生物甲烷副產物沼渣的脫水性能及資源化利用研究.pdf

1、目前，我國的能源與環(huán)境問題日益突出，生物甲烷作為一種新型的能源產品，在處理環(huán)境污染和能源生產中發(fā)揮著重要作用。然而生物甲烷生產過程中會產生大量的副產物沼渣，沼渣的處理利用成為制約生物甲烷發(fā)展問題之一。本文研究了四種常見的副產物沼渣（秸稈沼渣、豬糞沼渣、牛糞沼渣、餐廚垃圾沼渣）脫水性能及作用機理。在此基礎上提出了沼渣脫水-燃燒以及制備生物炭的資源化路線，并采用綠色度的方法評價其工藝過程，主要研究結果如下:
　　(1)以沼渣濾餅含水率

2、、過濾比阻和沉降性為指標考察表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)和粉煤灰聯(lián)合調理對沼渣脫水性能的影響。秸稈沼渣、豬糞沼渣、牛糞沼渣、餐廚垃圾沼渣最佳的CTAB用量分別是沼渣于重的50％，30％，20％，50％，四種沼渣濾餅的含水率被降低至75％左右。隨著粉煤灰用量增加至沼渣干重的140％，可以進一步降低濾餅含水率至60％以下和大幅度降低過濾比阻，四種沼渣濾餅的含水率分別降至56.35％、58.4％、52.65％、50.9％。四種沼

3、渣的過濾比阻分別降低至4.9×1010m·kg-1、0.29×1010m·kg-1、0.34×1010m·kg-1、0.21×1010m·kg-1。
　　(2)四種沼渣不同的性質決定了它們的脫水性能的差異。豬糞沼渣和牛糞沼渣不易脫水的原因是因為沼渣中纖維類物質與絮體形成穩(wěn)定的結構滯留了大量的水分。秸稈沼渣顆粒小，含水率高，得顆粒與沼渣中的水分相互作用程度會提高，降低秸稈沼渣的脫水速率。餐廚垃圾沼渣中有較多的胞外聚合物，胞外聚合物本

4、身可以聚集成不穩(wěn)定的絮體結構，提高沼渣的粘性。
　　(3)通過測定沼渣上清液的胞外聚合物、粒徑以及電位等變化，總結CTAB與粉煤灰聯(lián)合調理沼渣的脫水機理。首先，CTAB通過分散作用使沼渣絮體結構分散解體;通過增溶作用溶解有高度水合作用的胞外聚合物，同時CTAB還能降低表面張力從而降低毛細壓力，這些都有利于減少沼渣結合水的含量。其次，CTAB能有效中和沼渣顆粒表面的電負性并且壓縮雙電層，導致沼渣的Zeta電位更趨于電中性，促進沼渣顆

5、粒聚集沉降，提高了沼渣的脫水程度。最后，粉煤灰在沼渣中形成了骨架構建體，降低沼渣的壓縮性，提高了沼渣的脫水速率，最終改善了沼渣的脫水性能。
　　(4)利用脫水后的四種沼渣熱解制備生物炭，結果表明沼渣原料、熱解溫度、活化劑對生物炭及其孔隙結構有著重要的影響。采用燃燒工藝處理脫水后的四種沼渣，結果表明沼渣的的燃燒熱值主要有有機質的性質和含量決定，其中秸稈沼渣的熱值最大，比較其他三種沼渣，C和H元素含量越高，其燃燒熱值越大。
　　

6、(5)以綠色度的方法評價沼渣脫水-燃燒和制備生物炭兩條資源化路線，結果表明兩個處理過程的綠色度均大于0，即對環(huán)境友好。四種沼渣中秸稈沼渣制備生物炭的綠色度小于燃燒處理的綠色度，所以秸稈沼渣適合燃燒處理。沼渣脫水制備生物炭過程操作較為復雜，且要消耗能量，但其綠色度卻更高，對環(huán)境更友好。所以其他三種沼渣適合用于制備生物炭。
　　本文通過沼渣資源化路線的研究和評價，提出了沼渣脫水-燃燒以及制備生物炭的資源化路線，并采用綠色度的方法評價其