Consequences of sludge composition on combustion performance derived from thermogravimetry analysis

Abstract

a b s t r a c tWastewater treatment plants produce millions of tons of sewage sludge. Sewage sludge is recognized as a promising feedstock for power generation via combustion and can be used for energy crisis adaption. We aimed to investigate the quantitative effects of various sludge characteristics on the overall sludge combustion process performance. Different types of sewage sludge were derived from numerous wastewater treatment plants in Beijing for further thermogravimetric analysis. Thermogravimetric-differential thermogravimetric curves were used to compare the performance of the studied samples. Proximate analytical data, organic compositions, elementary composition, and calorific value of the samples were determined. The relationship between combustion performance and sludge composition was also investigated. Results showed that the performance of sludge combustion was significantly affected by the concentration of protein, which is the main component of volatiles. Carbohydrates and lipids were not correlated with combustion performance, unlike protein. Overall, combustion performance varied with different sludge organic composition. The combustion rate of carbohydrates was higher than those of protein and lipid, and carbohydrate weight loss mainly occurred during the second stage (175-300°C).Carbohydrates have a substantial effect on the rate of system combustion during the second stage considering the specific combustion feature. Additionally, the combustion performance of digested sewage sludge is more negative than the others.

Scum sludge as a potential feedstock for biodiesel production from wastewater treatment plants

“…The most serious decline of 26.8% occurred when the scum sludge was dried from freeze-drying to oven-drying. Li et al (2015) reported that sludge combustion is significantly affected by protein, which is the main component of volatiles.…”

Evaluation of sludge reduction of three metabolic uncouplers in laboratory-scale anaerobic–anoxic–oxic process

“…Sewage sludge is an undesired by-product of wastewater treatment, which needs to be treated, and otherwise, may have a significant environmental impact (Li et al 2015;Guo et al 2013;Semblante et al 2016). In Europe, the annual production of sewage sludge accounted for more than 10 million tons in 2010 and is expected to increase to 13 million tons in 2020 (Paul and Debellefontaine, 2007).…”

Reactividad de la co-combustión carbón-lodo

“…Las mezclas 1:9 y 3:7 registraron los mayores contenidos de MV y los valores más bajos de PCS, mientras que la mezcla 9:1 presentó los menores valores de MV. El contenido de MV del lodo se encuentra por debajo del reportado por (Li et al, 2015) quienes obtuvieron valores de MV entre 50 -74 %.…”

“…Equipos utilizados en el análisis próximo total y elemental azufre total y de PCS, mientras la mezcla 9:1 registró los menores contenidos de humedad residual (% HR) y cenizas (% Cz) y los más altos de azufre; en tanto el contenido de ceniza en las muestras de lodos fue de 57.92 %, superior al contenido de ceniza reportado por (Li et al, 2015) entre 23 y 47 %, quienes afirman que los valores obtenidos de humedad residual, MV, PCS., contenido de ceniza y azufre total durante la combustión de las mezclas puede ser debido al contenido de proteína presente en los lodos, la cual es el componente principal de la materia volátil. La mezcla 9:1 es más susceptible a generar altas emisiones de dióxido de azufre (SO 2 ) durante el proceso de combustión, puesto que esta mezcla contiene altos contenidos de azufre.…”

“…Se ha demostrado que los lodos se pueden utilizar en la agricultura como materia para compostaje o para la generación de energía a través de la combustión (Li et al, 2015;Moreira et al, 2008;Ogada and Werther, 1996;Roca-Pérez et al, 2009;Werther and Ogada, 1999). Para la determinación de la combustión, se utilizan técnicas de análisis como la termogravimetría (TGA) y la termogravimetría diferencial (DTGA) que permiten realizar la evaluación comparativa de varios procesos térmicos en los sistemas de combustión y de co-combustión de lodos con otras sustancias (velocidad máxima de combustión, temperatura de ignición y consumo de materia) por medio del monitoreo de la pérdida de masa del compuesto como función de la temperatura y/o tiempo (Li et al, 2015;Otero et al, 2002;Park and Jang, 2011;Su et al, 2013;Yu and Li, 2014).…”