玉米秸稈與市政污泥混合熱解特性及動(dòng)力學(xué)分析

代敏怡，郭占斌，趙立欣，孟海波，姚宗路，盛晨緒，李麗潔，吳雨濃，張 迎，叢宏斌※

（1. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)廢棄物能源化利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100125；2. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所，北京 100081；3. 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)工程學(xué)院，大慶 163319）

0 引言

市政污泥是污水處理廠的主要副產(chǎn)物之一，不僅伴有惡臭氣味，并含有大量的有毒物質(zhì)如病毒、細(xì)菌、不可生物降解有機(jī)化合物和重金屬等。直接排放或采用不恰當(dāng)?shù)姆椒ㄌ幚恚瑫?huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的二次污染[1-3]。市政污泥中含有大量可熱降解有機(jī)質(zhì)，利用熱解技術(shù)無(wú)害化處理不僅能有效減少50%廢物量[4]，還可使重金屬鈍化在生物炭中[5]。同時(shí)，干燥后的污泥具有較大比例的揮發(fā)分（30%～88%）和可觀的熱值（通常為11～25.5 J /kg），可被視為一種無(wú)害的新型生物質(zhì)燃料。因此，利用熱解技術(shù)實(shí)現(xiàn)市政污泥無(wú)害化與資源化的潛力巨大[6-7]。

玉米秸稈具有高揮發(fā)性和低灰分，并含有半纖維素、纖維素和木質(zhì)素等成分，具有較好的熱解特性，是一種寶貴的可再生能源。考慮到市政污泥中灰分含量高，與玉米秸稈共熱解是一種有效提高能源利用率的方法，并且可以改善熱解產(chǎn)物的性能[8-9]，因此將市政污泥與玉米秸稈共熱解可以彌補(bǔ)彼此缺陷，提高熱解效率。

為獲得生物質(zhì)及污泥的共熱解特性，國(guó)內(nèi)外學(xué)者多采用熱重分析法研究不同種生物質(zhì)與污泥的共熱解特性及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)。皮夢(mèng)等[10]采用熱重分析儀研究稻稈與污泥不同比例下的共熱解特性研究并進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析，結(jié)果表明污泥的綜合脫揮發(fā)分指數(shù)低于稻桿，平均活化能高于稻桿，稻桿的揮發(fā)分析出特性較好，熱解反應(yīng)容易進(jìn)行。楊凱等[11]采用Coats-Redfern 法研究污泥、鋸末共熱解過(guò)程，分析認(rèn)為鋸末相比污泥具有更低的表觀活化能，鋸末的添加使得TG曲線向下偏移，最大失質(zhì)量速率增大，揮發(fā)分析出特性變強(qiáng)。Wang等[12]研究了麥草污泥混樣中麥草的熱解溫度和比例對(duì)液體、焦炭和氣體成分分布的影響。玉米秸稈與市政污泥共熱解研究，尤其是不同試驗(yàn)條件下的交互作用和動(dòng)力學(xué)特性研究方面未見(jiàn)報(bào)道。

本文著眼于市政污泥和玉米秸稈的綜合利用，采用熱重分析儀（Thermal Gravimetric Analyzer, TGA）著重研究玉米秸稈和市政污泥單一及混樣熱解時(shí)熱解特性的變化，通過(guò)對(duì)比多種熱重特性參數(shù)和綜合熱解指數(shù)（D）的變化規(guī)律，研究升溫速率、混合比例對(duì)市政污泥與玉米秸共熱解的影響，探尋共熱解中存在的交互作用，闡明其反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)，以期為玉米秸稈、市政污泥共熱解提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)原料

本試驗(yàn)所用玉米秸稈來(lái)自于北京市大興區(qū)禮賢鎮(zhèn)當(dāng)季玉米秸稈，污泥來(lái)自于北京市小紅門污水處理廠，含水率為80.37%。玉米秸稈和市政污泥的理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

將玉米秸稈、市政污泥分別放入105℃烘箱干燥24 h后，用高速萬(wàn)能粉碎機(jī)（天津泰斯特FW100）粉碎，并按照所需比例混合制樣放入密封瓶中。因混樣的混合均勻度影響試驗(yàn)效果，為保證均勻度減小誤差，故用振蕩器（萬(wàn)豐WHY-2往復(fù)式水浴振蕩器）振蕩24 h，并5 h更換一次位置，最后置于干燥皿備用。本研究中用到的試樣玉米秸稈與市政污泥混合質(zhì)量比為9∶1、7∶3、5∶5、3∶7、1∶9，分別標(biāo)記為C9M1、C7M3、C5M5、C3M7、C1M9，玉米秸稈、市政污泥試樣分別標(biāo)記為CS、MS。為減小誤差，試驗(yàn)中每份樣品做2個(gè)平行。

表1 試驗(yàn)原料理化性質(zhì) Table 1 Physical and chemical properties of test materials

1.2 試驗(yàn)儀器

本研究采用德國(guó)耐馳公司生產(chǎn)的STA409PC型差熱熱重同步分析儀進(jìn)行試驗(yàn)。反應(yīng)器直徑為60 mm，坩堝內(nèi)徑為6 mm。取5～10 mg樣品均勻平鋪于坩堝內(nèi)，坩堝用德國(guó)耐馳公司生產(chǎn)的專用白金罩蓋住。試驗(yàn)初始溫度為室溫，分別以10、20、30 ℃/min的升溫速率升至800℃，載氣為N2，氣體流量為100 mL/min。

1.3 數(shù)據(jù)處理

本研究涉及的熱解特性參數(shù)包括熱解起止溫度、最大失質(zhì)量溫度和最大失質(zhì)量速率等，其定義如圖1、計(jì)算方法如下：

1）Ti為主熱解階段起始溫度，即在DTG曲線上過(guò)峰值作垂線與曲線TG交于一點(diǎn)P，過(guò)P點(diǎn)作TG曲線的切線，該切線與失質(zhì)量開始平行線的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度為熱解起始溫度，℃；Te為主熱解階段結(jié)束溫度，℃；2）Tmax為最大失質(zhì)量溫度，即揮發(fā)分最大失質(zhì)量速率對(duì)應(yīng)溫度，℃；3）殘余率η為熱解結(jié)束后殘余質(zhì)量比，η越高，表明物料含有越多的難熱解物質(zhì)，反之越容易。

1.3.1 綜合熱解指數(shù)

為研究玉米秸稈、市政污泥及混樣的熱解特性，分別計(jì)算了各樣品的綜合熱解指數(shù)（D）。熱解特性指數(shù)取決于最快的反應(yīng)速度與反應(yīng)的持續(xù)時(shí)間，用以表征組分熱解反應(yīng)的難易程度。指數(shù)越大，表明該物質(zhì)熱解越容易，反之越難。指數(shù)如公式（1）[13]

式中M∞表示熱解過(guò)程中的質(zhì)量損失，%。

1.3.2 混樣的交互作用

為探討玉米秸稈與市政污泥之間是否存在交互作用，需要引出混合的理論TG/DTG曲線并繪圖。理論TG/DTG曲線是由玉米秸稈與市政污泥的算術(shù)加權(quán)平均值計(jì)算得出[14]，公式（2）如下

式中Wall是理論得出的TG/DTG數(shù)值，%/min；αCS和αMS分別表示玉米秸稈和市政污泥的質(zhì)量比例；WCS和WMS為玉米秸稈與市政污泥各自試驗(yàn)所得的TG和DTG數(shù)值，%/min。

此外，為檢驗(yàn)2種原料在熱解過(guò)程的綜合交互作用，將綜合熱解指數(shù)D進(jìn)行理論值計(jì)算，理論值Dcal通過(guò)加權(quán)平均值計(jì)算得出[15]。玉米秸稈與市政污泥的質(zhì)量比為9∶1、7∶3、5∶5、3∶7、1∶9的理論值分別標(biāo)記為cal91、cal73、cal55、cal37、cal19。

1.3.3 熱解動(dòng)力學(xué)方程

根據(jù)秸稈熱解的動(dòng)力學(xué)模型Arrhenius方程，采用Coats-Redfern積分法進(jìn)行參數(shù)求解，求得反應(yīng)活化能E和頻率因子A，具體方法見(jiàn)文獻(xiàn)[16]。

2 混合熱解特性

2.1 玉米秸稈與市政污泥單獨(dú)熱解特性分析

CS、MS在升溫速率10 ℃/min下失質(zhì)量（TG）、失質(zhì)量速率（DTG）曲線和熱解特性參數(shù)分別如圖2和表2所示。CS的熱解主要分為3個(gè)階段，第1階段為干燥脫水階段（30～120 ℃），失質(zhì)量為總質(zhì)量的7%左右，與工業(yè)分析含水率6.76%相近，此階段的質(zhì)量損失主要是由于CS中的水分蒸發(fā)。第2階段的揮發(fā)分析出階段（210～360 ℃）其中揮發(fā)分析出為主要的失質(zhì)量階段，失質(zhì)量率為59.58%，此階段是大量半纖維素、纖維素和木質(zhì)素等有機(jī)物熱解生成揮發(fā)性物質(zhì)和炭[17]，在此階段TG曲線急劇下降、DTG曲線于330.2 ℃時(shí)出現(xiàn)最大峰，失質(zhì)量率為總質(zhì)量的47.93%，主要是由于纖維素與半纖維素的分解產(chǎn)生。第3階段為炭化階段（360～800 ℃），此階段的失質(zhì)量率為總質(zhì)量的15%，炭化階段主要是進(jìn)行木質(zhì)素和高分子量碳水化合物的熱解[18-19]，同時(shí)也伴隨揮發(fā)分的二次裂解[20]。木質(zhì)素?zé)峤夂笊山固?，?duì)生物炭產(chǎn)率的貢獻(xiàn)較大。

表2 試樣的熱解特性參數(shù)、綜合熱解指數(shù) Table 2 Pyrolysis characteristic parameters and comprehensive pyrolysis index of samples

MS的熱解過(guò)程主要分為3個(gè)階段，第1階段為干燥脫水階段（30～155 ℃），失質(zhì)量率為總質(zhì)量的1.6%左右，與工業(yè)分析數(shù)據(jù)相當(dāng)，主要脫除污泥中的自由水、吸附水、毛細(xì)水和內(nèi)部水。第2階段為揮發(fā)分析出階段（155～461 ℃），析出量大約占總失質(zhì)量34.3%。此時(shí)污泥中的蛋白質(zhì)、脂肪、多糖和碳水化合物等的化學(xué)鍵斷裂以及基團(tuán)轉(zhuǎn)化變性生成大量的可燃?xì)怏w，并伴有可凝揮發(fā)分析出[21]。揮發(fā)分在該溫度段下基本全部析出。第3階段為炭化階段（464～800 ℃），失質(zhì)量率為總質(zhì)量的15.6%左右。鹽類、有機(jī)物、固定炭等難分解物質(zhì)在此階段釋放氣體[22]。此階段的反應(yīng)一般被認(rèn)為是芳香類物質(zhì)形成過(guò)程，有部分研究者還提出此階段存在無(wú)機(jī)物質(zhì)如碳酸鈣的熱解[10]。

升溫速率為10 ℃/min下的熱解特性參數(shù)由表2可知。MS初始熱解溫度為244.8 ℃低于CS的283.3 ℃，因?yàn)镸S中含有的蛋白質(zhì)和羧基在低溫時(shí)開始分解[23]。CS的最大失質(zhì)量溫度和對(duì)應(yīng)速率均高于MS，是因?yàn)镃S與MS相比有較高的揮發(fā)分，這與工業(yè)分析結(jié)果一致。CS熱解初始溫度（Ti= 283.3 ℃）略高于MS(Ti= 244.8 ℃)，而MS熱解結(jié)束溫度（Te= 422.8 ℃）卻明顯高于CS(Te= 350.1 ℃)，表明MS中有比CS更多復(fù)雜難分解的無(wú)機(jī)礦物質(zhì)和金屬氧化物。CS的綜合熱解指數(shù)高于MS，相差35.73×10-5，且CS的殘余率較MS低18.57%，說(shuō)明CS比MS有更高的反應(yīng)活性，可揮發(fā)分含量更高。

2.2 玉米秸稈和市政污泥混合熱解特性分析

混樣在10 ℃/min下熱解TG與DTG曲線如圖3a。CS與MS共熱解過(guò)程仍然分為3個(gè)主要階段。不同比例的混樣的熱解規(guī)律基本一致，并且混樣的TG和DTG曲線均介于CS和MS之間，且總體上兼顧了CS和MS的熱解特性，說(shuō)明混樣的熱解是兩者單獨(dú)熱解的綜合體現(xiàn)。這與Xie等[24]在研究造紙污泥和稻稈共熱解時(shí)的結(jié)論相同。

由表2知，隨MS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從10%增加到90%，熱解殘余率由33.69%升高至45.83%，并且低溫度區(qū)間的失質(zhì)量峰逐漸增強(qiáng)，而高溫度區(qū)間的失質(zhì)量峰逐漸減弱，是因?yàn)镃S殘余率低于MS導(dǎo)致的混樣熱解性能的改善。隨MS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從10%增加到90%，混樣熱解初始溫度從277.7 ℃減小到256.1 ℃，這說(shuō)明CS與MS混合熱解有利于改善CS的熱解起始溫度。CS和MS的最大失質(zhì)量速率都發(fā)生在揮發(fā)分析出階段，但CS的最大失質(zhì)量速率為8.85%/min，比MS的2.68%/min高。隨MS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從10%增加到90%，混樣最大失質(zhì)量速率由7.88%/min降低至3.11%/min，說(shuō)明CS中混合MS可以彌補(bǔ)MS單獨(dú)熱解的不足，使MS揮發(fā)分析出階段更加強(qiáng)烈。

2.3 升溫速率對(duì)熱解特性的影響

升溫速率是影響生物質(zhì)熱解過(guò)程十分重要的因素。慢速熱解制備出生物炭的產(chǎn)量高于快速熱解，且在慢速熱解情況下，樣品有足夠的時(shí)間吸收熱量，反之樣品內(nèi)部存在較大的溫度梯度，致使顆粒內(nèi)部存在較嚴(yán)重的滯后現(xiàn)象，造成反應(yīng)程度降低[25]，因此本文選擇升溫速率在10、20和30 ℃/min下進(jìn)行熱重試驗(yàn)。玉米秸稈與市政污泥及混樣在升溫速率為10、20和30 ℃/min下的TG與DTG曲線如圖3所示。從總趨勢(shì)看，當(dāng)升溫速率發(fā)生變化時(shí)，不同混合樣品的TG與DTG曲線基本相同，但升溫速率對(duì)各樣品熱解失質(zhì)量過(guò)程的影響程度不同。由表2可知，升溫速率由10 ℃/min增大到30 ℃/min，玉米秸稈的最大失質(zhì)量速率由8.85%/min升高到32.62%/min，市政污泥的最大失質(zhì)量速率由2.68%/min升高到10.18%/min，混合樣品的最大失質(zhì)量速率也呈不同程度增加，均增大了3倍之多，表明適當(dāng)加快升溫速率有助于熱解速率的提高。升溫速率由10 ℃/min增大到30 ℃/min，玉米秸稈的D值由12.7上升到89.9，市政污泥的D值由1.4上升到13.1，混樣均不同程度上升，提高了6倍有余。由此可見(jiàn)，升溫速率越高，樣品熱解程度越劇烈，綜合熱解特性也越好。

影響熱解的因素很多，單純從熱解特性參數(shù)來(lái)衡量CS、MS的熱解特性是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?，因此本文采用綜合熱解指數(shù)（D）對(duì)樣品的熱解釋放特性進(jìn)行描述。將CS、MS以及混樣的綜合熱解指數(shù)試驗(yàn)值、理論值示于表2。由表 2可知，D值的順序?yàn)椋篊S＞混樣(MS+CS)＞MS。CS的D值為12.67×10-5遠(yuǎn)大于MS的1.43×10-5，說(shuō)明CS比MS具有更好的熱解性能。MS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從10%增加到90%時(shí)，(dw/dt)max及(dw/dt)mean都有所減小，D值由8.5×10-5減少到1.7×10-5，呈逐漸下降趨勢(shì)。當(dāng)MS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，混樣的D值最低。綜上所述，MS與CS相比有較低的熱解起始溫度和較高的熱解結(jié)束溫度，MS添加量的增加改善了混樣的熱解起始溫度，但同時(shí)也提高了熱解結(jié)束溫度，綜合熱解指數(shù)降低。

2.4 玉米秸稈與市政污泥共熱解交互性分析

為探索CS、MS共熱解的交互作用，根據(jù)式2對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并繪圖，不同比例下的試驗(yàn)與理論TG、DTG曲線分別如圖4所示，圖中exp與cal分別表示理論值與試驗(yàn)值。圖4a中各混合比例樣品的TG曲線具有大致相同的變化趨勢(shì)，但變化幅度不同。當(dāng)溫度低于180 ℃時(shí)，理論值和試驗(yàn)值曲線重合，說(shuō)明CS和MS低于180 ℃時(shí)主要為水份蒸發(fā)過(guò)程，而作為主要失質(zhì)量階段的樣品熱分解過(guò)程并沒(méi)有真正開始。200 ℃后混樣中的理論值TG位于試驗(yàn)值上方，高溫區(qū)則更明顯，說(shuō)明反應(yīng)中的促進(jìn)作用主要發(fā)生在高溫階段。

圖4b中各混樣理論與試驗(yàn)DTG曲線。由圖可知在揮發(fā)分析出階段時(shí)，所有樣品的試驗(yàn)值均位于理論值下方，但各混樣表現(xiàn)程度不同，C1M9曲線的試驗(yàn)值曲線與理論值曲線相差最大，表示此階段混樣發(fā)生了促進(jìn)作用。CS與MS共熱解的促進(jìn)作用被解釋為污泥中的脂肪、蛋白質(zhì)和糖類與玉米秸稈中的堿金屬之間的相互作用，且堿金屬化合物被證明在污泥熱解中有催化作用，能在污泥顆粒表面形成催化活性位點(diǎn)，促進(jìn)大分子物質(zhì)二次裂解[13]。而當(dāng)炭化階段時(shí)，各理論值曲線低于試驗(yàn)值曲線，這表明在炭化階段時(shí)，熱解過(guò)程發(fā)生了抑制作用。這與相關(guān)研究得出麥草與污泥共熱解整體存在促進(jìn)作用的結(jié)論不同[12]。

混樣綜合熱解指數(shù)（D）理論值與試驗(yàn)值如表2?？芍鞓泳C合熱解指數(shù)的試驗(yàn)值均不同程度低于相應(yīng)理論值，但C9M1相差最小，這與上述結(jié)論吻合。這種現(xiàn)象說(shuō)明，雖曲線上顯示不同階段分別存在不同程度的促進(jìn)和抑制的交互作用，但綜合指數(shù)來(lái)看整體過(guò)程均表現(xiàn)為微弱的抑制作用，C9M1抑制程度較低。

3 熱解動(dòng)力學(xué)分析

3.1 升溫速率對(duì)熱解動(dòng)力學(xué)的影響

動(dòng)力學(xué)分析有助于了解共熱解的反應(yīng)機(jī)理，目前文獻(xiàn)[26-28]來(lái)看，對(duì)于共熱解過(guò)程所涉及反應(yīng)眾多，情況復(fù)雜，所以國(guó)內(nèi)外有關(guān)共熱解過(guò)程動(dòng)力學(xué)分析方面的研究還相對(duì)較少，主要采用Coats-Redfern法。表3為利用Coats-Redfern法計(jì)算出的3種速率（10、20和30 ℃/min）下CS、MS及混樣的熱解動(dòng)力學(xué)參數(shù)。根據(jù)分段法的思想并結(jié)合其熱解過(guò)程曲線的特點(diǎn)[29]，把整個(gè)熱解過(guò)程的溫度區(qū)間分為3個(gè)階段，并對(duì)熱解最具代表性的揮發(fā)分析出階段進(jìn)行分析。選擇熱解失質(zhì)量速率最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度Tmax為分界點(diǎn)，從熱解初始溫度溫度Ti到Tmax為低溫?zé)峤怆A段，Tmax至熱解結(jié)束溫度Te為高溫?zé)峤怆A段[30]。本文采用一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，由表3可知R2均大于0.91，說(shuō)明采用一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型能夠很好的描述CS、MS及混樣的熱解過(guò)程。

在2段溫度區(qū)間內(nèi)，升溫速率對(duì)活化能影響較大，并且活化能和頻率因子之間存在補(bǔ)償效應(yīng)。隨升溫速率從10 ℃/min提高到30 ℃/min，單一樣品及混樣的活化能均不同程度增加，說(shuō)明隨著升溫速率的提高，反應(yīng)所需的能量越來(lái)越大，反應(yīng)進(jìn)行更加困難，這是因?yàn)檩^大升溫速率下形成的孔隙雜亂無(wú)章，不利于揮發(fā)分析出，即減少活化分子數(shù)量，活化能增加[31]。這種現(xiàn)象也有學(xué)者認(rèn)為是由于傳熱滯后效應(yīng)所致[32]。因此提高升溫速率不利于提高CS、MS及混樣的活性。

3.2 混合比例對(duì)熱解動(dòng)力學(xué)的影響

CS與MS單獨(dú)熱解活化能相差35.31～46.88 kJ/mol，混樣的活化能均居于二者單獨(dú)熱解活化能之間。所有樣品在低溫段的熱解活化能顯著高于高溫段的活化能，這表明，前期低溫?zé)峤怆A段主要與難熱解組分的分解為主，而后期高溫?zé)峤怆A段則分解MS中易熱解組分。MS在低溫段和高溫段的活化能明顯低于CS在低溫段和高溫段的活化能，這是由于CS中含有較多的生物質(zhì)類物質(zhì)，生物質(zhì)反應(yīng)活化能高的原因主要是生物質(zhì)中纖維素的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，熱穩(wěn)定性好，熱解所需要的能量較高[33]，而MS低于CS的活化能是由于污水污泥經(jīng)過(guò)二級(jí)生物氧化，受到不同程度的分解破壞，其主要成分多為低級(jí)的有機(jī)物，在高溫下不穩(wěn)定、易分解[17]。污泥中的易分解有機(jī)物，例如微生物殘?bào)w、未被微生物完全分解的中間產(chǎn)物，顆粒有機(jī)物以及代謝有機(jī)物等，比生物質(zhì)的纖維素、木質(zhì)素和環(huán)狀、長(zhǎng)鏈的有機(jī)物更容易熱解。

隨MS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，5種混樣的活化能較CS均有所降低，頻率因子降低了一個(gè)數(shù)量級(jí)，計(jì)算得C1M9混樣的熱解活化能約是CS單獨(dú)熱解活化能的63%。當(dāng)混樣中MS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到90%時(shí)，混樣的活化能較CS低12%，頻率因子降低了96%，由此可見(jiàn)5種樣品中，MS添加量越多活化能越低，MS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從10%提高到90%，熱解活化能由46.16～66.01 kJ/mol降低至17.04～44.47 kJ/mol。由此說(shuō)明兩者共熱解較CS單獨(dú)熱解更容易，MS的添加逐漸降低混樣的活化能E和頻率因子A。

表3 不同升溫速率下試樣的熱解動(dòng)力學(xué)參數(shù) Table 3 Pyrolysis kinetic parameters of samples at different heating rates

4 結(jié)論

1）通過(guò)熱重試驗(yàn)可知，玉米秸稈、市政污泥及混樣熱解過(guò)程均可分為3個(gè)階段。市政污泥熱解殘余率為48.64%高于玉米秸稈的30.07%，表明市政污泥的灰分高于玉米秸稈。玉米秸稈的最大失質(zhì)量速率為8.85%/min高于市政污泥的2.68%/min，說(shuō)明玉米秸稈比市政污泥有更高的反應(yīng)活性，可揮發(fā)分含量更高。玉米秸稈的熱解速率和綜合熱解指數(shù)大于市政污泥，混樣中市政污泥的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從10%增加到90%時(shí)，綜合熱解指數(shù)由8.5×10-5減少到1.7×10-5，呈負(fù)相關(guān)，表明市政污泥雖改善了混樣的熱解起始溫度，但同時(shí)也使殘余率增加、失質(zhì)量速率變緩，綜合熱解指數(shù)降低。

2）玉米秸稈與市政污泥的理論與試驗(yàn)曲線均存在偏差但程度不同，第一階段表現(xiàn)為促進(jìn)作用，第二階段則為抑制作用?；鞓拥木C合熱解指數(shù)試驗(yàn)值均不同程度低于相應(yīng)理論值，表明混合熱解不是兩者單獨(dú)熱解過(guò)程的疊加，其混合熱解整體過(guò)程存在微弱的抑制作用，玉米秸稈與市政污泥質(zhì)量比為1∶9時(shí)相差最小。

3）利用Coats-Redfern法對(duì)不同速率下玉米秸稈、市政污泥及混樣熱解過(guò)程進(jìn)行分段動(dòng)力學(xué)分析，結(jié)果表明熱解可用一級(jí)反應(yīng)來(lái)描述。升溫速率增高使反應(yīng)活化能增加。市政污泥較玉米秸稈活化能低，由二者成分不同決定。市政污泥的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從10%提高到90%，活化能低溫段從66.01 kJ/mol 降低到44.7 kJ/mol，高溫段從46.14 kJ/mol 降低到17.04 kJ/mol，2段熱解活化能與指前因子均呈現(xiàn)出補(bǔ)償效應(yīng)。