固体废弃物（固废）种类多样，成分复杂，如果处置不当会对土壤、大气、水等造成环境污染。固废的处理和处置需要遵从“无害化”、“减量化”、“稳定化”和“资源化”的原则。在新形势下，固废清洁高效资源化转化与利用考虑的主要问题是原料的来源特性，利用过程的定向调控和产品的增值提质。总体思路如图1所示。
图1 固废清洁高效资源化转化与利用的总体思路
1、污泥的热解机理
污泥热解是一种新兴的污泥热化学转化技术，目前还处于研究阶段，技术路线和工艺还不甚成熟。其中最简单的污泥低温热解的工艺流程如图2所示。污泥热解固定床的反应装置如图3所示。通常影响污泥热解特性的因素很多，其中物理因素主要指热解过程的热、质传递和原料的特性，化学因素包括一系列复杂的一、二次反应。在污泥热解过程中，经过物理化学因素的综合作用，生成固、液、气三种产物，热解过程的外部环境因素对这三种主要产物所占的比例与特性影响显著，具体表现为热解温度、压力、升温速率、气固停留时间和原料特性等。对热解过程影响因素的分析，有助于深入揭示污泥的热解机理，对污泥热解过程的有效调控和对产物的定向富集具有重要的指导意义。
图2污泥热解的工艺流程
图3污泥热解固定床反应器系统
不同温度下污泥热解的产物分布如图4所示。
图4 污泥热解产物分布特性
2、热解炭化活化制备污泥基吸附剂
为了充分利用污泥中的含碳有机物，实现污泥的减量化、稳定化和资源化，可以通过控制热解条件和活化方式，将污泥转化为具有不同功能的吸附剂。近年来，本课题组的研究重点是污泥基吸附剂制备过程的调控和活化方式（物理活化，化学活化和物理化学活化）的优化，另外对污泥基吸附剂的吸附性能如吸附重金属离子、NOx、SO2、NH3、H2S等进行了深入研究。研究思路和部分结果如图5和图6所示。
图5热解炭化活化制备污泥基吸附剂研究思路
图6 污泥基吸附剂的扫描电镜分析
3、污泥热解过程中重金属的迁徙转化机制
污泥不仅富含有机质，而且重金属含量比较高，制约着污泥的无害化处理与资源化利用。单纯的分析污泥中重金属的浓度总量已经不能全面衡量评价特定重金属的风险危害程度。微波辅助热解对于重金属的固定有一定的效果，但对于微波辅助热解污泥过程中重金属的迁徙转化特性研究鲜有报道。本课题组近期主要对微波辅助污泥热解条件下，重金属Cr、Ni、Cu和Pb的迁徙转化特性和热解焦以及热解油中重金属的生态环境风险进行评估，为污泥的无害化处理提供参考。部分结果如图7所示。
图7污泥热解过程中重金属的迁徙转化与风险评估
4、垃圾富氧燃烧技术研发
随着经济的快速发展，我国城镇化规模日益增大，随之带来的是各种城市问题，其中城市生活垃圾（MSW）的处理已经越来越受政府及公众的重视。然而由于我国垃圾成分复杂（如图8所示），具有水分、灰分高、热值低等特点，再加上垃圾分类制度不健全，环保标准日益严格，因此亟需开发新型洁净高效的垃圾处理技术。
图8 我国垃圾的典型组分分布
课题组一直致力于垃圾的处理与资源化利用研究，近期主要对垃圾富氧燃烧的相关问题进行深入的探索，提出了一种加氧燃烧结合烟气循环垃圾富氧焚烧的工艺路线，系统的研究了加氧燃烧时垃圾典型组分和混合组分的焚烧特性和C、N、S、Cl等的排放特性。部分研究结果如图9所示。
图9 垃圾富氧焚烧及污染物排放特性
5、病死畜禽尸体水热液化处理
近年来，畜禽规模化养殖时由于大部分畜禽养殖场污染治理措施不完备，环境问题的严重性也显现出来。特别是病死畜禽尸体处理矛盾日益突出，由于畜禽死亡率高，处理量大，处理场所有限，处理技术落后，处理周期长等因素制约，病死畜禽尸体的处理影响了养殖业的可持续发展，已成为一个亟待解决的重要问题。我国对病死畜禽的无害化处理主要采用深埋、焚烧或发酵等方式。我们课题组主要研究病死畜禽在无害化的同时进行资源化的利用，重点研究水热液化对病死畜禽尸体的处理。研究思路和实验装置如图10和图11所示。
图10 病死畜禽尸体水热液化研究思路
图11病死畜禽尸体水热反应器
相关项目：
（1） 湖北省自然科学基金面上项目：城镇污水污泥资源化热解新技术基础研究， 2009.1~2010.12
（2） 湖北省科技支撑计划：基于零排放的畜禽养殖废弃物高值化综合利用技术研究，2014.6-2016.6
（3） 校企合作：热解活化一体化制备污泥基吸附剂的研发，2016.7-2018.6
小型垃圾富氧焚烧炉技术可行性研究，2015.8-2015.12
相关SCI论文：
（1） Zhe Fu; Shihong Zhang; Xiangpeng Li; Jingai Shao; Ke Wang; Hanping Chen, MSW oxy-enriched incineration technology applied in China: Combustion temperature, flue gas loss and economic considerations. Waste Management, 2015. 38: 149-156.
（2） Jingai Shao; Rong Yan; Hanping Chen; Haiping Yang; Dong Ho Lee, Catalytic effect of metal oxides on pyrolysis of sewage sludge. Fuel Processing Technology, 2010. 91(9): 1113-1118.
（3） Jingai Shao; Rong Yan; Hanping Chen; Baowen Wang; Dong Ho Lee; David Tee Liang, Pyrolysis Characteristics and Kinetics of Sewage Sludge by Thermogravimetry Fourier Transform Infrared Analysis. Energy & Fuels, 2008. 22(1): 38-45.
（4） Jingai Shao; Yan Rong; Hanping Chen; Haiping Yang; Ho Lee Dong; David Tee Liang, Emission characteristics of heavy metals and organic pollutants from the combustion of sewage sludge in a fluidized bed combustor. Energy & Fuels, 2008. 22(4): 2278-2283.
（5） Jingai Shao; Dong Ho Lee; Rong Yan; Ming Liu; Xiaoling Wang; David Tee Liang; Timothy John White; Hanping Chen, Agglomeration characteristics of sludge combustion in a bench-scale fluidized bed combustor. Energy & Fuels, 2007. 21(5): 2608-2614.
相关专利：
（1） 张世红; 廖新杰; 潘浩; 刘英鹏; 邵敬爱; 王贤华; 杨海平; 陈汉平, 一种采用富氧燃烧技术的热解气化垃圾焚烧炉, 发明专利, 2016-02-24, CN105351942A
（2） 张世红; 刘英鹏; 潘浩; 廖新杰; 邵敬爱; 王贤华; 杨海平; 陈汉平, 一种烟气循环式的垃圾热解气化富氧焚烧炉, 发明专利, 2016-02-17, CN105333440A
（3） 张世红; 王克; 付哲; 李斌; 邵敬爱; 杨晴; 杨海平; 王贤华; 陈汉平, 一种用于富氧燃烧的注氧器, 发明专利, 2015-01-28, CN104315534A
（4） 张世红; 王克; 付哲; 王贤华; 杨海平; 杨晴; 邵敬爱; 陈汉平, 一种垃圾焚烧炉排炉富氧燃烧改造方法和装置, 发明专利, 2014-10-15, CN104100979A
（5） 杨海平; 田路泞; 杨晴; 李斌; 王贤华; 张世红; 陈汉平; 邵敬爱, 一种用于大试样测试的热重反应器, 发明专利, 2014-04-30, CN103760054A
（6） 王贤华; 易为; 李斌; 杨海平; 杨晴; 邵敬爱; 陈应泉; 张世红; 陈汉平, 一种木醋液蒸气冷凝脱水处理方法及设备, 发明专利, 2015-06-17, CN104711001A
