[发明专利]一种测定污水污泥中组分含量及热值的热分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种污水污泥处理方法，具体涉及一种污水污泥中组分含量及热值的热分析方法。

背景技术

城市污水污泥的生物处理过程是一个包含能量变化和物质变化的综合过程，其中，有机物、残渣含量以及与传统动力学指标相类似的热力学指标，对于污水生物处理具有重要意义。

污水污泥的热能值是基本的热力学指标，又称热值，它能从宏观上反应了城市污水处理系统中各环节的含能水平和整个系统的能量构成，有助于开展废水处理的热力学基础研究，同时，污泥的最终用途，即污泥处置往往决定了对有机成分测量方法和含量的要求，因此，污水污泥组分含量和热能值的测定对于进行实现废水生物处理和污泥实际再利用具有重要意义。通常地，采用弹式热量计进行物质的热值测量。但样品需要进行前处理，先除去其中的大量水分，进行干燥，再用擦镜纸包裹试样或添加阻燃剂，最后进行有氧燃烧实验，测得热值。这个传统方法会因为前处理操作步骤的不同而使热值测试结果产生较大差异，并且费事费力。

另外，有机物含量是污水污泥最重要的化学性质，同时决定了污泥的热值与可消化性。通常有机物含量越高，污泥的热值也越高，可消化性也越好。当然，热值的高低也与有机物的成分种类有关。废水污泥中的低沸点物、有机物以及残渣含量一般采用比较费时费力的灼烧、重量法或重铬酸钾法进行测定，人工多因素干扰较多，数据可靠性差。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的问题，提出了一种无需进行前处理的、连续且便捷的测定污水污泥中组分含量及热值的热分析方法。

技术方案：本发明提供了一种测定污水污泥中组分含量及热值的热分析方法，包括以下步骤：

(1)称取试样2～30mg，放入热重/差热同步分析仪的样品坩埚中，参比物坩埚中放入与试样等值的氧化铝粉末或者空坩埚；

(2)以2～20℃/min的升温速度从室温加热至800～1000℃，或至质量不变为止，气氛为流量为60～200ml/min的空气或氧气；

(3)获得差热曲线和热重曲线；

(4)从热重曲线上，读取试样的起始质量M₀；若曲线在第一个失重台阶区域质量平稳，则读取该处试样质量M₁，若曲线在第一个失重台阶区域不断失重变化，则读取第一个失重台阶质量变化速率最小处试样质量作为M₁；低沸点物质含量百分比为：(M₀-M₁)/M₀×100％；

(5)读取试样的最终残渣质量M₂，残渣的含量百分比为：M₂/M₀×100％，试样中有机物的百分含量为：(M₁-M₂)/M₀×100％；

(6)从差热曲线上，若出现一个独立的放热峰或两个连续的放热峰，确定放热峰起始温度T₁和放热峰结束温度T₂，读取T₁和T₂温度，计算这两温度区间的放热峰的总峰面积S；

(7)污水污泥试样的热能值为：单位为J/g或kJ/g。

进一步，在差热曲线上若出现两个独立的放热峰，则分别确定两个放热峰的起始温度和结束温度，计算出两个峰面积S₁和S₂。

进一步，对于两个独立的放热峰，步骤(7)则分别计算每一个放热峰的热焓：式中，M’为热重曲线上第二个失重台阶质量变化速率最小处所对应的质量，则污水污泥试样的总热能值为：ΔH＝ΔH₁+ΔH₂。

发明原理：物质在加热过程中，其结构、相态和化学性会发生变化，同时，伴随有相应的物理性质的变化，例如热量的变化和重量的变化。另外，物质中不同的组分由于其性质的不同，会在不同温度阶段和不同气氛环境下发生不同反应，例如脱附、氧化和分解反应，并伴随有相应的吸热或放热效应。污水污泥的主要成分是可以燃烧的有机物，因此，本发明通过控制温度和气氛条件，利用同步热重分析/差热分析仪，同时测量物质和参比物的功率差(热流差)和质量与温度之间的关系，再通过计算曲线数据从而得到物质的低沸点物、有机物和残渣含量以及热值。