城市環(huán)境所沼渣熱解炭化資源化研究獲進展

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厭氧發(fā)酵技術利用微生物的代謝作用實現餐廚垃圾減容減量與能源化利用,已經成為我國餐廚垃圾資源化處置的主流工藝之一,但目前針對厭氧發(fā)酵后殘余物沼渣的資源化處置研究依然不足。中國科學院城市環(huán)境研究所城市礦產綠色開發(fā)研究團隊(余廣煒研究團隊)積極聚焦我國城鎮(zhèn)化發(fā)展進程中的關鍵環(huán)境問題,在國家重點研發(fā)計劃課題支持下,持續(xù)開展沼渣熱解炭化資源化技術研究,解析熱解特性及產物形成機制,闡明生物炭特征及其重金屬生態(tài)安全風險,拓展高附加值利用途徑,并取得良好進展。
研究發(fā)現餐廚垃圾厭氧沼渣熱解過程可分為五個階段。其中,階段一、三、四適用于反應級數模型,階段二和五適用于一維擴散模型和三維擴散Jander模型。五個階段最佳反應模型函數可以用f(α)=(1-α)-1-1,f(α)=α2,f(α)=[(1-α)-1.3-1]/1.3,f(α)=(1-α)-1-1,以及f(α)=[1-(1-α)1/3]2來表示;TG-FTIR和Py-GC/MS的分析結果表明,熱解氣主要成分為H2O、CH4、CO2、CO、苯酚、C=O(酸酐、酮或醛)、C-O和NH3等,而熱解油主要成分為碳氫化合物、胺和酰胺類、腈類、N-雜化化合物類、氧化物以及硫化物。
研究顯示,熱解溫度對沼渣生物炭的性質和結構具有顯著影響,為主要控制因素;在400~800°C的實驗溫度范圍內,生物炭中典型重金屬隨溫度的升高向穩(wěn)定態(tài)轉化,生態(tài)安全風險低;700℃條件下熱解制備的生物炭表面官能團豐富,孔隙結構和理化特征優(yōu)異,具有良好的污染物吸附性能,展現出良好的應用潛力。
近期,相關研究成果以Pyrolysis of food waste digestate residues for biochar: Pyrolytic properties, biochar characterization, and heavy metal behaviours為題,發(fā)表在Fuel上。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃和福廈泉國家自主創(chuàng)新示范區(qū)協同創(chuàng)新平臺項目的支持。
沼渣熱解機制及重金屬浸出風險評估