生物甲烷副產(chǎn)物沼渣的脫水性能及資源化利用研究.pdf

1、目前，我國(guó)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(chǎn)品，在處理環(huán)境污染和能源生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用。然而生物甲烷生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的副產(chǎn)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(chǎn)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(jī)理。在此基礎(chǔ)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(píng)價(jià)其工藝過程，主要研究結(jié)果如下:
　　(1)以沼渣濾餅含水率

2、、過濾比阻和沉降性為指標(biāo)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(diào)理對(duì)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(jìn)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(zhì)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?yàn)檎釉欣w維類物質(zhì)與絮體形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)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(huì)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(jié)構(gòu)，提高沼渣的粘性。
　　(3)通過測(cè)定沼渣上清液的胞外聚合物、粒徑以及電位等變化，總結(jié)CTAB與粉煤灰聯(lián)合調(diào)理沼渣的脫水機(jī)理。首先，CTAB通過分散作用使沼渣絮體結(jié)構(gòu)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(shí)CTAB還能降低表面張力從而降低毛細(xì)壓力，這些都有利于減少沼渣結(jié)合水的含量。其次，CTAB能有效中和沼渣顆粒表面的電負(fù)性并且壓縮雙電層，導(dǎo)致沼渣的Zeta電位更趨于電中性，促進(jìn)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(gòu)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(jié)果表明沼渣原料、熱解溫度、活化劑對(duì)生物炭及其孔隙結(jié)構(gòu)有著重要的影響。采用燃燒工藝處理脫水后的四種沼渣，結(jié)果表明沼渣的的燃燒熱值主要有有機(jī)質(zhì)的性質(zhì)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(píng)價(jià)沼渣脫水-燃燒和制備生物炭?jī)蓷l資源化路線，結(jié)果表明兩個(gè)處理過程的綠色度均大于0，即對(duì)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(fù)雜，且要消耗能量，但其綠色度卻更高，對(duì)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(píng)價(jià)，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(píng)價(jià)其