或中和池中投入石灰水来处理，会产生大量的CaSO₄沉淀，与池底的污泥混合在一起，会产生大量的含硫酸钙污泥，与此相类似的还有磷石膏和钛石膏等固废。^[3][4][5]这些污泥具有来源多样、种类繁多、成分相对简单、环境危害严重、处理经济成本高等特点，如不能及时进行处理将对生态环境造成严重的影响，进而危害人体健康。^[2][6]现阶段，我国企业对于含硫酸钙污泥的处置能力有限，多数企业以堆放的形式暂时处置这部分污泥。这种行为存在很大的弊端，一方面土地的利用率会降低，场地资源被浪费，另一方面当污泥与其杂质流失时，会破坏土壤，污染周围，对环境造成很大威胁。^[7] 因此，寻找和探索合适的工艺技术，将这类含硫酸钙污泥进行无害化处理后，再合理的资源化重复利用，对于经济上、生态环境上和社会需求上都具有重要的现实意义。

1.2 污泥的性质及危害

1.2.1 污泥性质

目前在我国生产生活所产生的污泥种类繁多，其性质也由于其产生方式的不同而不同。污泥按照其不同的来源途径可将污泥划分为工业污泥、生活污水污泥和给水污泥。污泥按照其不同的处理方法和分离过程可将污泥划分为初沉污泥、活性污泥、腐殖污泥、化学污泥和沉淀污泥。^[8]

污泥主要是由水分和干固体组成，其主要特性是含水率高，含水率可达到99%以上，分子间空隙大体积大，呈胶状液态，可以用泵进行运输，有机物含量高，暴露在空气中易于发生反应，易腐殖不利于贮存存放。同时污泥中水分的脱除，它会随着含水率的下降而变得越发困难，很难通过常规的沉降进行固液分离，需要多种工艺进行协调配合达到处理目标。^[9]

1.2.2 污泥危害

污泥是一种具有危害性较高的一种物质，污水中的污染物绝大部分都被浓缩在在污泥之中，以至于污泥的危害也更隐蔽、更直接，且更难被治理。^[10]

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