市政污泥是城市生活污水处理厂污水处理产生的一种副产物,其成分复杂、含水率高且难以脱水处理。如何降低污泥含水率并实现泥饼合理利用成为一项难题。本文在课题组前期研究以Fenton试剂与赤泥作为市政污泥的复合调理剂,经过板框压滤脱水,得到含水率为60%左右的深度脱水泥饼的基础上,开展深度脱水泥饼的热解产气资源化利用研究,重点探讨含水率对深度脱水泥饼热解产气效果的影响以及赤泥在泥饼有机物裂解中的催化作用效果,主要内容包括:1、市政污泥深度脱水泥饼热解特性分析采用热重分析,对烘干原泥和复合调理深度脱水泥饼的热解特性进行了分析。根据泥饼的热重(TG)和微分热重曲线(DTG)曲线发现,原泥中的有机物裂解主要集中在200-600 oC,总失重为49.15%,而深度脱水泥饼中的有机物裂解可以分为三个阶段,即100-200 oC、200-600 oC和600-900 oC,总失重为47.31%。无机复合调理剂能够促使污泥中可生物降解有机物、腐殖质以及难生物降解有机物的裂解温度降低,热解失重速率下降,从而有利于污泥中有机物的裂解反应,增加产气量。2、含水率对深度脱水泥饼热解产气效果的影响分别对含水率为0%、14.2%、40.9%、52.2%及65.2%的深度脱水泥饼,以及含水率分别为14.6%、40.4%、52.8%、65.1%及85.2%的传统的PAM调理脱水泥饼开展热解温度分别为700、800和900 oC的热解实验。研究发现,当热解温度达到900 oC时,深度脱水泥饼含水率为65.2%时产气总量达到最大,但含水率为52.2%,H2产量达到最大。热解温度达到900 oC时,PAM调理污泥含水率为65.1%,产气总量以及H2产量均达到最大。在900 oC时,深度脱水泥饼热解最大产气量相较于PAM调理污泥提高了36.0%,H2产量提高了89.1%。通过对深度脱水泥饼热解焦油的GC-MS检测发现,焦油中主要包括芳香烃、含氮化合物、杂环化合物、含氧化合物以及脂肪烃等物质,其中芳香烃,尤其是多环芳烃(PAHs)占最主要成分。随着含水率的不断提高,脂肪烃和含氧化合物逐渐消失,杂环化合物以及含氮化合物含量升高,有毒有害的芳香烃类物质的含量不断下降,尤其是5-6环PAHs含量下降明显。对泥饼热解残渣进行FTIR分析,当温度达到700 oC时,污泥中的有机物大部分已裂解完全。随着泥饼含水率的增加,参与泥饼热解反应的水分比例越来越高,泥饼热解残渣的质量也越来越低。当深度脱水泥饼含水率达到65.2%,水分为其热解提供了充足的水蒸气氛围,提高了水分参与泥饼热解焦油的二次裂解重整反应以及残渣气化反应的水蒸气浓度,从而加强了焦油的裂解重整反应和残渣的气化反应程度,从而提高了产气总量,尤其是H2产量。3、赤泥在深度脱水泥饼热解产气中的催化作用效果对700、800和900 oC三个温度下的不同种类的赤泥和Fenton试剂复合调理深度脱水泥饼产气进行研究。研究发现,不同种类的赤泥对Fenton试剂与赤泥复合调理深度脱水泥饼的热解产气总量及H2产量有很大影响。经过Fe2O3含量最高的赤泥复合调理的深度脱水泥饼的单位有机物产气总量以及H2产量最高,尤其是在700 oC时,其对污泥中有机物裂解产气起到较大的催化促进作用。进一步研究发现,赤泥中的Fe2O3含量越高,泥饼的热解焦油中PAHs的相对含量就越高,最高时其相对含量达到了88.54%。此外,对经过赤泥复合调理的深度脱水泥饼热解残渣进行FTIR分析,分析发现其C-Har键吸收振动较弱,且随热解温度的提高,其吸收振动幅度下降较快,由此说明赤泥增强了污泥热解残渣中的芳香族化合物断裂和气化重整反应,从而增加了焦油中芳香烃的相对含量。根据Diles-Alder反应模型,赤泥可以促进泥饼热解产物之间的脱氢、环化和芳香化反应,提高PAHs含量,且Fe2O3含量越高,促进效果越强,反应越剧烈,产气量尤其是H2产量越高。此外,考察了赤泥与污泥混合方式对泥饼产气效果的影响,结果发现赤泥作为复合调理剂加入到污泥中,不仅能够达到深度脱水效果,而且能对脱水泥饼中有机物的热解产气及焦油二次裂解重整和残渣的裂解反应起到催化作用。本文为市政污泥的高效脱水及后续泥饼的资源化利用提供了新的思路。