Abstract Microwave assisted pyrolysis (MWAP) is an alternative heating approach to convert biosolids into value-added products, such as biochar, biogas and bio-oil. Studying the dielectric properties of biosolids is fundamental to understand the behaviour of this material under microwave irradiation and to design microwave assisted pyrolysis systems. This study examined the dielectric properties of biosolids with changes in moisture content and applied microwave frequency. Results demonstrated that the dielectric constant decreases with decreasing moisture content and with increasing microwave frequency, but the dielectric loss factor of dry biosolids is almost zero. Simulations demonstrated that moisture content of biosolids impacts on the distribution and intensity of electromagnetic field. Because of the poor dielectric properties of dry biosolids, a microwave susceptor must be added to the biosolids to attract microwave energy so that the materials can reach temperatures required for pyrolysis. Therefore, this study also investigated the impact of four microwave susceptors (activated carbon, charcoal, biochar and glycerol) on biosolids pyrolysis and on biochar properties produced from biosolids via microwave assisted pyrolysis at 600 °C. The choice of microwave susceptor influences the heating rate of biosolids and the specific surface area of the resultant biochar. Results show that activated carbon favours the heating process, increases surface area, and the biochar produced with activated carbon has the highest carbon stability and energy value.

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污水生物固体的微波热解：介电特性、微波感受器作用及其对生物炭特性的影响

摘要 微波辅助热解 (MWAP) 是一种替代加热方法，可将生物固体转化为高附加值产品，如生物炭、沼气和生物油。研究生物固体的介电特性是了解这种材料在微波辐射下的行为和设计微波辅助热解系统的基础。本研究检查了随着水分含量和应用微波频率的变化，生物固体的介电特性。结果表明，介电常数随着水分含量的降低和微波频率的增加而降低，但干生物固体的介电损耗因子几乎为零。模拟表明，生物固体的水分含量会影响电磁场的分布和强度。由于干生物固体的介电性能较差，必须在生物固体中加入微波感受器以吸引微波能量，从而使材料能够达到热解所需的温度。因此，本研究还研究了四种微波感受器（活性炭、木炭、生物炭和甘油）对生物固体热解以及在 600 °C 下通过微波辅助热解从生物固体产生的生物炭特性的影响。微波感受器的选择影响生物固体的加热速率和所得生物炭的比表面积。结果表明，活性炭有利于加热过程，增加表面积，活性炭生产的生物炭具有最高的碳稳定性和能量值。必须将微波感受器添加到生物固体中以吸引微波能量，从而使材料能够达到热解所需的温度。因此，本研究还研究了四种微波感受器（活性炭、木炭、生物炭和甘油）对生物固体热解以及在 600 °C 下通过微波辅助热解从生物固体产生的生物炭特性的影响。微波感受器的选择影响生物固体的加热速率和所得生物炭的比表面积。结果表明，活性炭有利于加热过程，增加表面积，活性炭生产的生物炭具有最高的碳稳定性和能量值。必须将微波感受器添加到生物固体中以吸引微波能量，从而使材料能够达到热解所需的温度。因此，本研究还研究了四种微波感受器（活性炭、木炭、生物炭和甘油）对生物固体热解以及在 600 °C 下通过微波辅助热解从生物固体产生的生物炭特性的影响。微波感受器的选择影响生物固体的加热速率和所得生物炭的比表面积。结果表明，活性炭有利于加热过程，增加表面积，活性炭生产的生物炭具有最高的碳稳定性和能量值。本研究还研究了四种微波感受器（活性炭、木炭、生物炭和甘油）对生物固体热解以及通过 600 °C 微波辅助热解从生物固体产生的生物炭特性的影响。微波感受器的选择影响生物固体的加热速率和所得生物炭的比表面积。结果表明，活性炭有利于加热过程，增加表面积，活性炭生产的生物炭具有最高的碳稳定性和能量值。本研究还研究了四种微波感受器（活性炭、木炭、生物炭和甘油）对生物固体热解以及通过 600 °C 微波辅助热解从生物固体产生的生物炭特性的影响。微波感受器的选择影响生物固体的加热速率和所得生物炭的比表面积。结果表明，活性炭有利于加热过程，增加表面积，活性炭生产的生物炭具有最高的碳稳定性和能量值。