中文摘要：

利用污水处理厂污泥生产活性炭技术不仅为活性炭生产提供低廉的原料，更重要的是可以解决污泥污染问题，实现污泥无害化、减量化与资源化处理，但在污泥活性炭制备过程中，由于热能利用与生成活性炭都需要污泥中的碳，如何合理分配提供热源的碳与进入活性炭中的碳，使系统实现综合效益最大化，是制约污泥制备活性炭技术发展的主要难题。本课题采用热重分析仪（TGA）结合C14分子示踪技术、氧弹热量仪、元素分析仪、色质联机等技术，系统研究污泥制备活性炭过程中主要工艺条件对有机质转化的影响作用，掌握热源有机质和生成活性炭有机质的分配机理，并采用CFD仿真模拟，通过工艺过程的优化，将污泥资源化过程中产生的能源（如热解油、NCG、热蒸汽等）原地转化，使污泥中的能源得到最大程度的经济高效的转化和利用，从而实现污泥资源化过程中污泥的能源转化与污泥的材料转化的统一，这对于解决城市污水厂污泥资源化利用的技术瓶颈具有重要意义。

结论摘要：

利用污水厂污泥生产活性炭技术可为活性炭生产提供低廉原料，解决了污泥污染问题，实现了污泥无害化、减量化与资源化处理，但在污泥基活性炭制备过程中，热解过程中有机质的转化机制是制约污泥制备活性炭技术发展的主要难题。因此本课题围绕污泥基活性炭制备过程中有机质转化作用机理开展了研究①研究了工艺条件在制备污泥基活性炭过程中影响作用，揭示出工艺条件对污泥基活性炭吸附性能影响程度，确定了污泥基活性炭的最佳制备参数；②采用SEM、 FT-IR、XRD和Boehm滴定法，系统评价了污泥及活性炭结构和性质，表明污泥基活性炭的孔径分布以中孔结构为主，活性炭表面主要存在羧基、内酯基、羟基以及酚羟基等，从而对一些目标污染物具有吸附能力；③污泥基活性炭制备中因为污泥中有机质发生热分解和热缩聚，H、O以水、二氧化碳、一氧化碳等气体的形式释放出来，同时形成芳香族化合物和交联的高强度碳分子结构固体；N大部分以氮气、氨气等形式挥发掉，少部分杂环氮转入到热解产物即污泥基活性炭中，S则以硫化氢的形式释放出来；④采用热重分析技术和TG-FTIR联用揭示出污泥热解过程中有机物转化机理，污泥热解可以分为自由水和化学结合水脱除、有机质分解形成中间产物、中间产物进一步分解、和无机盐及残留的未分解有机质的分解四个阶段，其中第二阶段、第三阶段是热解反应的主体阶段。气体产量变化的曲线与热解失重速率曲线相一致，水、二氧化碳、一氧化碳、甲烷和醛类、羧酸类有机物是组成热解气态产物的主要成分，其中二氧化碳所占的比重较大；⑤建立了污泥热解反应动力学模型，求解了反应级数、反应活化能和指前因子，活化污泥的反应活化能在28.8442~206.4201kJ/mol范围内，与单纯污泥相比，活化污泥热解过程中前三个反应阶段的活化能均有所降低，第四阶段的反应活化能有所增加；⑥将污泥基活性炭应用于处理于废水处理，表明污泥基活性炭对重金属铅的去除率能达到68%左右，铅的最大吸附量为4.8mg/g左右，达到了国内商品活性炭吸附能力。伪二级动力学模型能很好的描述污泥基活性炭上的吸附动力学过程，化学吸附决定铅整个过程的吸附速率，污泥基活性炭表面活性位点决定着其对铅的吸附能力的大小。而污泥基活性炭浸出液中重金属研究表明污泥基活性炭用于水处理是安全可行的。研究成果为污水厂污泥基活性炭的工程化生产和应用提供了技术支撑。