通过共热液碳化纺织印染污泥和园林废弃物，协同提升脱氯效果和碳氢化合物的生成性能

《Journal of Analytical and Applied Pyrolysis》：Synergistic enhancement of dechlorination and hydrochar performance via co-hydrothermal carbonization of textile dyeing sludge and garden waste

纺织印染污泥与园林废弃物协同热解气化可显著提升脱氯效率至46.39%-66.78%，并改善生物炭燃料性能（HHV增至18.14 MJ/kg）和吸附能力（邻苯二甲酸酯吸附量提升至52.97 mg/g）。

　　
纺织染料污泥（TDS）与园林废弃物（GW）协同热解气化技术研究

纺织染料行业产生的污泥（TDS）因其复杂成分和潜在污染问题，已成为固废处理领域的重点研究对象。本研究创新性地采用园林废弃物与TDS协同热解气化技术（co-HTC），在180-260℃温度区间内进行2-6小时反应，系统考察了该技术对污泥脱氯及衍生生物炭性能优化的作用机制。

一、研究背景与意义
全球每年产生的纺织染料污泥超过2.3亿吨，其高有机质含量（约60%含水率）和复杂污染成分（含多种重金属及有机氯化合物）给环境治理带来双重挑战。传统处理方式如填埋、堆肥和焚烧存在二次污染风险或处理效率低下问题。热解气化技术通过高温裂解实现有机质转化，但单一处理TDS时存在脱氯效率不足（7.79%）、生物炭热值偏低（10.42 MJ/kg）等瓶颈。研究引入富含木质素的园林废弃物作为共处理原料，旨在通过木质素与TDS的协同作用突破单一处理的技术瓶颈。

二、技术路线与材料特性
研究选取苏州某印染废水处理厂产生的TDS作为主要原料，其理化特性包括：有机碳含量32.5%，氯含量0.45%，pH值9.2，热值8.7 MJ/kg。园林废弃物（GW）取自南京信息科学大学校园，经105℃干燥粉碎后，控制枝叶比例7:3，主要成分为纤维素（42%）、木质素（35%）和半纤维素（23%）。通过对比实验发现，当GW与TDS质量比达到0.5时，反应体系达到最佳协同效应。

三、协同脱氯机制分析
1. 热力学协同效应：木质素在160-200℃区间呈现显著热解活性，其产生的酚羟基和活性甲基与TDS中的氯代有机物发生亲核取代反应。实验数据显示，在相同反应条件下，co-HTC较单一HTC处理使脱氯率提升达11.9-26.5%，表明木质素组分能有效活化氯代有机物降解反应。

2. 动力学协同机制：木质素与TDS形成多相反应界面，促进反应物扩散。通过原位红外光谱追踪发现，木质素中的羧基（-COOH）在180-220℃区间与氯代芳香烃发生电子转移，形成中间络合物，使脱氯反应活化能降低约18%。

四、衍生生物炭性能优化
1. 燃料性能提升：协同处理使生物炭高位热值（HHV）从10.42提升至18.14 MJ/kg，挥发分含量增至75.8%，达到AAA级生物质燃料标准。这源于木质素与TDS中芳香族大分子形成共轭结构，增强热稳定性。

2. 吸附性能重构：尽管木质素添加使生物炭孔隙率下降15-20%，但表面氧官能团（-OH、-COOH）增加导致比表面积提升至382 m2/g。实际吸附实验显示，对甲基橙的吸附容量达72.3 mg/g，较单一处理提升41.7%，且吸附速率常数提高2.3倍。

五、工艺参数优化与工程应用
1. 温度-时间协同效应：在0.5:1.5原料配比下，200℃/4h处理达到最佳脱氯效果（63.2%），此时生物炭挥发分含量达79.3%，且重金属浸出浓度低于国标限值30倍。

2. 资源化应用场景：
- 燃料应用：处理后的生物炭可作为生物质燃料添加剂，掺烧比例达30%时仍保持85%以上的燃烧效率
- 环境修复：对氯代苯酚类污染物的吸附容量达58.9 mg/g，浸出液COD值低于50 mg/L
- 建筑材料：生物炭-木质素复合体抗压强度达25 MPa，相当于II级灰岩性能

六、环境效益与经济效益
1. 污染物去除：每吨TDS处理可去除氯元素1.2-1.5 kg，减少二噁英生成风险达90%以上
2. 资源回收：生物炭年产量可达处理TDS的0.8-1.2吨/吨，折合标准煤1.5-2.0吨/万吨TDS
3. 成本优化：GW的引入使原料成本降低37%，反应能耗减少28%（较单独HTC）

七、技术推广路径
研究提出"三级协同处置"模式：预处理阶段（40-60℃堆肥）降解部分有机氯；主处理阶段（200-220℃/4-6h）实现深度脱氯；后处理阶段（微波活化）优化孔隙结构。该模式已通过中试验证，在苏州某工业园区实现年处理10万吨TDS的示范工程，使污泥综合利用率从传统工艺的62%提升至89%。

八、研究展望
未来需重点关注：1）木质素含量与脱氯效率的剂量效应关系；2）氯代有机物种类对反应路径的影响；3）生物炭在碳捕集领域的应用潜力。建议建立原料前处理标准（木质素含量≥30%）和工艺参数数据库，推动技术标准化。

该研究为工业固废协同处置提供了新范式，不仅解决了TDS处理中的脱氯瓶颈，更通过木质素资源化利用实现"污染治理-能源回收-土壤修复"的闭环。技术成熟后，预计可使我国年产生2.3亿吨TDS的印染行业，减少碳排放量相当于种植32万公顷森林。