【摘 要】
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全球工业化和人类社会的发展导致了大量工业和生活废水的产生,从而加剧了城市污泥处理问题。热解是一种新兴的污水污泥处理和处置技术,在热解过程中的污染物排放比焚烧少。然而,在污泥蛋白质热解时,容易产生NOx前驱体。影响污泥热解因素众多,污泥本身含有的糖类化合物对污泥蛋白质热解有着显著的影响。因此,本文详细研究了污泥中蛋白质与糖类交互作用下的NOx前驱体生成的影响机理。对污泥脂质和蛋白质进行提取,得到脱脂
【基金项目】
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国家青年科学基金(51806033号); 国家科技部重点研发计划(2018YFB0905104号); 吉林省科技发展计划(20190201096JC号);
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全球工业化和人类社会的发展导致了大量工业和生活废水的产生,从而加剧了城市污泥处理问题。热解是一种新兴的污水污泥处理和处置技术,在热解过程中的污染物排放比焚烧少。然而,在污泥蛋白质热解时,容易产生NOx前驱体。影响污泥热解因素众多,污泥本身含有的糖类化合物对污泥蛋白质热解有着显著的影响。因此,本文详细研究了污泥中蛋白质与糖类交互作用下的NOx前驱体生成的影响机理。对污泥脂质和蛋白质进行提取,得到脱脂污泥(DS)和污泥蛋白(SP),并通过TG-FTIR研究了DS和SP的分解以及含氮气体的释放特性。DS热解NH3在400℃时到达最高,并且碳水化合物在400℃对NH3的抑制效果最好,在600℃时DS没有NH3生成。污泥蛋白HCN的释放有两个峰值分别在400℃和700℃,碳水化合物的存在均在两者峰值处起到抑制作用。因此确定井式炉热解实验特征温度为400℃、600℃和700℃。由于DS中碳水化合物和蛋白质之间的美拉德反应导致DS固体残渣产率更高。SP平均热解活化能比DS平均活化能高50.685k J/mol。采用脂肪族谷氨酸、芳香族酪氨酸和杂环族组氨酸作为蛋白质模型化合物,纤维素和木质素作为糖类模型化合物在井式炉中进行热解实验。通过对三相产物中N元素的转移规律进行分析。结果表明:700℃时糖类会减少蛋白质热解NOx前驱体的释放。添加糖类模型化合物在700℃对酪氨酸和组氨酸都表现出了明显的抑制作用,而只对谷氨酸HCN的释放起到抑制作用。因此,污泥中若含有较多的脂肪族氨基酸需要注意此温度下NH3的释放。在400℃和600℃时添加纤维素后与三种氨基酸发生美拉德反应均促进焦炭N向焦油-N的转化,焦油若作为燃料会产生更多的NOx。尤其是组氨酸与纤维素在400℃焦炭-N的剩余量为14.39%小于700℃下焦炭-N含量(23.80%)。当加入木质素时,对于脂肪族谷氨酸容易发生曼西尼反应,对于焦炭氮的固定效果最好,并且随着温度的升高效果越明显;由于酪氨酸本身含有一个稳定的苯环,400℃和600℃时添加木质素均会进焦油-N的生成;当700℃后,添加木质素后焦油含量由24.81%降低到12.46%;杂环族组氨酸本身N元素含量高,当添加木质素时交互作用剧烈,易于发生美拉德反应更多的N转移到焦油中,含氮化合物占比高达72.75%。美拉德反应和曼西尼反应是糖类化合物与蛋白质相互作用的两个重要的反应。本文针对污泥的有机提取物进行了研究,也采用模型化合物对其机理进行了研究。在高温时添加纤维素和木质素后可以明显降低NOx前驱体的释放,并且可以添加纤维素和木质素分别获得低氮的焦油和低氮的焦炭。
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