【摘 要】
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印染污泥（TDS）由于含有染料、添加剂和重金属等毒害成分,亟需规范化处理处置。热化学处理包括焚烧、热解在内的技术能够快速彻底实现废物的减容并回收能源,已经成为主流技术。然而印染污泥热值低、灰分高等特点导致其单独热处理过程受到限制。聚烯烃类废塑料产量巨大,其具有挥发分高,灰分低和热值高等特点,协同处理可以改善污泥热处理特性。本论文以TDS与聚烯塑料为研究对象,研究了不同气氛下它们掺烧/共热解的热分解
【基金项目】
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国家自然科学基金,污泥富氧掺烧体系中Cl/S/P-矿物质的热交互行为与多种重金属迁移的关联机制（编号:51978175）,2020.1-2023.12.31; 广州市重点研发计划（农业和社会发展科技）,残留调理剂在污泥“调理脱水—干化—掺烧/热解/气化”全过程中诱发二次污染物迁移转化行为归趋、污染调控与示范应用,2021.1-2023.12.31; 粤西化工行业检测技术平台搭建及示范应用（No.2
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印染污泥（TDS）由于含有染料、添加剂和重金属等毒害成分,亟需规范化处理处置。热化学处理包括焚烧、热解在内的技术能够快速彻底实现废物的减容并回收能源,已经成为主流技术。然而印染污泥热值低、灰分高等特点导致其单独热处理过程受到限制。聚烯烃类废塑料产量巨大,其具有挥发分高,灰分低和热值高等特点,协同处理可以改善污泥热处理特性。本论文以TDS与聚烯塑料为研究对象,研究了不同气氛下它们掺烧/共热解的热分解特性、相互作用及热处理过程中典型污染物迁移转化,为TDS与废塑料共处置的污染控制提供理论依据。主要结论如下:（1）通过TG-FTIR和Py GC/MS方法分析了两种聚烯烃塑料（注射器（SY）和医疗瓶（MB））在氮气气氛下不同加热速率下的热解特性、热解产物、反应机理和途径。SY和MB热解温度分别为394.4至501℃和417.9至517℃。SY和MB脱挥的平均活化能分别为246.5和268.51k J/mol。MB表现出更好的热解性能,降解率更高,残留物更少。最合适的反应机理属于SY热解的几何收缩模型（R2）和MB热解的成核生长模型(A1.2)。SY的主要热解产物为C4-C24烯烃和二烯烃,MB的主要热解产物为C6-C41烷烃和C8-C41烯烃,并分析得到两种塑料的反应途径。（2）分析了纺织印染污泥（TDS）与注射器（SY）和医疗瓶（MB）两种塑料废弃物的共热解性能、协同机理和产物。热值高、灰分低的聚烯烃塑料的热解可以弥补TDS单一热解性能差的缺点。协同机制主要发生在400-550℃范围内。添加10%的SY或MB可获得最佳的共热解性能和最低的活化能。共热解增加了CH4和C-H的含量,但减少了CO2的排放。对热解产物的分析得到两者之间的相互作用机制。共热解产生了更多的脂肪烃、醇和环状烃,而降低了醚和呋喃的产率。聚烯烃塑料的加入使焦炭的微观表面颗粒更小、更疏松。（3）对TDS和两种聚烯烃塑料的（共）燃烧性能、气体排放和灰烬进行了量化和表征。PP和PE共混比例的增加改善了着火、燃尽和综合燃烧指数。两种塑料在200-600℃范围内与TDS发生了显著的相互作用。TDS预先点燃了塑料的燃烧,进而促进了TDS的燃烧。共燃烧过程导致CO2排放增加,减少了CH4、C-H和C=O的产量。塑料中的钙基矿物增强了固硫作用,减少了SO2排放。当PE和PP的添加量分别从10%增加到50%时,共燃烧的活化能分别从126.78降至111.85 k J/mol和133.71降至79.91 k J/mol。用f（α）=（1-α）n模型较好地描述了共燃烧反应机理。随着塑料的加入,反应级数降低。通过人工神经网络优化燃烧协同作用,从而共同满足最大能量生产和最小排放的多个目标。（4）采用管式炉实验和微波消解/ICP-OES实验考察了TDS与SY和MB掺烧/共热解过程中塑料类型和不同温度对重金属的迁移转化的影响。结果表明:800℃下,空气气氛下SY的加入导致除Mn以外其他重金属残留率的降低,MB加入提高了Cd的残留率。在氮气气氛下SY和MB的添加导致所有重金属残留率呈不同程度的降低趋势。温度对重金属Cr,Cu,Ni的残留率的变化影响不大,塑料的加入会对它们的残留率产生少量的变化,Cr,Cu,Ni的残留率依然保持在较高的水平,大部分Cr,Cu,Ni仍被固定在底渣或焦炭中。高温驱使下SY掺入增加了底渣中Mn的残留率。温度的升高导致Cd,Pb残留率降低,更多挥发到飞灰和烟气中,塑料的加入对Cd和Pb的迁移转化影响不大,而在氮气气氛下Cd和Pb的残留率比空气气氛下的要低,特别是在温度超过800℃的时候。随着温度的升高,Zn的残留率逐渐降低,氮气气氛比空气气氛表现更明显。在空气条件下,SY可使Cd,Cu,Pb重金属向相对稳定态转化;在氮气条件下,MB可使Cr,Mn和Zn重金属向相对稳定态转化;而SY可Cr,Mn,Pb和Zn使重金属向相对稳定态转化。
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