市政污泥快速资源化、无害化、减量化、稳定化处理是维持人类可持续发展的前提。污泥成分非常复杂,含有大量难降解的有机质、重金属、致病菌、病原微生物和寄生虫卵等成分,并伴有恶臭,这些复杂物质将给人类健康带来极大危害。此外,污泥还具有含水率高、灰分含量高、热值低等特点,不易回收利用,且热解污泥的前处理所需成本巨大,其热解技术需要进一步改善。生物质是一种可再生能源,含水率低、灰分含量低、热值高,与污泥混合可直接降低混合物的含水率,大大降低干燥所消耗的能量,同时还能增加产气热值,改善气体品质。污泥中还存在多种无机金属化合物,这些物质会对污泥热解产生显著影响,但这方面的研究鲜有报道。本文重点研究了市政污泥与木粉的协同热解特性,并且深入考察了添加剂对污泥与木粉共催化热解的影响与作用机理。研究内容主要如下:(1)采用热重分析和固定床热态实验对污泥、木粉以及不同掺混比的混合物进行热解特性研究,实验结果表明:木粉与污泥共热解可以产生协同效应,弥补污泥中挥发物含量低的缺点,使混合物的热质量损失率得到明显提高,促进污泥在低温条件下热解,同时木粉的掺入促进了焦油的催化裂解,大分子含氧杂环化合物含量明显降低,产生了较多的含氧脂肪族化合物,主要是酸、醛和酮类化合物,这些化合物在更高温度下继而脱酸脱羰基生成CO2和CO气体;气体产率也随着木粉的加入而增高,尤其是在900℃,木粉掺混比为20%时,可燃性气体体积百分数得到了明显提高,比理论计算值高20.47%,气体热值提高了 47.02%;收集的焦炭经过元素分析和FTIR分析发现污泥中存在的有机化合物比木粉更易分解,且灰分中含有多种营养成分,可以提高土壤肥力。掺入木粉后其热解焦炭具有较高的芳香性,含氮化合物含量降低,有利于提高热解焦炭在土壤环境中的稳定性。以上结果进一步证明了污泥与木粉共热解会发生促进的协同效应。(2)采用热重分析研究K2CO3、CaO和Fe2O3三种不同的添加剂对生物质与污泥共同催化热解特性的影响,结果表明:K2CO3、CaO和Fe2O3均可以促进污泥与生物质的共热解,其中K2CO3主要使质量损失峰向低温段移动,降低热解温度。CaO有效增加了热质量损失速率,提高挥发性物质的收率。固定床热态实验研究中,添加剂会提高气体组分的含量,K2CO3主要促进H2的产生,CaO起到了 CO2的捕集及焦油催化裂解的双重作用,Fe2O3促进了 CO的变换重整。焦油组分的GC-MS分析表明,K2CO3、CaO和Fe2O3都可以通过脱氧反应有效增大芳烃化合物含量,促进大分子含氧芳香族的解聚、环化、芳构化,从而释放出更多小分子烃和气体。焦炭的XRD表征分析表明三种添加剂对混合物的催化表现出不同的机理,K2CO3在热解过程中与C反应从而释放出气体,改变焦油裂解路径;CaO通过捕集CO2驱动焦油裂解和蒸汽重整反应;Fe2O3被还原性气体还原从而释放出较多CO2。