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印染污泥(TDS)含有大量的染料、表面活性剂等有毒有害污染物,急需发展安全有效的处置方式。同时TDS具有含水率大、挥发分少和灰分高的特点。利用生物质与印染污泥协同热处置的技术方法是目前安全有效处置,且有效实现污泥减量、无害化与资源利用的重要途径。中药渣(CMR)作为产量大、来源广的生物质固体废弃物,具有丰富的半纤维素、纤维素和木质素,同时,具备高热值和高挥发分的特点,有良好的热化学协同处理潜力。本文将TDS和CMR两种废弃物作为研究对象,深入研究TDS与CMR协同热过程(共热解/共燃)的热分解反应特性,探究产物释放转化规律,分析热反应底渣特征,为TDS及CMR的协同热处置提供基础理论参考。本文的主要研究内容如下:(1)通过热重(TG)分析在N2气氛下CMR的热解行为,通过计算热解特性参数,结合动力学和热力学参数信息了解CMR热解特性。同时,联合热重-傅里叶变换红外光谱联用技术(TG-FTIR)和热解-气相色谱/质谱技术(PY-GC/MS)监测CMR热解气体产物的释放情况。结果表明:CMR热解主要分为三个阶段:水分流失阶段、半纤维素和纤维素脱挥发分阶段以及木质素分解阶段,主要热解温度范围为:150~600°C。期间随着升温速率提高,挥发物的初始释放温度(Ti)、最大失重率(Rm)以及峰值温度(Tp)都有所增大。综合热解指数(CPI)也表露出CMR良好的热解性能。通过无模型拟合方法(FWO、Friedman、Straink和KAS)估算动力学,结合主图法将主要反应过程分化为四个阶段,获得的反应模型分别为:D1:f(α)=1/(2α),D3:f(α)=3/2(1-α)2/3[1-(1-α)1/3]-1,D4:f(α)=(3/2)[(1-α)-1/3-1]-1和F2:f(α)=(1-α)~2)。获得的活化能Ea为:209.32~243.84 k J/mol。变化的热力学参数也表明了CMR热解过程的复杂性。TG-FTIR检测到的气体和官能团主要有:H2O、CH4、CO2、CO、C-H、C=O、C=C和C-O。通过PY-GC/MS检测发现CMR热解产物包括:烷烃、氮化物、芳香烃、酸类、呋喃类、酯类、酚类、酮类、醇类和其他,其中占比最高的物质成分为反-9-十八碳烯酸甲酯(53.75%)。(2)通过K2CO3浸渍预处理CMR,研究浸渍前后CMR与TDS共热解差异,探究了不同气氛、不同混合比和不同浸渍条件对共热解特性的影响。结果表明,CMR与TDS共热解可以产生协同作用。N2和CO2下,共热解的综合热解性能CPI较TDS单一热解分别提高了33.9%和33.2%。浸渍预处理后,370°C时共热解反应被催化提前,活化能在N2和CO2下分别降低了77.3k J/mol和134.6 k J/mol,此外,浸渍处理还加深了焦炭气化程度(44.25%)。金属钾通过浸渍进入样品后,通过削弱脂肪侧链和桥键的键能、催化产物裂解和二次裂解等途径,加大CMR与TDS的分解程度,提高了热解油产率(66.19%),其主要含烯烃、含芳香结构物质、醇等。K2CO3的浸入提高了共热解生物炭的芳香性,减少了K与Si的接触,便于Mg与Si O2反应生成硅酸镁。共热解生物炭表面主要包括-OH、-CH2、C=C和Si-O-Si。共热解灰中的主要相包括Ca5(PO4)3(OH)、Al2O3和硅酸镁。(3)通过热重(TG)分析了空气和富氧气氛下CMR的燃烧行为,结合动力学和热力学分析了CMR燃烧反应和特性。利用热重-傅里叶变换红外光谱联用技术(TG-FTIR)监测不同气氛下CMR燃烧的烟气排放情况,结合2D-TG-FTIR-COS分析了温度对气体释放的扰动。利用XRF、Factsage和XRD分析CMR在不同气氛下燃烧产生的灰分特性。结果表明:CMR在150°C时开始流失水分,在150~560°C时主要的有机组分开始燃烧分解。燃烧特性参数CCI表明,8-2/CO2-O2富氧气氛下的燃烧特性不如空气气氛,但提高氧含量可以改善富氧燃烧特性,CCI从4.413~310-7增至7.798~310-7%~2/min~2/°C~3。相比富氧燃烧,在主反应的始端和末端空气燃烧具有更高的活化能:275.15和520.91k J/mol,但α=0.7时,富氧有更高的活化能为400.22 k J/mol。中药渣燃烧遵循反应顺序类型(Fn)。CMR燃烧烟气主要有:CO2、H2O、含C=O和C-(O)H的气体等,2D-TG-FTIR-COS结果显示,高氧含量的富氧气氛更有利于CO2释放。CMR灰分主要含钙、钾、硅和磷等,灰分结渣计算参数表明富氧气氛相比空气更易结渣。FTIR中揭露出富氧灰分存留更多的CO32-和PO43-,主要为碳酸钙和羟基磷酸钙。(4)通过TG、TG-FTIR和管式炉灰分制备实验,研究了空气和富氧气氛下不同混合比例的CMR和TDS的共燃烧行为、共燃烟气排放规律和结渣特征。结果表明:CMR主要经历水分流失、挥发分释放和燃烧,以及残余物质的燃烧;TDS主要经历微生物降解小分子物质燃烧、大分子有机物质燃烧和残余耐火物质分解。CMR与TDS共燃,不仅提高了TDS的燃烧效率,还加大了TDS的分解程度,降低了燃烧残余率,表现出明显的积极协同效果。但由于富氧并不利于空隙的形成,空气和富氧下产生的协同作用强度不同。共燃烟气(HCN、NO、SO2、CO、CO2)方面,因CMR高挥发分、低灰分的特点,其NO、SO2、CO、CO2的释放量均高于TDS,CMR在与TDS共燃后气体污染物排放得到明显改善。热气氛环境的差异使富氧下HCN的氧化转化受到抑制,使富氧下HCN的释放高于空气,但CMR的添加使TDS的HCN排放得到明显降低。根据Factsage模拟结果,TDS灰分中主要含Si O2和Al2O3。随着CMR的加入,灰分中碱金属含量增加,形成金属硅酸盐的几率变大(KAl Si3O8、KAl Si2O6),灰分结渣风险增加。但随着P含量的提高,碱金属可以与磷反应形成磷酸盐。碱土金属进一步与这些磷酸盐发生反应(Na2Ca P2O7、Na2Mg P2O7、Mg3P2O8、Ca3Mg3(PO4)4),降低了形成低熔融金属硅酸盐的几率,结渣风险也随之降低,这一结果与灰分特征参数结果吻合。