1.选题背景及意义

城镇化和工业化进程的加快导致城镇生活污水排放量和工业废水排放量大幅增加。据最新公布的 2014 年中国统计年鉴数据，2014 年全国废水排放总量为 7161751 万吨，其中城镇生活污水排放量为 1554647 万吨，工业废水排放量为 354979 万吨。截至 2014年底，全国投运的城镇污水处理设施共 4436 座，总设计处理能力 1.71 亿立方米/日，平均日处理水量 1.35 亿立方米。以每万吨污水可折算为含水率 80%的湿污泥约 1.9 吨的污泥产率估算，全国产生含水率 80%的湿污泥约 4927500 万吨，污泥处理量平均约为13500 万吨/日，污泥处理压力巨大。据悉，7161751 万吨废水排放中总量中主要无机、有机污染物的含量为：氨氮 238.53 万吨、总氮 456.14 万吨、总磷 53.45 万吨、石油类16203.6 万吨、挥发分 1378.7 万吨；主要有机污染物的含量为：铅 73184.7 千克、汞 745.9千克、镉 17251.1 千克、六价铬 34925.3 千克、总铬 132797.4 千克、砷 109729.8 千克。经城镇污水处理设施处理得到的污泥依然包含大量的毒害性有机物、重金属、致病菌、病毒、寄生虫卵等有害物质，其中氮磷物质导致水体富营养化、引发水体恶臭；不易降解的有机污染物易造成水体和土壤严重污染；重金属进入水体、大气、土壤中，分别造成水资源、大气、土壤重金属污染，并通过大气、饮水、食物等渠道进入人体体内，并产生富集作用，对人体的组织器官产生致变、致癌作用；污泥中大量的微生物病原体、寄生虫卵成为病菌传播的途径，影响公共卫生安全和食品安全。

与填埋、好氧堆肥、厌氧发酵、全程热干化、海洋倾倒等目前主要的污泥处置方法相比，污泥焚烧法和热解法具有减量化、无害化、资源化等优点，既能解决填埋、好氧堆肥、厌氧发酵方法占用有限的土地资源问题和不能满足日益快速增长的污泥产量问题，以及全程热干化方法的高成本和运行复杂处置问题，又能解决海洋倾倒方法带来一系列环境和生态污染问题。因此，污泥焚烧方法是一种被广泛采用的污泥处理方法。而热解方法相对于燃烧具有低污染，同时能够产生可燃气体混合物、焦油和焦炭，资源利用程度高的诸多优点，也越来越引起广大研究机构和学者的重视。然而，造纸污泥具有低挥发分、高灰分、低热值的特性，很有必要在污泥中添加辅助性燃料来保证污泥燃烧系统中燃烧工况的稳定性。同时，国家发展改革委和国家能源局在 2016 年 4 月公布《能源技术革命创新行动计划（2016-2030 年）》，文件中提出的重点任务之一是加强煤化工与可再生能源制氢、生物质转化等相关能源技术的耦合集成，实现能量梯级利用和物质循环利用，说明未来不同燃料间的混合协同利用将具有较好的发展潜力和利用前景。随着居民生活水平的提高和人口数量的增多，生活垃圾产生量呈现快速增加趋势，对居民赖以生存的环境造成巨大的压力和威胁。目前中国城市垃圾历年堆放总量高达 70 亿吨，并以约 8.98%的年增长率增加，由此占用的土地总面积已达 5 亿平方米。生活垃圾中很大比成分来源于生物质，即废纸、餐厨垃圾、树木及枝条、棉、皮革，而塑料、橡胶、织物则来源于化石燃料。生活垃圾被美国能源部和美国环境保护机构视为可再生能源。目前垃圾的处理方法通常为填埋、堆肥或农业利用、焚烧。随着每年生活垃圾和污泥产生量和体积的不断增加，处理生活垃圾和污泥所需的场地更大、时间更长。显然，填埋、堆肥或农业利用、海洋倾倒等处理方法越来越不能满足现代需求。根据减量化、资源化、无害化的原则，焚烧法是世界范围内被广泛采用的 Waste-to-energy技术的主要方式之一，并成为生活垃圾处理的主要发展趋势。因此，随着人们生活水平的提高，生活垃圾的可利用热值将大幅增加，采用焚烧法处理生活垃圾将大有潜力。近年来，作为化石燃料的替代物之一的可再生能源，生物质具有高挥发分、低灰分、相对较高的热值、氮硫污染物低、净零 CO2 温室气体排放等一系列优点，在生物质发电和热化学利用方面的优势越来越明显。分布在热带和亚热带地区的 C4 多年生草本植物芒草是生物质典型代表之一，芒草也被认为是非常具有前景的第二代能源作物之一。2004 年美国伊利诺伊大学研究人员在芒草试验田中取得每公顷 60 吨芒草的产量；在欧美国家，直接燃烧发电已成为芒草的主要利用方式之一：德国已建成 1 座 120MW芒属植物发电厂；丹麦已成功地将芒草以 50％或 20％的比与煤混合发电；英国已计划在英格兰中部建造世界上最大的生物质发电厂，其燃料主要为芒草和其他草本植物。芒草生命力顽强，能够在无充足水分、肥料和适宜温度的恶劣条件下生存，且与粮食作物收获季节不冲突。与其他生物质能源相比，芒草具有产量高，高燃尽率和低矿物含量的优点，使之成为较为理想的生物质燃料[24-26]。同时，芒草的成分主要为半纤维素、纤维素和木质素，因此也被广泛用来生物质产沼气，生产燃料乙醇，热解制取可燃气体、焦油和焦炭等利用方式。

综上，采用焚烧法一方面可以对造纸污泥进行高效无害化、减量化处理，另一方面对造纸污泥进行资源化化利用。相对于造纸污泥，生活垃圾和芒草具有高挥发性、低灰分、低污染物排放、较高的燃烧热值等优点，可以作为造纸污泥掺烧的辅助燃料，同时有助于降低掺烧的着火点，燃烧产生充足的热量，保持燃烧的稳定性。同时，与燃烧相比，造纸污泥和芒草掺混热解能够产生可燃气体、焦油和焦炭等产物，具有资源利用率高、更加低污染环保等优点，也是一种前景广阔较为合理的利用方式。

2.国内外同类研究概况

2.1国内外污泥与固体燃料掺烧研究现状

在国内，肖汉敏分别研究了造纸污泥与秸秆和生活垃圾在不同掺烧比下燃烧失重特性，结果表明秸秆和垃圾掺混占比均为 1：9 时混样的燃烧特性最好；赵培涛等研究了利用污泥与秸秆和木屑制备固体燃料及其燃烧性能；廖艳芬、谢泽琼、林有胜、彭晓为分别研究了污泥与煤、水稻秸秆、棕榈枝、微藻的混燃特性及污染物排放等。

在国外，D Vamvuka 等、A Magdziarz分别研究了造纸污泥、市政污泥和煤的混燃特性、动力学分析及污染物排放；M Aho 等研究了污泥和生物质混燃过程中如何降低过热器腐蚀的问题；AI Calvo 等研究了市政污泥和桉树枝叶在鼓泡流化床反应器混燃过程中的颗粒物排放情况；LE Amand 等研究了市政污泥与木在循环流化床中混燃过程换热管中沉积物的问题等。

2.2国内外污泥与固体燃料共热解研究现状