2021年 10月8日我院硕士生潘旭伟的研究论文“Comparative study on the effect of different dewatering skeleton conditioners on sludge pyrolysis products” 发表在环境工程类SCI期刊《Journal of Environmental Chemical Engineering》（中科院2区，IF₂₀₂₀=5.909）。beat365官方登录入口2020级硕士研究生潘旭伟为论文第一作者，beat365官方登录入口吴彦副教授为论文第一通讯作者、付川教授为论文共同通讯作者。本研究受到国家自然科学基金项目(51808089)、重庆市教委科技重点项目(KJZDK201801202)及研究生创新创业项目（YJSKY2005）的资助。

论文连接：https://doi.org/10.1016/j.jece.2021.106527

城市剩余污泥是城市污水处理过程中的副产物。据统计，2020年中国的污泥年产量达到6000-9000万吨。污泥中含有重金属、病原体、有机污染物、二恶英等多种有害物质，若处理不当，很容易造成二次污染。骨架调理污泥脱水是污泥处理的主要方法，但骨架调理剂对污泥调理-脱水-热解过程中热解产物的影响及机制尚不清楚。本研究通过热重质谱联用技术（TG-MS）和热解-气相色谱/质谱技术（Py-GC/MS），详细对比研究了生物炭、稻壳、粉煤灰三种骨架颗粒调理后的污泥热解过程中可凝气体/不可凝气体的释放特性，以阐明不同骨架调理剂对污泥热解产物的影响。通过全面对比和分析骨架调理剂在污泥热解中的反应机制以及对热解产物的影响，为今后研究骨架调理剂提高污泥脱水和热解工艺提供理论依据。

图1 骨架调理剂对污泥解热产物的影响及响应机理

研究发现，稻壳的添加增加了NH₃的释放，由于稻壳中氮元素主要存在易挥发的DNA、RNA和生物碱中，而原污泥中大部分氮元素存在于无机或热稳定有机质中。HCN的释放过程主要出现在300-550℃，其主要来源是加热条件下不稳定的吡咯氮键，除此之外，部分吡啶氮也是HCN的来源。此外，在600-700℃还观察到一个释放尖峰，这源于污泥中矿物质的催化作用，促进了含氮结构的分解，导致了HCN的生成。C₂H₃N的释放峰分布形状与HCN相似，它们可能存在相类似的形成途径，此外，-CN官能团有类似卤素的性质，可能还存在与烃基的结合和烷烃的取代反应。

图2热解过程中含氮污染物的释放曲线

研究表明，粉煤灰的加入，增加H₂S的释放，这是因为粉煤灰中的铁、铝等金属促进了更多的H自由基的产生，与热解过程中的含硫化合物产生的•SH和•S•自由基相结合。

图3热解过程中含硫污染物的释放曲线

研究表明，HCl的来源可能是污泥中一些氯化物在热解过程中生成HCl，污泥中无机氯化物与SiO₂反应也会生成HCl和Cl₂。

图4热解过程中含氯污染物的释放曲线

综上所述，本研究发现在污水污泥调理过程中添加的骨架调理剂对污泥热解有显著影响。稻壳的添加促进了热解过程中含C/H/O气体的产生。在污染物的释放方面，稻壳的添加增加了NH₃的释放浓度，粉煤灰的添加提高了H₂S和COS的产率，同时稻壳的添加减少了Cl₂和CH₃Cl的释放。三种骨架添加剂对污泥热解过程中含硫污染物的释放均无明显的促进和抑制作用。在焦油方面，生物炭和稻壳对污泥热解具有协同作用，促进了大分子化合物的裂解。粉煤灰中所含的金属对液相产物中大分子化合物的分解具有一定的催化作用。稻壳的添加不能提高焦油的热值，而生物炭和粉煤灰的添加提高了焦油的热值和化学稳定性，三种骨架添加剂对污泥热解焦油中含硫、氯污染物的生成均起到一定的抑制作用。本研究通过探讨热解过程中C/H/O、N、S、Cl的迁移转化和释放特性，旨在阐明骨架调理剂对污泥热解产物的影响，尤其是含N、S、Cl污染物的释放，对今后污泥调理-脱水-热解系统进行污泥资源化处理处置具有重要意义。