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随着工业化和城镇化加速发展,我国污泥产量随着污水处理设施的增加而大幅增加,然而目前污泥处理能力不足,污泥处理处置形势严峻。随着日趋严格的环境标准,及国家对能源回收利用要求的逐步提高,探索、发展污泥无害化、资源化处理技术意义重大。基于此,本文对热等离子体技术处理污泥进行探索,研究了热等离子体在污泥无害化和资源化利用方面的基本特征及变化规律。主要研究内容及结论如下:1、基于有限元分析方法,开展热等离子体多物理场数值模拟研究。在建立转移弧热等离子体模型的基础上,研究了氩气、氦气、氮气、空气、二氧化碳等工作气体对热等离子体基本特性的影响,以及放电参数、电极形状、喷嘴结构对热等离子体基本特性的影响。同时,建立了非转移弧热等离子体及射流的模型,研究了放电参数对温度场分布特性的影响。基于模拟结果,探讨了适合热等离子体处理污泥的工作气体选择和热等离子喷枪的参数设计,并开展了热等离子体污泥处理反应器设计。2、开展热等离子体工作基本特性实验研究。主要包括伏安特性及其影响因素、发射光谱诊断和射流特性研究等。实验结果表明,处理污泥用热等离子体呈典型电弧放电的伏安特性。可通过增大电流或增大气体流量的方法提高热等离子体输出功率。相同放电参数时,电压和功率大小为:二氧化碳>氮气>氩气。热等离子体发射光谱诊断结果表明,氮气和二氧化碳作为工作气体较氩气具有更高的温度和电子密度,在100 A、10 L/min时氮气和二氧化碳热等离子体射流焰心温度可到10000 K以上,电子密度可达1023 m-3,此时热等离子体达局部热力学平衡。热等离子体射流形态的影响参数研究表明,相同放电参数下,氮气和二氧化碳较氩气具有更长的热等离子体射流,在100 A、5 L/min时,氮气和二氧化碳射流可达35 cm,维持稳定及较长弧长的热等离子体射流。工作电流和气体流量等放电参数可有效调节热等离子体射流形态。3、开展热等离子体处理污泥的基本特性实验研究。分别采用转移弧热等离子体和非转移弧热等离子体,开展了热等离子体处理污泥样品的实验研究。考察了污泥含水率、工作气体种类、工作电流等对热等离子体气体产物的影响规律,以及污泥热等离子体处理后残渣的基本特性。当采用转移弧热等离子体,以二氧化碳为工作气体处理焦化厂剩余污泥时,气体成分以CO和H2为主,未检出复杂气体化合物,气体热值达8.43 MJ/m3,具有回收利用的价值;当采用非转移弧热等离子体,以氮气为工作气体处理市政污泥时,气体产物热值可达5.10 MJ/m3,而以二氧化碳为工作气体时,气体热值可达9.20MJ/m3。同时发现,污泥含水率的增加能有效促进热等离子体合成气的生成,提高了H2/CO比例,当含水率增大到65%时,H2/CO比例提高至2.0,这表明H2/CO比例的调整可拓展合成气资源化利用范围。对比两种热等离子体气体产物特性可知,相对转移弧热等离子体,非转移弧热等离子体对污泥样品要求不高,具有更简易的操作方式、更小的工作气体流量、灵活可控的工作参数,并适用于高含水率的污泥处理,因而更具有应用价值。热等离子体处理后的固体残渣分析表明,固体残渣的重金属浸出浓度远低于危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别（GB5085.3-2007）浓度限值,添加二氧化硅有助于降低重金属浸出浓度。固体残渣呈无定形态,微观表面致密平整,比表面积显著减小,密度显著增大,市政污泥固体残渣和焦化污泥固体残渣的比表面积分别降低为污泥样品的12.90%和40.86%,密度分别增至干燥污泥样品的2.33和1.65倍,减容率分别为57.08%和39.40%。上述研究结果表明,热等离子体技术处理污泥可有效实现无害化及资源化回收利用,并具有明显的减量化效果。热等离子体可有效处理较高含水率污泥,并能拓展合成气资源化利用范围,为污泥处理处置提供新思路。