污泥是污水处理过程中的沉淀物，含有多种有害组分，城市化的推进导致污泥产量急剧上升，若不妥善处置将对环境产生严重污染。在众多污泥处置方式中，燃烧处置可实现污泥的减量化、无害化、资源化利用。考虑到燃烧分为前期热解和后期氧化过程，本论文围绕污泥热解与燃烧两个方面开展了热失重特性、气态产物排放、实际着火燃烧现象、重金属污染物的研究，具体内容如下: (1)首先采用热重分析仪，研究污泥、生物质及掺混物在热解和燃烧过程中的热失重过程，分析生物质的添加比例对热失重过程的影响，总结了污泥和生物质之间相互作用。再采用与热重分析仪联用的傅里叶变换红外光谱、气相色谱以及质谱分析仪，检测热解与燃烧过程中的气态产物组分以及各组分的析出温度，实验结果表明:热解过程中烃类产物生成的温度范围，随碳原子数增多，往高温区移动;污泥蛋白质肽键受热发生不同形式的断裂重整，气态产物中存在着不同连接方式的含氮有机物，如尿素、肼类、吡啶类、四唑类、吡咯烷、哌啶类;生物质热解的气态产物含有醛、酮、醇、酸类小分子物质和呋喃、苯、酚类环烃。最后利用Flynn-Wall-Ozawa(FWO)和Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)两种等转化率方法，计算了热失重过程中各转化率所对应的活化能，总结了活化能随转化率的变化规律。 (2)搭建了立式管式炉燃烧实验台，将污泥颗粒由热电偶悬挂于立式管式炉观察窗位置，采用高速摄影获取不同工况参数下(氧气浓度、气流速度和温度)污泥颗粒的着火和燃烧过程。首先在炉内营造N2/O2氛围，研究工况参数对着火模式、着火延迟时间、着火温度和燃烧过程的影响规律。实验发现着火模式分为:焦炭的非均相着火;挥发分的均相着火;焦炭的非均相着火和挥发分的均相着火共同发生。气流速度对着火模式没有明显的影响。再在炉内营造CO2/O2氛围，与相同工况参数的N2/O2氛围下的实验结果进行对比，CO2/O2氛围下的着火延迟时间和着火温度均高于N2/O2氛围，且随温度和氧气浓度的上升而下降。在挥发分均相燃烧过程中出现挥发分火焰喷射现象，温度升高出现喷射现象的氧浓度范围扩大。 (3)采用电感耦合等离子体质谱分析仪，检测不同实验工况下(温度、污泥与生物质的掺混比)热解和燃烧的固体残余物(焦炭和灰分)中的重金属浓度和化学形态。当生物质的掺混比例提高时，固体残余物的重金属浓度呈下降趋势，重金属化学形态不同程度地向环境风险降低的方向转化。当温度升高时，由于高温使燃烧灰分中Cd、Pb和As，在未形成稳定性较高的矿物质之前挥发逸出反应体系，从而导致Cd、Pb和As浓度迅速降低。燃烧灰分中Cr、Cu、Zn、Ni、Mn浓度随着温度升高略微下降。温度升高降低了焦炭对重金属的吸附作用，所以焦炭中重金属浓度随温度升高而显著降低。温度和秸秆掺混比的升高均导致固体残余物中的重金属化学形态，从弱酸提取态和可还原态向可氧化态和残渣态转化，降低重金属的环境风险。
NETL
