生物質(zhì)廢棄物低溫炭化降低含水率試驗(yàn)

1、生物質(zhì)廢棄物低溫炭化降低含水率試驗(yàn)摘要：指出了目前國(guó)內(nèi)外對(duì)污泥低溫炭化的研究較多，但對(duì)于生物 質(zhì)廢棄物的低溫炭化處理的研究試驗(yàn)開(kāi)展較少。針對(duì)垃圾濕組分、垃圾發(fā) 酵產(chǎn)沼后的沼渣、污水廠污泥、破碎餐廚垃圾以及濕組分和發(fā)酵液混合樣 5種試樣進(jìn)行了含水降低率試驗(yàn),結(jié)果表明：適宜的反應(yīng)溫度分別為220°c、 280°c、230°c、180°c、210°c時(shí)，含水降低率分別達(dá)到 28.73%、40.47%、 40.07%、48.90%、44.13%,取得了良好的減量化效果。試驗(yàn)結(jié)果可應(yīng)用于 垃圾生物質(zhì)處理工程實(shí)踐，有利于降低后續(xù)處理成本。關(guān)鍵詞：牛物質(zhì)；污

2、泥；低溫炭化；廢棄物中圖分類(lèi)號(hào)：tu993. 3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:a文章編號(hào):16749944 (2017) 100024031引言改革開(kāi)放特別是20世紀(jì)90年代中后期以來(lái)，伴隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的 高速發(fā)展和城鄉(xiāng)一體化進(jìn)程的加快，?；罾?、污泥、？林剩余物等典型 生物質(zhì)廢弄物產(chǎn)生量居高不下，年產(chǎn)生量已經(jīng)超過(guò)26億t,并且繼續(xù)以年 均10%速度增長(zhǎng)，但綜合處理率平均不到40%1,轉(zhuǎn)化利用率更是不到10%, 且堆存量巨大。長(zhǎng)期堆存的廢棄物不僅對(duì)周邊大氣、水體、土壤及生態(tài)系 統(tǒng)帶來(lái)了一定程度的破壞，甚至還將對(duì)堆放地區(qū)的地下水源形成潛在危 害。而目前綜合處理利用技術(shù)以填埋、焚燒、堆肥等傳統(tǒng)工藝為主，同樣 存在

3、著嚴(yán)重的環(huán)境隱患，例如填埋帶來(lái)的滲濾液、焚燒所產(chǎn)生的二?f英和 煙塵、堆肥累積的重金屬等，都較難根治。牛物質(zhì)廢棄物的環(huán)境問(wèn)題已經(jīng) 引起社會(huì)的廣泛關(guān)注，無(wú)害化、減量化處理已經(jīng)成為可持續(xù)發(fā)展亟待解決 的重要問(wèn)題。該試驗(yàn)采用的低溫炭化處理技術(shù)，旨在通過(guò)前段生物質(zhì)調(diào)質(zhì)結(jié)合后段 低溫炭化，在實(shí)現(xiàn)對(duì)生物質(zhì)廢棄物無(wú)害化、減量化處置的同時(shí)，保留回收 大量炭質(zhì)，提高廢棄物綜合利用率，具有工藝先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)性高的雙重特性。 相較于傳統(tǒng)填埋、焚燒、發(fā)酵、熱解等生物質(zhì)廢弄物處理工藝，該技術(shù)不 僅具有資源浪費(fèi)少、能耗低等優(yōu)勢(shì)，更是符合國(guó)家所倡導(dǎo)的發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì), 建立可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境友好型社會(huì)的政策。生物質(zhì)廢棄物含水率高不但

4、導(dǎo)致處理量大，而且給后續(xù)的利用和最終 處置增加了很多障礙?？梢哉J(rèn)為降低含水率是牛物質(zhì)廢棄物處理處置需首 要解決的問(wèn)題。采用低溫炭化技術(shù)可通過(guò)加溫加壓使生物質(zhì)裂解，將其中 的水分釋放出來(lái)，由普通的機(jī)械脫水即可將生物質(zhì)屮的部分水份脫除2。2試樣和方法2. 1試驗(yàn)物料以城市?；罾鴿窠M分、垃圾發(fā)酵產(chǎn)沼后的沼渣、污水廠污泥、破碎 餐廚垃圾、濕組分和厭氧產(chǎn)沼發(fā)酵液的混合樣5種生物質(zhì)廢奔物為試驗(yàn)對(duì) 象。2. 2試驗(yàn)方法將試樣裝入反應(yīng)器后，分段調(diào)節(jié)電加熱裝置的溫度，反應(yīng)產(chǎn)物用真空 抽濾設(shè)備脫水，維持真空度不變；抽濾后產(chǎn)物測(cè)定含水率。通過(guò)前期的反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度的探索性試驗(yàn)，確定反應(yīng)時(shí)間為1.0 h；確定試驗(yàn)

5、溫度 預(yù)設(shè)范圍，測(cè)試預(yù)設(shè)范圍內(nèi)不同反應(yīng)溫度條件下的炭化反應(yīng)脫水后的產(chǎn)物 含水率變化情況，并在整理匯總試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，分析、篩選出可以取 得較為理想炭化處理效果的反應(yīng)溫度條件，優(yōu)選出最佳工藝控制參數(shù)。2. 3試驗(yàn)裝置試驗(yàn)裝置如圖1所示。反應(yīng)器為碳鋼材質(zhì)，底部焊接，上部為裝卸料 口，采用法蘭壓密；中間為裝料空間，采用調(diào)溫電熱套加熱，外部溫度范 圍0360°c；內(nèi)部插入溫度計(jì)和壓力表，密封蓋采用法蘭、螺栓和石墨合 金墊片進(jìn)行密封。使用前經(jīng)過(guò)耐壓和密封性能測(cè)試。試驗(yàn)時(shí)由頂部裝量口 裝入試驗(yàn)物料并密封，由調(diào)溫電熱套調(diào)節(jié)溫度至試驗(yàn)溫度，當(dāng)溫度計(jì)顯示 到達(dá)試驗(yàn)溫度后開(kāi)始計(jì)時(shí)。記錄反應(yīng)溫度、反應(yīng)器

6、內(nèi)部壓力及反應(yīng)時(shí)間。 該試驗(yàn)研究主要考察反應(yīng)溫度的變化對(duì)物料含水率的影響。2. 4分析方法溫度的測(cè)定利用溫度變送器外接顯示儀表測(cè)定；含水率的檢測(cè)參照 城鎮(zhèn)垃圾農(nóng)用監(jiān)測(cè)分析方法規(guī)范執(zhí)行。2. 5結(jié)果計(jì)算含水降低率計(jì)算公式：含水降低率二（試樣含水率-產(chǎn)物含水率）/試 樣含水率。3試驗(yàn)結(jié)果與分析3. 1垃圾濕組分炭化結(jié)果分析城市生活垃圾經(jīng)過(guò)超高壓干濕分離后的濕組分3經(jīng)過(guò)漿化處理，成 流質(zhì)狀，含水率在70%90%之間，炭化溫度分別設(shè)定在170250°c。通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)含水降低率最大在220°c出現(xiàn)，170°c時(shí)含水降低率雖也有高點(diǎn) 出現(xiàn)，但考慮到炭化后物質(zhì)穩(wěn)定化和無(wú)害化的需

7、求，不做考慮。高于220°c 時(shí)降低率反而降低，說(shuō)明過(guò)高的溫度會(huì)影響到炭化脫水效果，在220°c反 應(yīng)溫度下含水率降低率達(dá)28. 73% （圖2）。3. 2沼渣炭化結(jié)果分析垃圾濕組分經(jīng)過(guò)發(fā)酵產(chǎn)沼后產(chǎn)生的沼渣，也是需耍處理的生物質(zhì)廢棄 物。經(jīng)過(guò)低溫炭化試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，炭化溫度在280°c時(shí)降水效果最佳，含水率 降低率達(dá)到40. 47%o且在250°c300°c溫度范圍內(nèi)先高后低（圖3）。3. 3污泥炭化結(jié)果分析城市污水廠污泥作為試樣，根據(jù)不同的反應(yīng)溫度條件，進(jìn)行炭化反應(yīng), 在190270°c溫度范圍試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。含水率降低率隨著溫度升高 先高后低，再升高。污泥低溫?zé)峄瘜W(xué)機(jī)理研究表明，300 °c以下發(fā)生的熱 化學(xué)轉(zhuǎn)化反應(yīng)主要是污泥中的脂肪族化合物（主要含炭、氫元素及少量 氧）的轉(zhuǎn)化4。但過(guò)高的溫度需要消耗過(guò)多的能源，經(jīng)濟(jì)性下降，同時(shí) 炭得率隨著溫度升高成下降趨勢(shì)5,根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，考慮工程應(yīng)用吋的 經(jīng)濟(jì)性，可知230°c是污泥低溫炭化反應(yīng)的適宜溫度。3. 4餐廚垃圾炭化結(jié)果分析將破碎餐廚垃圾作為試樣,反應(yīng)溫度和含水降低率的關(guān)系如圖5所示。 餐廚垃圾