随着经济的快速发展和城市化进程的加快,2004年我国超过美国成为全球生活垃圾产生量最大的国家,许多城市和地区的生活垃圾处理面临巨大的挑战。重庆市主城区的填埋场开始接近饱和,大多数区县的填埋场均超负荷运转。污泥是城市污水处理过程中不可避免的副产物,重庆市的污泥年产量达54万吨,急需妥善处理。本文以重庆市生活垃圾为例,协同污泥制备衍生燃料(RDF-5),为区县生活垃圾处理问题提供“乡镇收集-区县制备-跨区域集中处理”的理论支撑,同时探索了污泥处理处置的新方向。首先,对重庆市的生活垃圾开展调查研究,了解城市和农村生活垃圾的现状,探讨其制备RDF-5的可行性。其次,根据重庆市生活垃圾的特点,考察含水率、成型压力和原料配比对制备RDF-5的影响。在此基础上,掺入污泥协同制备SS-RDF-5,并考察其较优的制备参数。然后,采用同步热分析仪对RDF-5及其制备原料进行了热重分析,根据分段燃烧/热解模型对RDF-5和其原料进行了动态拟合,得到了相应的拟合反应方程、反应级数、活化能和反应频率因子等热力特性参数。另外,通过testo 350烟气分析仪考察了RDF-5燃烧烟气中气态污染物的释放情况;并借助扫描电镜(SEM)、傅里叶红外变换光谱(FTIR)等分析了灰渣中重金属的形态分布。最后,本文落脚于制备RDF-5的温室气体排放因子和经济效益分析。通过生命周期评价(LCA)和政府间气候变化专门委员会(IPCC)的温室气体名录导则评估了制备RDF-5温室气体排放量(以当量二氧化碳计)。在上述研究内容的基础上得到了以下结论:(1)重庆市的生活垃圾中有机成分含量较高,热值基本满足焚烧要求,剔除不可燃等惰性成分后,可制备衍生燃料。(2)橡塑类、纸类、竹木、织物类和厨余比例分别为15%、6%、15%、9%和55%,含水率为8%,成型压力为10 MPa时制得的RDF-5物理特性优良,延展率仅为41.18%,7天耐性指数(IRI)为61。(3)用污泥替代原料中的厨余组分来制备RDF-5是可行的,污泥、橡塑、纸类、织物和竹木的干燥基占比分别为32.8%、39.54%、15.72%、6.24%和5.71%时,原料含水率为10%,成型压力15 MPa制得的RDF-5颗粒能满足长时间堆放和长距离运输的要求。(4)分段动态模型能较好地对制备原料及RDF-5的燃烧和热解热力学进行拟合:橡塑类的燃烧为四段燃烧(2、1/2、2/3和2级燃烧反应),其热解可用一个2级反应拟合;纸类的燃烧和热解均可用四段动态模型拟合(1、1/2、2/3和1/3级燃烧反应;1/2、1、2、1和2级热解反应);竹木类可用两段燃烧模型拟合(1/3和1/2级燃烧反应),三段热解模型拟合(2、1和2级热解反应);织物类可用两段燃烧反应拟合(两个1级燃烧反应),三段热解反应模型拟合(1/3、2和2级热解反应);厨余类可用6个连续的1级燃烧反应拟合,三段热解反应拟合(1、3/2和3/2级热解反应);污泥可用5段燃烧模型拟合(三个2/3级和2个2级燃烧反应),三段热解模型拟合(1/3、3/2和3/2级热解反应);RDF-5可用7段燃烧模型拟合(1/3、3/2、3/2、2、2、1/2和1级燃烧反应),四段热解模型拟合(1/3、1、2和2级热解反应)。(5)可燃性从大到小的顺序为厨余>织物>RDF-5>竹木>塑料>纸类>污泥;综合燃烧特性指数从大到小的顺序为厨余>织物>污泥>RDF-5>竹木>塑料>纸类。(6)在制备RDF-5时掺入一定量的钙,使得RDF-5燃烧时产生的HCl和Ca2+发生反应生成钙盐(CaCl2),一方面大大降低了燃烧烟气中HCl的含量,另一方面也能降低热解副产物焦油的产生量。RDF-5燃烧后灰渣中的重金属含量远低于其热解焦炭中的含量;RDF-5燃烧/热解灰渣中含有羰基、C-Cl-1等复杂化合物,对残留重金属有一定的吸附效果;钙类添加剂对重金属的形态分布有一定的影响,导致灰渣中Pb和Cr的生物可利用性指数(BI)增大,Zn的生物可利用性指数降低。(7)生活垃圾卫生填埋和焚烧处理,以及用于制备衍生燃料,三种处理方式的温室气体的排放因子分别为0.68、0.56和0.45。可见,制备RDF-5的温室气体贡献较低。