汽車制造行業機械加工污泥熱解產物特性研究

0 引言

在汽車零部件加工制造行業中，尤其是軸承和汽車配件加工企業的切削、研磨等加工過程中，不可避免會產生大量的乳化液、磷化液等廢水，廢水經過處理后會產生大量的加工污泥，此類污泥被列入《國家危險廢物名錄》，屬于第17類危險廢物——表面處理廢物（HW17）。此類污泥的組成為切削加工時帶入的橡膠、雜質、金屬碎屑以及廢水處理過程中添加的藥劑等，含有大量的病原、寄生蟲、致病微生物，以及難以降解的有毒有害物質。由于污泥含水率高、體積大，給堆放和運輸帶來困難，如果處理不當，隨處堆放或直接填埋，將會對地下水、生態環境等造成二次污染。目前，國內外污泥的處置方法包括濃縮、消化、脫水、干化利用、衛生填埋或者焚燒等，堆肥均不適用于處理汽車加工污泥此類危險廢棄物。鑒于我國環保要求的不斷提高以及危廢處置單位的處理量趨于飽和的現狀，汽車加工污泥的存儲及高昂的處置費用成為困擾汽車零部件及整車加工企業發展的問題之一。因此對汽車工業加工污泥進行減量化、無害化、資源化處理已迫切成為國內外汽車行業關注的焦點問題之一。

在譯者充分理解了原文內容的情況下，不局限于字面含義和結構，將源語譯為目的語。例如，Queen’s English標準英語black sheep害群之馬small talk閑聊。

由圖3（a）可知，四氫呋喃用量對稻谷中葉黃素的提取量影響較小。原因是稻谷中游離的葉黃素含量少，四氫呋喃對葉黃素的溶解性較好，可對稻谷中的葉黃素充分溶解。據Yuhas等[25]的研究顯示，加入四氫呋喃有利于將葉黃素與脂肪分開，提高葉黃素提取效率和回收率。另外，四氫呋喃的沸點較低，易通過旋轉蒸發除去?？紤]到節約實驗試劑的原則，選取四氫呋喃的用量為15mL，此時葉黃素提取量為（1.56±0.02）μg/g。

熱解技術作為一種焚燒的替代方法被廣泛關注，熱解是指不供氧的條件下加熱，以滅除病菌、減少容積，獲得油、氣、炭為目的的過程，熱解產生的揮發分可以在線燃燒提供部分或者全部所需熱量。已有很多學者針對市政污泥進行了熱解技術研究。研究表明，污泥中有機物含量以及熱值較高，具備很高的能源利用價值

，污泥通過熱解產生的揮發分不僅可以實現系統能量的自持，且可以獲得寶貴的氣體燃料

，產生的熱解炭中重金屬比原始污泥中的形態更加穩定

，炭中的重金屬不易浸出

。雖然自20世紀80年代國內外許多學者開始對污泥熱解產物特性

及熱解技術進行了研究

，但目前大多數污泥熱解的研究集中于市政污泥，對汽車等機械加工行業產生的污泥研究不多，對于汽車工業加工污泥的熱解技術研究鮮有報道。

本研究針對汽車工業加工污泥進行熱解研究，以某汽車零配件廠家在生產過程中產生的污泥為研究對象，研究其在不同熱解終溫條件下，熱解產物的特性，產物的毒性及其緩解等措施，為汽車制造業污泥的低成本無害化、資源化處理奠定理論基礎和提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 材料的采集與制備

實驗樣品取自上海市某供汽車使用的傳動軸生產公司的廢水處理站，該公司在機械加工生產過程中產生的乳化液、磷化液與生活污水混合后進入廢水處理站，經壓濾后產生污泥。污泥初始含水率為57.35%，污泥實物外觀如圖1所示。污泥的工業分析和元素分析見表1。該污泥的熱值較高，能滿足污泥熱解所需的熱量。

1.2 熱解實驗

污泥熱解實驗臺如圖2所示，由管式電加熱爐、管式不銹鋼反應器、溫度控制器、冷凝管、集油瓶、集氣袋等組成。實驗步驟如下：

1.3.2.1 術中腸道清潔程度 由參與手術的床位醫師在術后當天進行填表評價。包括腸道癟陷程度:①無:無腸管脹氣，術野暴露充分;②略:有腸管脹氣，但術野暴露充分;③明顯:腸管脹氣明顯，手術野暴露不充分。

實驗前，先將清潔干燥的冷凝管、集油瓶以及連接段的軟管進行稱重。

由于熱解氣體中CO

的來源主要是有機物脫羥基反應、二次裂解及重整反應，與此同時，在反應體系中還存在著較多的消耗CO

的二次反應，在熱解初期有機物發生的是反應活化能較低的脫羥反應，導致低溫區產生較高的CO

體積分數。隨著熱解終溫的升高，脫羥反應的減弱和CO

消耗反應的加強，其含量迅速降低

。H

隨著熱解終溫的升高呈現增加的趨勢，這可能是在相對較低的溫度區，污泥中的有機物沒有大量裂解，并且H

的生成反應，如二次裂解或重整反應(1)、(2)、(5)都是吸熱反應，導致污泥熱解的低溫區H

含量較低；而在污泥熱解的高溫區內，由于發生二次裂解或重整反應的原料(初次裂解產物)豐富、有機分子縮聚脫氫反應的發生和反應體系溫度的提升有利于平衡正向移動等因素影響，使H

含量在溫度升高后迅速增加

。CH

主要來源為較低溫區的脂肪烴類物質自由基裂解、芳香族側鏈斷裂反應、高溫區二次反應中碳骨架重整碳化反應及反應(6)

，當熱解溫度為450℃時，結合圖3可知此時熱解并不充分，此時CH

的體積分數較低可能為脂肪烴類和芳香族類物質裂解不充分導致。當熱解溫度為500℃時，熱解較為充分，CH

含量明顯增加。當熱解溫度大于550℃，CH

含量迅速降低，這可能是由于CH

消耗反應(1)、(2)、(5)為吸熱反應，逐漸升溫的反應體系加劇了CH

的消耗

。隨著熱解終溫的提高，C

H

和C

H

的體積分數變化趨勢一致，先升高后降低，且均在10%以下?？傮w上，氣體的產量不高，可以考慮優先用于熱解系統的供熱。

實驗結束后，對冷凝管、集油瓶及連接軟管再次稱重，記錄質量。然后用CH

Cl

試劑進行沖洗后收集熱解液體產物。

采用兩種國家標準HJ/T 299-2007和HJ/T 300-2007涉及的浸出方法對污泥和熱解炭進行浸出毒性鑒別。其中，HJ/299-2007規定的方法適用判斷固體廢棄物以及再利用產物的浸出毒性是否歸類為危險廢物；HJ/300-2007適用于檢驗樣品是否可以進入衛生填埋場。

1.3 分析測試方法

氣態產物的成分由氣相色譜測量，本研究中采用的是7820A型氣相色譜儀（AgilentTechnologies,USA）。該型氣相色譜內部結構主要包括相連在一起的2 m長的5型分子篩柱和2 m長的填充柱、FID前檢測器和TCD后檢測器。該系統由安捷倫實驗室數據系統控制。通過手動注入反應器中100 μl的氣體來進樣。升溫程序為：在初始溫度323 K保持22 min，然后以加熱速率20 k/min加熱至423 K，保持15 min；再以加熱速率50 K/min加熱至503 K，保持10 min。注射口溫度為523 K，FID前檢測器溫度為503 K，壓力保持在255 kPa。對樣品氣體進行測量前，先對不同組分的標準氣體進行測量，以便后續對樣品氣體測量結果定量計算。

將實驗收集到的液態產物與二氯甲烷混合，有機成分溶解在二氯甲烷中，水相則分層，通過分液漏斗分離掉水相層，得到有機相溶液。有機相溶液經針筒過濾器過濾后，利用島津(Shimadzu)公司生產的氣相色譜質譜聯用儀（GCMS-QP2010，Japan）測量。該型儀器以氦氣為載氣，色譜柱規格為：30 m RESTEK×0.25 mmID，0.25 μm film thickness。進樣口溫度為300℃，升溫程序為：35℃保持5 min，然后以升溫速率10℃/min，加熱到120℃；隨后以5℃/min的加熱速率，加熱到250℃，再以10℃/min升溫速率加熱到300℃；最后，在300℃保持10 min。得到的總離子圖與質譜標準譜圖進行檢索匹配以確定液體產物樣品成分，并使用峰面積歸一化法確定各組分含量。

1.4 重金屬含量測試及其浸出實驗

為了檢測污泥和熱解炭中的重金屬含量，對污泥和熱解炭進行了消解預處理。實驗采用了EPA 3050B，該方法主要利用濃硝酸和過氧化氫作為消解劑，適用于消解沉淀物、污泥和土壤試樣，具體實驗步驟：取1.0±0.001 g樣品置于錐形瓶中，加入10 ml的體積比為1∶1的硝酸溶液，加熱試樣至95℃；然后回流10~15 min，根據固體是否全部溶解，決定是否加5 ml濃硝酸；繼續加熱蒸發至5 ml左右，同時保證溶液覆蓋瓶底，加入2 ml去離子水與3 ml 30%的雙氧水，待反應結束后，不再有大量氣泡產生；然后加入10 ml去離子水，5 ml濃鹽酸，在不沸騰狀態下加熱回流15 min。最后定容至100 ml，過濾分離，取樣，實驗室每個樣品均設有兩個平行樣。

中醫藥文化游學活動是一種開放性教學方式，適用于中醫藥專業初學者，尤其是沒有接觸過中醫藥文化，需要啟蒙教育的初學者。中醫藥文化游學活動，以一種最為親切的啟蒙方式，引領學生走近中醫藥文化，開啟中醫藥文化知識的大門，喚起學生對于中醫藥文化的熱愛之情。從眼觀到聽聞再到思考與感受，以及最后藝術上的全面體驗，循序漸進，調動學生全身的器官去感受、理解、思考，最終達到啟蒙教育的目的。將學生領進中醫藥文化大門后，引導其在中醫藥文化氛圍中學習，使中醫藥文化得到進一步滲透[5]，潛移默化中擺脫西醫醫學思維方式，逐漸形成中醫藥思維方式，為日后深入學習中醫藥學打下深厚基礎。

由表4可知，依據H/T299浸出方法和GB5085.3-2007標準

，原生污泥及其在不同熱解終溫下的熱解炭均不屬于危險廢棄物，雖然原生污泥中能檢測到As、Cu、Ni、Zn等重金屬元素，但濃度很低，遠低于國標限值。當熱解終溫高于500℃后，熱解炭中檢測不到As、Cd、Cr、Ni、Pb、Zn等重金屬，且隨著熱解溫度的升高，Cu的浸出濃度逐漸下降，這說明隨著熱解溫度的升高，熱解炭對重金屬的穩定性更強

。

2 結果與分析

2.1 不同熱解終溫下三相產物產率

為了探索熱解終溫對污泥熱解產物產率的影響，采用固定床熱解裝置，分別設置熱解終溫為450℃、500℃、550℃和600℃，進行了多次熱解實驗，每次實驗污泥質量為100±2 g。

表2為不同熱解終溫條件下三相產物的質量百分比，圖3為不同熱解終溫下固相產物的實物外觀圖。由表2可知，隨著熱解終溫的升高，固相產物質量百分比顯著下降，液相產物質量百分比提高，尤其是當熱解終溫為500℃時，液相產物質量百分比明顯提高，由450℃時的71.86%提高到75.34%。結合圖3可知，當熱解溫度＜500℃時，污泥熱解不充分，有少量污泥仍未被熱解，當熱解溫度大于500℃時，熱解較為充分。當熱解終溫大于550℃時，液相產物質量百分比增加較少，熱解終溫為600℃時，液相產物質量百分比為76.76%，相比500℃僅增加了1.24%。隨著熱解終溫的升高，氣相產物質量百分比先減少后增加，當熱解溫度由550℃增加到600℃時，氣相產物百分比增加較多，由7.51%增加到8.34%。

2.2 不同熱解終溫下液相產物組分

污泥熱解過程中產生的液相產物通過冰浴法進行冷凝收集，不同熱解終溫條件下，液相產物顏色和分層情況如圖4所示。當熱解終溫為450℃及500℃時，液相產物上層顏色較清，下層顏色以黑色為主。當溫度大于550℃時，液相產物顏色上層為黑色，下層顏色較清；550℃時下層為淡黃色。600℃時下層為褐色，顯示不同溫度下得到的液體成分不同。

壓力容器支座是在主梁上支撐罐體的主要部件，將支撐墊板、支座和連接塊作為一個焊接組合體來考慮在觀察各部件變形的同時也可觀察到焊接部位的受力情況，方便對整體的把握。圖13所示的是追尾車輛與車架開始碰撞瞬間組合體整體的應力云圖，經過觀察碰撞動畫與應力的動態關系，發現組合體此時所受的應力是最大的，故主要研究組合體此時的應力形變。

為了避免平準盤高度頻繁調整引起系統不穩定，在計算得到平準盤高度調整量后，如果調整量在誤差允許范圍內，系統將不進行調整。同時PLC引入平準盤高度傳感器信號，實時判斷平準盤高度，防止平準盤到達極限位置后繼續調整，避免電機過載，保護電機。當煙支重量持續較長時間過重而平準盤到達極限位置無法調節時，控制系統將發出警報。

由表3可知，在熱解溫度450℃時，熱解油中含量最高的組分為苯并菲、二氧六環、甲苯和二甲基戊烷、二甲基己烷等，上述五種組分約占熱解油總量的45%；隨著熱解溫度的上升，苯并菲、二甲基戊烷、二氧六環等逐漸分解，而苯、甲苯、乙苯、正癸烯等組分比例則顯著上升；同時，隨著溫度的上升，小分子烴類，如環丙烷、庚烷、正壬烷等組分含量也有明顯上升。其原因是隨著熱解溫度的升高，在較低熱解溫度下不易裂解的大分子有機物發生斷鍵反應，導致小分子有機物如小分子烴類和單環芳香族化合物含量顯著上升。此外，值得注意的是含氧化合物和含氮化合物在高溫下明顯降低甚至消失，可見更高的熱解溫度有利于獲得更有價值的熱解液相產物。

2.3 不同熱解終溫下氣相產物組分

實驗研究中利用氣袋將熱解氣進行收集，然后利用GC進行氣體成分測定（實驗中以氮氣為載氣，計算時去除通入的氮氣進行計算），污泥熱解產生的氣相產物主要組成成分為CO、CO

、H

、CH

以及少量的C

H

、C

H

。各成分所占比例如圖5所示。

熱解氣的產生主要是有機物分子裂解反應和熱解后氣化分子的二次裂解及重整反應形成

，反應方程式如下：

由圖5可見，當熱解終溫為450℃時，CO

體積分數為49.15%，隨著熱解終溫的升高，CO

體積分數百分比逐漸下降，當熱解終溫增加到550℃時，CO

的體積分數降低到8.35%，并趨于穩定。這是

采用HJ/T300浸出方法、依據GB16889-2008的標準

，原生污泥中Cr、Pb、Zn等重金屬的浸出量更大，As、Cu、Ni等重金屬的浸出濃度略有降低，但均未超過限值，從重金屬角度考慮該污泥可以進入衛生填埋場，但是由于污泥中含有的有機物和各種病菌，直接填埋對環境有害。各熱解溫度條件下的熱解炭中Ni、Pb、Cu、Zn等重金屬濃度明顯增高，As、Cr等重金屬濃度根據不同的熱解溫度呈現不同的變化趨勢，當熱解溫度為500℃時，As、Cd和Cr均檢測不出，浸出濃度極低，但是重金屬Ni、Pb超出限值，不能直接進入衛生填埋場，而其他熱解溫度下，重金屬Pb均超標。

實驗時，首先將一定量的污泥置于不銹鋼反應器5中，通入氮氣進行吹掃，吹掃一段時間（10 min）后熱解室4通電，開始加熱升溫，升溫速率為20℃/min。為了防止熱解產生的揮發分提前冷凝，在管式不銹鋼反應器出口設有電加熱帶（溫度為300℃），熱解產生的揮發分經過冷凝管后進入集油瓶，為了保證冷凝效果，冷凝管通入循環冷卻冰水，集油瓶也置于冰水中。熱解氣經過冷凝后通過集氣袋進行收集。

將液相產物進行油水分離后，以二氯甲烷按照1:200的比例稀釋后進行GC-MS檢測，由于熱解油化學成分復雜，僅在色譜圖中就檢測出近百種成分，包括了脂肪族化合物、芳香族化合物和雜環化合物。因此本研究采用NIST標準數據庫和保留時間相結合的方法進行定量分析，對每個試樣的總離子流色譜圖中峰面積百分比大于1%的峰的質譜圖在NIST標準數據庫中進行檢索并分析，確定該峰對應的化合物名稱，通過保留時間確定在其他試樣中的峰面積百分比。分析結果見表3。

2.4 污泥和熱解炭的重金屬浸出特性

為了研究汽車工業加工污泥及其熱解產物的重金屬浸出特性，采用美國EPA3050B標準消解法和兩種浸出方法對原生污泥、熱解炭進行消解/浸出實驗，結果見表4。

樣品浸出或消解處理后的溶液使用ICP-Agilent720ES電感耦合等離子發射光譜儀（ICP，Agilent Technologies,Inc.USA）檢測，為了保證測量效果的準確性，每個樣品至少測量三次。

我們身邊每天都有許多人走過，我們身邊每天都有許多事在發生。我們都見了，但是否看了后都思考了呢？也許很少有人去往深里多思一點吧。因為我們要看的東西太多了，顧不得或根本無意識在某一人或某一事，或一物那里將目光停留太久，成人使然，而孩子更會如此。所以我常常有意識地引導學生留心身邊的人和事，并對此進行思考。

為了使污泥的熱解炭可以作為一般的廢物進入衛生填埋場地，考慮到前期的研究

，污泥樣品分別加入其干基質量比5%的二價鐵鹽和5%的三價鐵鹽，然后熱解，產生的炭依據HJ/T299-2007方法標準浸出后，其浸出值均低于儀器檢測限值；且當熱解炭依據HJ/T300-2007標準浸出后，Ni的浸出值分別為0.111±0.009 mg·L

和0.138±0.011 mg·L

，遠低于GB16889-2008的規定限值0.5 mg·L

，而Pb的浸出值皆低于儀器檢測限，Zn的浸出值均有大幅降低。

因此，500℃熱解溫度下使用5%的二價鐵鹽或者5%的三價鐵鹽熱解，制得的污泥炭在重金屬浸出毒性方面均不屬于危險廢棄物范疇，均可直接進入衛生填埋場填埋處置。與污泥直接填埋不同的是，一方面污泥的體積大幅減少(約減少85%~90%)，另一方面污泥炭中沒有病菌。同時，污泥炭中的重金屬也被有效穩定化。即汽車工業的加工污泥可以在其中加入少量的二價鐵鹽或者三價鐵鹽作為重金屬穩定劑，輔助污泥在熱解過程中將重金屬全部穩定化。

3 結論

1）汽車工業加工污泥可以采用熱解技術來處理，將污泥轉化為油、氣和炭。隨著熱解終溫的升高，固相產物質量百分比顯著下降，液相產物質量百分比提高，而氣體產物質量百分比總體上偏低。

2）熱解液中的成分豐富，包括了脂肪族化合物、芳香族化合物和雜環化合物等。隨著熱解溫度的上升，苯并菲、二甲基戊烷、二氧六環等逐漸分解，而苯、甲苯、乙苯、正癸烯等組分比例則顯著上升；同時，隨著溫度的上升，小分子烴類，如環丙烷、庚烷、正壬烷等組分含量也有明顯上升，含氧和含氮化合物的比例下降甚至消失。

3）汽車工業加工污泥熱解產生的氣相產物主要成分為CO、CO

、H

、CH

以及少量的C

H

、C

H

，隨著熱解溫度的升高，CO

氣體組分比例明顯下降，可燃氣體組分比例升高?？傮w上可燃氣量少，適合于在線利用供應熱解所需能量。

按變壓器鐵心和繞組的配置來分類，可分為心式和殼式兩種。心式結構的特點是繞組露出外側，而鐵心在內側，從繞組絕緣上考慮，這種結構適用于高電壓，殼式結構的特點是在鐵心內側安放繞組，從外側看得見鐵心，這種結構適用于低電壓大電流的場合。

4）依據H/T299浸出方法和GB5085.3-2007標準，從重金屬危害角度，汽車工業加工污泥及其熱解炭均不屬于危險固廢；采用HJ/T300浸出方法、依據GB16889-2008的標準，熱解炭中的重金屬Ni和Pb可能超標，不能直接進入衛生填埋場。

在統整哈拉蘭博斯和張茹，以及范良火、吳立建[7]，曹一鳴、吳立寶[8]，王建波[9]等人研究成果的基礎上，從橫向和縱向兩個維度建立比較框架．其中，橫向比較主要關涉教材中“量”的層面，縱向比較主要關涉教材中“質”的層面．其具體比較指標如表1所示．

5）500℃熱解溫度下分別添加5%的Fe

或者Fe

亞鐵鹽或者鐵鹽于污泥中熱解，制得的污泥炭中所有重金屬浸出濃度明顯降低，達到了衛生填埋場的入場標準。

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