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研究生:李怡靜
研究生(外文):Yi-Ching Lee
論文名稱:污泥熱裂解模式模擬之研究
論文名稱(外文):A Study on the Pyrolysis Model Simulation of Sludge
指導教授:戴華山戴華山引用關係
指導教授(外文):Hua-Shan Tai
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄第一科技大學
系所名稱:環境與安全衛生工程研究所
學門:工程學門
學類:環境工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2011
畢業學年度:99
語文別:中文
論文頁數:145
中文關鍵詞:Friedman modelTGA熱裂解Ozawa model
外文關鍵詞:Friedman modelTGAPyrolysisOzawa model
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近年來由於產業蓬勃發展、經濟之高度成長、民眾生活水準普遍提升、廢棄物排放量日益增加,加上政府進行污水下水道建設,促使下水道接管率大增,致污水處理場衍生之下水污泥量亦隨之驟增,而污泥具有回收再利用之價值,應妥善處理避免造成環境二次污染等問題。因此本研究利用熱裂解方式來探討污泥之熱性質變化情形;本研究以(1)微分法:Friedman 法;(2)積分法:Ozawa法等方法來求得污泥熱裂解不同的動力學模式,並與實驗值之各項參數比較其線性迴歸之R2值,以評估由實驗所求之熱力學動力學各參數之適用性是否良好。本研究主要以台南安平水資源回收中心之二級污泥及台南科學工業園區污水處理廠之有機污泥,將含水率控制於 A:<20%、B:21-30%、C:31-40%、D:50-60%、E:70-85%,使用熱重分析儀(TGA),在三種不同之升溫速率(5℃/min、10℃/min、15℃/min)下進行分析。實驗結果再分別以Friedman、Ozawa方法求出污泥熱裂解不同的動力學模式,並將各模式分析所得之計算值與TGA實驗值進行比較。
實驗結果顯示,本研究裂解過程皆分為兩階段,結果顯示若含水率越高,在第一階段裂解時所耗的能量就越大,而到第二階段裂解則所能裂解之物質則較少,若含水率低時,則反之。另以Friedman、Ozawa法求得計算值與實驗值之相關性(R2) 80%皆在0.9以上,適用性均良好。
The flourishing industry, highly economic growth, standard of living increase, and waste increase, construction of sewage systems by the government and drainage rates increase have contributed the rapid surge of sludge in sewage treatment plants. Due to the fact that the sludge is worth recycling, it should be properly treated to avoid further pollution. This research is conducted by the method of thermal cracking to explored the thermal properties of the changing sludge. The methods, including (1) Differentiation: Friedman method; (2) Integration method: Ozawa method and other methods are used to obtain different dynamic sludge pyrolysis model with the experimental values of the parameters of linear regression to compare the value of R2, and to analyze the applicability of the demand of the experimental kinetic parameters thermodynamics. The sludge sample utilized in this research is mainly the secondary sludge from Water Recycling Center in Anping, Tainan and organic sludge from Tainan Scientific and Industrial Park in Tainan. The moisture is controlled as A: <20%, B: 21-30%, C: 31-40%, D: 50-60%, and E: 70-85%. The thermal gravimetric analysis (TGA) is used under three different heating rates (5℃/min, 10℃/min, 15℃/min) for analysis. The research results are further calculated with Friedman and Ozawa methods to obtain the sludge pyrolysis different dynamic models, and then compared with analysis results of each mode calculated and the experimental values of TGA. The results demonstrate that the cracking process consists of study two stages. According to the research results, when the moisture rate is higher, the energy consumption in the first stage of cracking is greater. At the second stage, the cracking materials are less and the effects are vice versa when the moisture rate is lower. Furthermore, the calculation and experimental values obtained from Friedman and Ozawa methods are with the correlation (R2) 80% are above 0.9, and this demonstrates both has ideal applicability.
摘 要 I
ABSTRACT II
誌 謝 IV
目 錄 V
表目錄 VII
圖目錄 IX
第一章 緒論 1
1-1緣起 1
1-2研究動機及目的 3
1-3研究架構 4
第二章 文獻回顧 6
2-1污泥來源及其特性 6
2-2污泥處理處置及再利用 17
2-3熱裂解原理與方法 20
2-3-1熱裂解原理 20
2-3-2 熱裂解反應途徑 24
2-4 熱重分析法(THERMO GRAVIMETRIC ANALYSIS;TGA) 26
2-4-1 熱重量法之應用 29
2-5熱裂解動力學理論 30
2-5-1 Friedman法 32
2-5-2 Ozawa法 33
第三章 實驗 36
3-1實驗材料 36
3-2實驗設備與方法 36
3-2-1球磨機 36
3-2-2烘箱 37
摘 要 I
ABSTRACT II
誌 謝 IV
目 錄 V
表目錄 VII
圖目錄 IX
第一章 緒論 1
1-1緣起 1
1-2研究動機及目的 3
1-3研究架構 4
第二章 文獻回顧 6
2-1污泥來源及其特性 6
2-2污泥處理處置及再利用 17
2-3熱裂解原理與方法 20
2-3-1熱裂解原理 20
2-3-2 熱裂解反應途徑 24
2-4 熱重分析法(THERMO GRAVIMETRIC ANALYSIS;TGA) 26
2-4-1 熱重量法之應用 29
2-5熱裂解動力學理論 30
2-5-1 Friedman法 32
2-5-2 Ozawa法 33
第三章 實驗 36
3-1實驗材料 36
3-2實驗設備與方法 36
3-2-1球磨機 36
3-2-2烘箱 37
3-2-3電氣高溫爐 37
3-2-4熱重分析儀 (TGA) 38
3-2-5總有機碳分析儀附加固體樣品進料器(TOC–SSM) 39
3-3實驗流程 40
3-4實驗步驟 41
3-5檢測與分析 42
第四章 結果與討論 44
4-1污泥基本特性檢測與分析 44
4-1-1 三成份分析 44
4-1-2 TS、VS、FS分析 45
4-1-3 總碳(TC)分析 46
4-2 污泥之熱重分析 47
4-3 污泥之熱裂解特性 53
4-4 污泥之熱裂解動力學 62
4-4-1 利用Friedman法之模式分析 62
4-4-2 利用Ozawa法之模式分析 72
4-5 模式驗證 75
4-5-1 Friedman模式驗證 75
4-5-2 Ozawa模式驗證 75
第五章 結論與建議 90
5-1 結論 90
5-2 建議 91
參考文獻 92
附錄A各樣品之熱裂解動力學參數 95
附錄B各樣品之實驗值與計算值之相關性 107
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