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污泥焚烧/热解是一种具有减量化、无害化、资源化等优点的热处理方法。由于污泥自身的含水率高、灰分高及热值低等不利于热化学处理的特点,常需添加辅助性燃料来维持污泥热处理过程中的热力循环。咖啡渣产量丰富、灰分低且热值高,被认为是一种理想的生物质燃料。然而,目前有关污泥和咖啡渣混合热处理的研究还尚属空白。另外,深度脱水污泥中残留有大量的调理剂,残留的调理剂势必会影响污泥热处理过程中酸性气体等污染物的排放,但目前关于此方面的研究鲜见报道。本文重点研究污泥与咖啡渣的热转化行为,并探讨调理剂Al Cl3/Ca O对印染污泥焚烧过程中酸性气体排放特性的影响。研究内容主要如下:(1)将人工神经网络(ANN)建模应用于非等温热重分析(TGA)过程并获得的空气气氛下的3个不同升温速率的热处理数据,以预测污泥(SS)和咖啡渣(CG)混合物的燃烧特征曲线(TG曲线)。实验数据和预测数据之间的一致性良好,验证了ANN方法的准确性。共燃烧结果表明,SS与CG之间存在相互作用,且对共燃烧过程的影响表现为正效应。随着CG的加入,SS的失重速率和反应性增加,而炭化减少。由Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)和Ozawa-Flynn-Wall(OFW)两种方法计算多的活化能(Ea)的偏差小于5%。当混合物中CG的比例为40%时,Ea的平均值(由KAS和OFW计算所得分别为166.8 k J·mol-1和168.8k J·mol-1)最低。(2)利用TG-MS研究了污泥、咖啡渣及其混合样燃烧过程中的气态污染物排放。结果表明,不同样品燃烧的气体排放具有不同的特征。当SS加入CG混烧时,混合物的共燃过程中SO2排放出现协同作用。此外,通过XRF对污泥和咖啡渣残留底渣的组成发现CG具有降低污泥焚烧积垢和结渣风险的潜力。(3)在热重试验平台上对污泥、咖啡及其混合样在不同配比的O2/CO2气氛(O2浓度分别为21,30,40和60%)下的燃烧特性进行研究。观察到CG的质量损失百分比及其最大失重速率均高于SS。在相同的O2浓度下,随着CG含量的增加,混合样着火温度升高而燃尽温度降低。另外,随着O2浓度的增加,60%SS-40%CG混合物的着火温度Ti和综合燃烧指数S增加,而燃尽温度Tb和燃尽时间降低。以气体混合比例,加热速率和温度作为人工神经网络的输入数据,将预测所得输出数据—质量百分比数值与实验值对比发现,它们之间有很好的一致性。随O2浓度从21%增加到60%,由KAS和FWO计算所得混合样的活化能分别从218.91增加到347.32 k J·mol-1和从218.34增加到340.08 k J·mol-1。(4)利用热重分析仪对污泥、咖啡及其混合样在不同配比的N2/CO2气氛(CO2浓度分别为0,25.2,48.8,73.2和100%)下的热解特性进行研究。结果表明,在相同的CO2浓度下,随着升温速率的增加,混合样最大失重速率和燃尽温度升高,而峰值温度降低。随着CO2浓度的增加,70%SS-30%CG混合物的第三阶段失重速率增加,但其残渣剩余质量并无变化。第二阶段的表观活化能Ea呈现出非叠加效应,当CO2为48.8%时,由DAEM计算所得第二阶段Ea的平均值最高,为362.33 k J·mol-1。Py-GC/MS结果表明SS与CG热解气体烃类产物含量相当,而CG热解气体产物中含有大量酸类化合物,将SS与CG混合热解可优化热解气体产物分布与选择性。(5)利用烟气分析仪、管式炉模拟炉排炉对含Al Cl3和Ca O调理剂印染污泥在不同调理剂添加量、不同焚烧温度条件下进行掺烧模拟,深入探讨了酸性气体的排放特性。结果表明,在相同的焚烧温度下,随Al Cl3添加量的增加,SO2的平均排放浓度增加,而NOx和H2S呈现非叠加效应;而随Ca O添加量的增加,NOx、SO2和H2S的排放浓度呈现下降趋势。相对于Ca O而言,Al Cl3调理剂的加入对印染污泥中酸性气体NOx、SO2和H2S的逸出起促进作用。随焚烧温度的增加,含Al Cl3印染污泥的NOx、SO2和H2S的平均排放浓度呈上升趋势,其中,800°C时,Al Cl3对印染污泥焚烧过程NOx析出的促进作用最弱。就含Ca O印染污泥而言,Ca O含量为5%和10%时,高温对Ca O的抑制作用占主导。但当Ca O添加量达到15%时,添加量对Ca O的促进作用占主导。焚烧温度从800°C到850°C时,Ca O对印染污泥焚烧过程SO2排放的抑制作用最明显。另外,800°C为含Ca O印染污泥的最佳抑制H2S生成及排放的温度。