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上海交大水熱氧化技術助餐廚垃圾“變身”電力能源

2017-06-05 13:24:06 來源: 中國科技網 作者: 王春


中國科技網 記者王春油煙靜電機

暑氣漸升,夏天到瞭,生活垃圾的處理隨著氣溫的上升逐漸成為一個大問題,而生活垃圾處理得不好,將極大影響大型城市風貌。特別是生活垃圾處置,一直是上海的老大難問題。針對這一問題,上海交通大學環境學院金放鳴教授團隊利用水熱氧化技術率先進行瞭利用該技術燃燒處理生活垃圾用於發電的新研究並成功運用用於實踐。

二十年技術攻關 破解有機垃圾處理與資源化利用難題

傳統的城市生活垃圾處理方式主要采用填埋處理和焚燒處理。而填埋處理對垃圾滲濾液、垃圾堆體產生的沼氣等污染物很難做到導出、收集和處理,不僅對周圍環境造成嚴重污染,而且存在著安全隱患,嚴重影響城鎮的形象;而垃圾焚燒處理則容易產生二噁英等有毒氣體,污染空氣並產生異味,對周邊環境造成嚴重影響。同時,這些簡易的垃圾處理方式無法對垃圾進行有效的資源化利用,不適應現代化城市建設與發展的要求。

城市生活垃圾中,餐廚垃圾、廢棄紙張和各類含生物質的制品等含水率高、油脂和有機物含量高的廢棄物占絕大多數,這些垃圾容易滋生各種害蟲和細菌並產生異味,嚴重影響城市環境,但由於其含水率高,難以進行傳統的焚燒處理,填埋處理則會造成更難以解決的二次污染和疾病傳播。同時,垃圾中富含的生物質資源沒有得到有效的資源化利用,反而成為污染環境的源頭。

此外,現有的生物發酵方式處理生活垃圾(含餐廚靜電排油煙機垃圾)的方法,雖然可以有效處理垃圾中的生物質資源,使其轉化為甲烷等化學產品,但是仍然沒有解決此類垃圾的剩餘殘渣、異味等二次污染問題。同時,生物發酵方法所需周期較長,生物質轉化率較低,資源利用效率不高。

水熱氧化是一種相對新的氧化方法,一般在高溫高壓(100-400℃, 2-30MPa)水中進行,有機物氧化分解為二氧化碳和水,也叫濕式/水熱氧化(Wet oxidation)。濕式燃燒技術最初起源於美國,用於燃燒處理造油煙分離機紙黑液這樣的高濃度、難降解的有機廢水。當水中有機物濃度達到2%時,有機物濕式燃燒放出的熱量能夠維系體系反應自發進行。當水中有機物濃度超過2%時,燃燒放出的熱量可以回收利用。後來又發展到采用超/亞臨界水熱氧化分解處理高含水污泥,工業廢水以及有毒有害物質。

金放鳴教授一心推廣綠色環保的水熱技術,在這個方向上進行研究已經超過20年,早年就率先進行瞭旨在利用水熱氧化技術燃燒處理生活垃圾用於發電的新研究。采用瞭生活垃圾的各種代表物,如蔬菜類,肉類,魚類,脂肪類進行研究,發現瞭一個有趣的事實,即無論垃圾的成分是什麼,在水熱條件下進行氧化之後,乙酸都作為難以繼續分解的最終產物殘留下來,但如果要繼續分解乙酸,則需要使用更高的溫度或其他催化劑,造成成本上升。然而,乙酸作為一種極其重要的化工原料,其本身就是一種價值很高的產品,因此,金教授的研究轉向瞭水熱氧化生活垃圾選擇性產乙酸這一更加環保低碳的新方向。原本所有有機垃圾都會最終轉化為難處理的乙酸,而這一結果反而使水熱氧化技術在處理成分復雜的生活垃圾上具有極大的優勢。從垃圾模型化合物到實際生活垃圾混合物,金教授完成瞭一系列的水熱氧化實驗研究,摸清瞭每一種垃圾成分在水熱氧化過程中的轉化規律。這一系列的研究成果被整理成文,迄今為止,已發表瞭多篇SCI核心期刊論文。

技術轉化升級 連續式生活垃圾水熱氧化設備應用於實踐

為瞭進一步推進應用研究,金放鳴教授利用實驗室研究所積累的經驗,開發瞭中試級的連續式生活垃圾水熱氧化設備,現已完成設備的安裝和運行調試,並且完成瞭百公斤級生活垃圾水熱氧化處理實驗,處理效果良好。該設備現成功安裝在上海交通大學五餐附近,專門用來處理師生食堂產生的垃圾,相較於早期餐廳運送廚餘垃圾,該方法不僅減少瞭運輸費用,還避免瞭常有的垃圾處理運送產生的惡臭問題,垃圾一經產生立即送往轉化,該技術能夠近乎百分之百的氧化分解垃圾中的有機物成分,同時保證其中有可能造成環境污染的含氮、含硫、和含磷物質溶解在水中,隻需要進行簡單的處理即可達到排放標準。目前,金放鳴教授已申報多項水熱氧化生活垃圾方面的專利,並且正在進行下一步的擴大化研究開發。除此之外,金放鳴教授課題組還針對目前水熱氧化技術中存在的問題進行瞭進一步的探索和研究,多段式水熱氧化工藝、新型氧化劑等新技術的開發已經獲得瞭可喜的成果。金放鳴教授表示,在做好研發的同時,積極推廣這項環保領域的新技術具有重要意義。希望與不同部門協作實現分類運輸、分類處置,讓有機物垃圾通過循環利用變廢為寶,使城市生活垃圾真正實現無害化、減量化、資源化和就地化處理模式,讓上海市民更多的享受垃圾資源化帶來的實惠。

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責任編輯:冷媚

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