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生活垃圾变废为电 “水热氧化技术”成功研发

来源:澎湃新闻2017-06-06 11:39

上海交通大学环境学院教授金放鸣团队利用“水热氧化技术”,将生活垃圾成功用于发电,实现了资源的有效再利用。目前,该技术已在上海交通大学校园内得到应用。

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让垃圾在高温高压水中氧化成乙酸

据研究团队介绍,城市生活垃圾中,餐厨垃圾、废弃纸张和各类含生物质的制品等含水率高、油脂和有机物含量高的废弃物占绝大多数,但由于其含水率高,难以进行传统的焚烧处理,填埋处理也会造成二次污染和疾病传播。生物发酵方式虽然可以有效处理垃圾中的生物质资源,使其转化为甲烷等化学产品,但仍然没有解决此类垃圾的剩余残渣、异味等二次污染问题。同时,这种方法所需周期较长,生物质转化率较低,资源利用效率不高。
 
  水热氧化则是一种相对新的氧化方法,一般在高温高压(100-400℃, 2-30MPa)水中进行,有机物氧化分解为二氧化碳和水,也叫湿式/水热氧化(Wet oxidation)。这种技术最初起源于美国,用于处理造纸黑液等高浓度、难降解的有机废水。

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生活垃圾湿式燃烧中试工艺图

当水中有机物浓度达到2%时,有机物湿式燃烧放出的热量能够维系体系反应自发进行。当水中有机物浓度超过2%时,燃烧放出的热量可以回收利用。

在钻研该技术的20年多里,金放鸣发现,无论生活垃圾的成分是什么,在水热条件下进行氧化后,乙酸都难以继续分解而残留下来,若要继续分解乙酸,则需要更高的温度或其他催化剂,这导致成本上升。

然而,乙酸本身就是一种价值很高的化工原料。因此,研究中,金放鸣转向了“水热氧化生活垃圾选择性产乙酸”这一更加环保低碳的新方向。原本所有有机垃圾都会最终转化为难处理的乙酸,而这一结果反而使水热氧化技术在处理成分复杂的生活垃圾上具有极大的优势。

从垃圾模型化合物到实际生活垃圾混合物,金放鸣完成了一系列的水热氧化实验研究,摸清了每一种垃圾成分在水热氧化过程中的转化规律。迄今,他已就相关成果发表了多篇SCI核心期刊论文。

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  中试级设备已经在上海交大食堂使用

为了进一步推进水热技术的应用研究,金放鸣开发了中试级的连续式生活垃圾水热氧化设备,并完成了设备的安装和运行调试,在实验中成功用水热氧化技术处理了百公斤级生活垃圾。
 
  该设备就安装在上海交通大学第三餐厅附近,专门用来处理师生食堂产生的垃圾。从校方获悉,相较于早期餐厅运送厨余垃圾,该方法不仅减少了运输费用,还避免了常有的垃圾处理运送产生的恶臭问题。

现在,垃圾一经产生便被立即送往转化,新技术能近乎百分之百的氧化分解垃圾中的有机物成分,同时保证其中有可能造成环境污染的含氮、含硫、和含磷物质溶解在水中,只需要简单处理,即可达到排放标准。

目前,金放鸣已申报多项水热氧化生活垃圾方面的专利,并正在进行下一步的扩大化研究开发。

金放鸣希望,能与不同部门协作实现分类运输、分类处置,让有机物垃圾通过循环利用变废为宝,让城市生活垃圾真正实现无害化、减量化、资源化和就地化处理,更多的市民可以享受到垃圾资源化带来的实惠。

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