2021年 9月2日我院硕士生王茂清的研究论文“Effect of dewatering conditioners on pollutants with nitrogen, sulfur, and chlorine releasing characteristics during sewage sludge pyrolysis” 发表在能源领域国际知名SCI期刊《Fuel》（中科院1区，IF₂₀₂₀=6.609）。重庆三峡学院2019级硕士研究生王茂清为论文第一作者，重庆三峡学院吴彦副教授、付川教授以及北京林业大学张盼月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)及重庆市教委科技重点项目(KJZDK201801202)的资助。

论文连接：https://doi.org/10.1016/j.fuel.2021.121834

城市剩余污泥是污水处理过程中产生的有害固体副产物，不仅产量高，而且含有多种有毒有害物质。除了环境风险外，污泥因其生物质含量高而具有资源和能源回收的潜力。污泥热解因同时具有减量化、无害化和资源化的特点，已成为最有前途的管理方法之一。通常，为降低热解过程中的能耗，需要对污泥进行调理和脱水预处理以降低含水量。然而，这些调理剂在预处理过程中影响热解产物的机制尚未阐明。因此，本研究采用 X 射线光电子能谱 (XPS) 分析热解前后污泥样品中N、S和Cl污染物的化学状态变化，以及通过热重-质谱（TG-MS）和热解-气相色谱/质谱（Py-GC/MS）来阐明污泥样品热解过程中可凝和不可凝气体的释放特性。以上研究成果为污泥调理、脱水和热解的一体化处理与处置过程中，调理剂对污泥热解的影响效果提供理论依据。

图1 调理剂在污泥调理脱水热解过程中的响应机理

研究发现，Fe₂(SO₄)₃调理剂有效降低了小分子含氮污染物的释放，而FeCl₃调理的污泥在热解过程中释放出更多的小分子含氮污染物（如图2）。这表明Cl^-促进了小分子含氮污染物的释放，而SO₄^2-抑制了小分子氮污染物释放。

图2污泥样品热解过程中含氮污染物的TG-MS图

研究表明，含铁调理剂显着增加了污泥热解过程中某些含硫污染物（H₂S、CH₃SH、COS和SO₂）的释放（如图3）。 此外，铁盐中所含的不同阴离子对含硫污染物的形成表现出不同的机制和影响程度。

图3污泥样品热解过程中含硫污染物的TG-MS图

研究表明，由 FeCl₃ 调理的污泥在热解过程中残留在污泥饼中的Cl并促进了更多的含 Cl 污染物释放（如图4）。

图4污泥样品热解过程中含氯污染物的TG-MS图

综上所述，本研究得出在污水污泥调理过程中添加的调理剂对污泥热解有显著影响。Fe具有催化作用，降低了污泥热解过程的活化能，改变了挥发物的种类和复杂性，促进了脂肪烃的形成和苯系物的催化重整和分解。此外，含铁污泥的热解减少了可冷凝挥发物中含氮化合物的含量。然而，由于铁盐阴离子的不同，FeCl₃ 调理的污泥促进了小分子含氮污染物的释放，而Fe₂(SO₄)₃调理的污泥则相反。Fe的催化作用产生更多的•H和•CH₃自由基，它们与•S•和•SH自由基分别结合形成H₂S和CH₃SH。调节过程中引入的Cl^-显着增加了热解过程中含Cl的小分子污染物的释放，比如HCl、CH₃Cl、C₂H₃Cl、NOCl和Cl₂。SO₄^2- 的引入显着增加了CH₃SH和SO₂的排放。因此，在实际应用中应关注调理剂对污泥热解过程中污染物释放的影响，这对于通过调理、脱水、热解系统技术进行污泥处理处置具有重要意义。