本文選題：城市生活垃圾 + 農(nóng)林廢棄物��； 參考：《中國礦業(yè)大學(xué)(北京)》2017年博士論文

【摘要】：隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展與城市化進程加快,城市生活垃圾產(chǎn)生量不斷增加,對環(huán)境造成巨大危害,成為影響人類生存和可持續(xù)發(fā)展的重要因素。傳統(tǒng)的垃圾填埋、堆肥處理法占地多、處理周期長、污染嚴重;垃圾焚燒過程產(chǎn)生二惡英等有害物質(zhì)。垃圾熱解減容減量程度高,可以得到氣、液、焦三種產(chǎn)物,適應(yīng)不同的需求,逐漸得到廣泛的青睞。然而,由于城市生活垃圾中水分和灰分含量較高、碳和氫含量較低,單獨熱解時熱解產(chǎn)品的產(chǎn)率相對較低而且品質(zhì)較差,不利于有效利用。將城市生活垃圾與其它廢棄物配合進行共熱解處理,是實現(xiàn)熱解產(chǎn)品提質(zhì)和增值的有效途徑。作為重要的農(nóng)、林產(chǎn)業(yè)大國,我國每年產(chǎn)生大量農(nóng)林廢棄物,農(nóng)林廢棄物的揮發(fā)分較高、灰分相對較低,熱解氣、液產(chǎn)率較高,與城市生活垃圾共熱解不僅可以達到減容減量的目的,而且可以彌補城市生活垃圾單獨熱解造成的產(chǎn)品品質(zhì)較差等問題。由于城市生活垃圾和農(nóng)林廢棄物的組成復(fù)雜,共熱解產(chǎn)生的熱解液組成和性質(zhì)差異較大,含水率較高,傳統(tǒng)的油水分離方法難以取得較好的效果。為實現(xiàn)熱解液中油水分離及熱解油提質(zhì)與利用,有必要對熱解液的油水分離和提質(zhì)技術(shù)進行研究。本文依托山西省科技攻關(guān)項目“生活垃圾與農(nóng)林產(chǎn)品廢棄物協(xié)同處理與高效資源化利用技術(shù)研究”,以城市生活垃圾和部分農(nóng)林廢棄物為研究對象,利用熱重分析、固定床熱解、氣相色譜分析、紅外分析、掃描電鏡分析等手段,進行組成分析和表征,研究了城市生活垃圾和農(nóng)林廢棄物單獨熱解及共熱解特性、熱解產(chǎn)物產(chǎn)率及組成變化,重點考察了蒸餾、萃取和破乳等方法對熱解液油水分離的影響以及不同酯化條件下,熱解液的組成性質(zhì)變化。論文研究的主要結(jié)論如下:1、對太原市城市生活垃圾的組成分析表明,城市生活垃圾中以廚余、紙類、玻璃灰土為主要成分;夏季城市生活垃圾中有機廚余及塑料類含量高,冬季生活垃圾中玻璃灰土含量高;工業(yè)分析表明,夏季垃圾揮發(fā)分含量高、灰分含量低,冬季垃圾揮發(fā)分含量低、灰分含量高;元素分析表明,夏季垃圾C、H和O元素含量高,冬季C、H、O含量最低;夏季生活垃圾熱值最高、冬季最低。農(nóng)林廢棄物的工業(yè)分析表明,揮發(fā)分含量從高到低依次為松樹枝、木薯稈、玉米桿、稻殼。2、城市生活垃圾熱解過程主要有干燥脫氣、活潑熱解和熱縮聚三個階段,第二階段即溫度450~650℃之間時,失重最為明顯達到57%。根據(jù)熱重曲線進行動力學(xué)參數(shù)計算,得到相關(guān)系數(shù)為0.966、頻率因子為0.2460min~(-1)、活化能為50.72kJ/mol。固定床熱解實驗表明,城市生活垃圾在450~650℃熱解溫度區(qū)間,熱解液的最大產(chǎn)率在600℃時取得,為39.81%;垃圾壓片成型后熱解液的產(chǎn)率比粉末狀垃圾增加8.24%。垃圾熱解過程中添加煅燒石灰石可以不同程度提高垃圾熱解氣的產(chǎn)率,且煅燒溫度為950℃的石灰石對垃圾熱解氣的提高效果最明顯。3、城市生活垃圾熱解液含水率較高,不同溫度段熱解液含水率為20~30%,酸值大于30 mg/g(KOH),600℃時熱解液含氧量為20.28%,熱值為31.42 MJ/kg。熱解焦熱值較低,不同溫度熱解焦熱值均在20MJ/kg以下;600℃時,熱解氣中H_2、CO、CH_4、CO_2分別為0.35、17.75、2.10、33.67 m L/g。4、農(nóng)林廢物熱解過程也可分干燥脫氣、活潑熱解和熱縮聚三個階段。隨著木薯稈熱解溫度升高,木薯稈熱解氣體產(chǎn)率增大,熱解焦產(chǎn)率不斷下降,熱解液在600℃時達到最大值45.6%;第二階段失重明顯達60%,溫度為317℃時獲得最大失重速率。稻殼動力學(xué)分析表明,稻殼熱解活化能為66.55~70.92 kJ/mol,提高稻殼升溫速率可以降低熱解活化能;隨著升溫速率增加,稻殼最大熱解失重速率也隨之增加。松樹枝的熱重分析表明,最大失重速率在358℃,失重率67%,且隨著熱解溫度的升高,松樹枝熱解活化能先升高后降低。5、對木薯稈熱解液紅外分析表明,木薯稈熱解液成分復(fù)雜,含有酚、醇、羧酸等多種有機物;熱解液pH值、氧含量、含水率和熱值分別為2.7~3.1,56.70%、31%和15.3 MJ/kg。對熱解木薯稈熱解焦進行工業(yè)分析,結(jié)果表明,熱解焦中固定碳、灰分、水分和揮發(fā)分分別為75.42%、13.67%,0.05%和10.86%;400℃時木薯稈熱解氣中甲烷產(chǎn)率最大。6、木薯稈與生活垃圾共熱解可以提供富氫熱解氣氛,對垃圾熱解具有一定的促進作用;動力學(xué)分析表明城市生活垃圾與木薯稈混合物的熱解活化能為43.36kJ/mol,低于城市生活垃圾單獨熱解的活化能50.60kJ/mol,添加木薯稈降低了城市生活垃圾熱解的表觀活化能,對城市生活垃圾的熱解具有促進作用。對城市生活垃圾和木薯稈共熱解進行能量分析發(fā)現(xiàn),隨著木薯稈添加比例增大輸出能量逐漸增大,當(dāng)木薯稈添加比例為44.14%時,輸出能量等于所需能量3.64MJ/kg。添加木薯稈使城市生活垃圾熱解液產(chǎn)率增加、熱解焦產(chǎn)率降低;添加比例為60%時,熱解液產(chǎn)率最大為47.52%。7、玉米稈降低了城市生活垃圾熱解活化能,二者共同熱解存在一定的協(xié)同作用。對城市生活垃圾和玉米稈共熱解過程進行能量分析發(fā)現(xiàn),隨著玉米稈添加比例增大輸出能量逐漸增大,當(dāng)玉米稈添加比例為37.34%時,輸出能量等于所需能量3.53 MJ/kg。添加玉米稈提高了城市生活垃圾熱解液產(chǎn)率、降低了熱解焦產(chǎn)率;提升了熱解氣中H_2的產(chǎn)率,玉米稈在混合物中比例為60%時,熱解氣中H_2產(chǎn)率達到最大值為0.20m L/g。8、添加松樹枝后,城市生活垃圾熱解反應(yīng)的表觀活化能降低,說明添加松樹枝時對城市生活垃圾的熱解促進作用顯著。城市生活垃圾與松樹枝的摻混比為3:1時,對提高熱解液的產(chǎn)率具有明顯的促進作用。當(dāng)松樹枝添加量增加,混合物的輸出能量增加,而混合物熱解所需要的能量逐漸減小,當(dāng)松樹枝添加比例超過65.28%時,輸出能量大于所需能量。城市生活垃圾和松樹枝共熱解產(chǎn)物的能量輸出可以滿足其熱解需要。9、采用蒸餾法進行垃圾熱解液的油水分離實驗,隨著熱解溫度升高,熱解液中低溫餾分含量逐漸降低;熱解原料中添加Fe_2O_3和CaO使熱解液的脫水率增加,熱解液中低沸點物質(zhì)含量減少。采用萃取法考察了萃取劑種類、萃取順序?qū)峤庖旱妮腿⌒Ч?結(jié)果表明,二氯甲烷對木薯稈熱解液萃取率高于乙酸乙酯對木薯稈熱解液萃取率;使用兩種萃取劑進行分級萃取的萃取效率高于單獨萃取效率;先用二氯甲烷萃取再用乙酸乙酯萃取的總萃取率為41.03%,改變萃取劑順序進行萃取后,熱解液的萃取率為39.04%。10、考察了聚氧丙烯聚氧乙烯共聚物(J)、脂肪醇聚氧乙烯醚7.9(Z)、壬基酚聚氧乙烯醚(R)、曲拉通-100(Q)四種表面活性劑對熱解液脫水率的影響,得出熱解液的脫水率為90.6~91.3%,當(dāng)曲拉通添加量為100mg/L時,熱解液脫水率最高為90.87%。使用不同種類絮凝劑,熱解液脫水效率為90%~91.3%,當(dāng)絮凝劑PAM的添加量為150 mg/L時,熱解液的脫水率為90.7%。將上述表面活性劑與絮凝劑聚合氯化鋁(PAC)、聚丙烯酰胺(PAM)進行復(fù)配,熱解液的脫水率均達到89.6%以上。當(dāng)熱解液添加PAM+J,同時提高破乳溫度時,熱解液脫水率升高;添加PAM+Q的結(jié)果則相反。11、采用酯化工藝對熱解液進行提質(zhì)研究,以CaO/γ-Al_2O_3作為催化劑,得出酯化反應(yīng)時間、乙醇與木薯稈比例、催化劑用量及反應(yīng)溫度分別為6h、3:1、5%和60℃時反應(yīng)效果最好。熱解液酸值為2.75,含氧量降低至原來的50%。熱值由13.4MJ/kg提高到27.5MJ/kg,有機成分中酸性物質(zhì)由18.5%降低到0.8%;其他成分如酚類、酮類、醇類、烷類、酯類、芳香類等物質(zhì)的含量在破乳后均有不同程度的提高,其中酚類物質(zhì)最多為37.9%,其次是醇類物質(zhì)為21.4%。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：X799.3;X71

【參考文獻】

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5 張_";;我國城市生活垃圾處理現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J];寧夏農(nóng)林科技;2013年04期

6 ;我國城市生活垃圾處理行業(yè)2012年發(fā)展綜述[J];中國環(huán)保產(chǎn)業(yè);2013年03期

7 徐藝;陳宇;華德潤;吳玉龍;楊明德;陳鎮(zhèn);唐娜;;固定床反應(yīng)器中生物質(zhì)/廢塑料共熱解制備燃料油[J];化工進展;2013年03期

8 曹錚;;城市垃圾處理現(xiàn)狀[J];資源節(jié)約與環(huán)保;2013年01期

9 陳宋璇;黎小保;;生活垃圾焚燒發(fā)電中二VA英控制技術(shù)研究進展[J];環(huán)境科學(xué)與管理;2012年05期

10 王愛蓮;李少東;;我國城市生活垃圾現(xiàn)狀及處理技術(shù)研究[J];西安石油大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版);2012年02期

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3 劉曉青;城市生活垃圾熱解和燃燒的綜合熱分析研究[D];遼寧科技大學(xué);2006年

4 王智敏;城市生活垃圾和污泥低溫?zé)峤庋芯縖D];天津大學(xué);2005年

5 任群;城市垃圾焚燒發(fā)電廠的研究[D];西安建筑科技大學(xué);2004年

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本文編號：1939573