工业固废催化热解污泥及其产物特性调控机制研究

针对市政污泥传统处置方式引发的二次污染问题，重庆研究人员创新性地采用矿渣粉(GGBFS)、粉煤灰(FA)和硅灰(SF)作为催化剂，通过TG-IR联用和固定床实验探究其对污泥热解产物分布及污染物迁移的影响。研究发现添加剂显著降低热解活化能(Coats-Redfern模型n=2)，SF使热解油氮含量降低90.36%，GGBFS实现35.71%的酸减排率，为固废资源化与污泥清洁处理提供新策略。

　　

随着城市化进程加速，我国每年产生超8000万吨高含水率市政污泥，这些含有重金属、有机污染物和病原体的"城市代谢物"若处理不当，将引发严重的土壤-地下水复合污染。传统填埋、堆肥等处置方式不仅造成资源浪费，还会释放温室气体和持久性有机污染物(POPs)。热解技术虽能将污泥转化为生物油、焦炭等高值产物，但产物中氮硫污染物含量高、品质差的问题制约其应用。

重庆研究人员独辟蹊径，选取冶金工业副产品矿渣粉(GGBFS)、燃煤电厂粉煤灰(FA)和硅铁合金工业硅灰(SF)这三种"放错位置的资源"作为催化剂，通过热重-红外联用(TG-IR)和固定床反应器系统，揭示其对污泥催化热解的作用机制。研究发现这些富含CaO等金属氧化物的工业固废，不仅能"变废为宝"实现自身价值提升，更可显著改善热解产物品质。

研究采用三大关键技术：1) 热重分析结合Coats-Redfern动力学模型解析催化热解过程；2) PY-GC/MS联用技术表征生物油组分变化；3) 元素分析仪追踪氮硫元素迁移路径。实验样本采用重庆巴南区污水处理厂的市政污泥，与10%添加量的GGBFS(S95级)、FA(一级)和SF(92硅灰)混合后进行对比研究。

【Material preparation】
研究团队严格控制原料品质，将污泥80℃干燥后过80目筛，确保与三种工业固废的均匀混合。这种标准化处理为后续实验数据的可靠性奠定基础。

【Results and discussion】
动力学分析显示，添加剂使污泥热解活化能显著降低，其中SF在10-50℃/min升温区间表现最优。TG-IR数据证实，所有添加剂均能抑制NO_x排放，SF对含氮含硫污染气体的减排效果最佳。元素迁移研究发现，FA使热解焦炭的氮、碳含量最低，脱硫率达31.93%；GGBFS则对有机硫降解效果突出。生物油组分分析更揭示惊人发现：GGBFS使油相酸度降低35.71%，SF更将含氮化合物削减90.36%，这种"双降"效应极大提升了生物油的燃料品质。

【Conclusions】
该研究突破性证实：1) 工业固废可协同解决污泥处置与固废堆积两大环境难题；2) SF对氮污染控制、GGBFS对有机硫降解各具专效性；3) 添加剂通过改变热解路径，使生物油中酸类和含氮化合物分别减少35.71%和83.45-90.36%。这些发现为发展"以废治废"的污泥处理技术提供理论支撑，相关成果发表于《Biomass and Bioenergy》。

研究团队特别指出，三种添加剂中硅灰(SF)展现的"全能型"催化性能尤为突出，其多孔结构和丰富表面活性位点可能是高效催化关键。该成果不仅为市政污泥资源化开辟新路径，更创新性地拓展了工业固废的高值化应用场景，对实现"双碳"目标下的废弃物循环经济具有重要启示。