草屑厌氧消化预处理耦合水热炭化研究
城市污泥水热碳化的研究与应用进展
城市污泥水热碳化的探究与应用进展一、引言随着城市化进程的加快和生活水平的提高，城市面临着废弃物处理和能源需求的双重压力。
污泥作为城市生活污水处理过程中产生的一种废弃物，不仅含有大量氮、磷等有机养分，也具有一定的能源价值。
因此，对城市污泥进行高效的处置和回收利用是亟待解决的问题。
在城市污泥处理方法中，水热碳化技术被认为是一种环保、高效、经济的处理方法，能够将污泥转化为有机肥料和能源产品。
该技术通过高温高压水热环境下，将污泥中的有机物质转化为碳质产物，同步释放出能量。
本文将对城市污泥水热碳化的探究进展和应用状况进行综述，以期为该技术的进一步应用提供参考。
二、城市污泥水热碳化技术的原理城市污泥水热碳化技术是一种利用高温高压水环境下的化学反应过程，将污泥中的有机物质转化为固态碳质产物，同时释放出可再生能源的技术。
其基本原理如下：1. 高温高压条件下，污泥中的有机物质与水中的热能发生反应，产生热解和水解作用。
2. 热解作用将有机物质分解为低分子量的气体和液体产物，包括甲烷、乙烯、乙醇等。
3. 水解作用通过水的加入，将有机物质转化为酸性物质。
这些酸性物质会在碳化过程中参与反应，增进碳化产物的形成。
4. 炭化反应将酸性物质转化为稳定的固态碳质产物，包括热炭、活性炭等。
通过以上反应过程，城市污泥中的有机物质得以转化为可再生能源和碳质产物，实现了污泥的资源化和能源化利用。
三、城市污泥水热碳化技术的探究进展1. 催化剂的探究与应用在城市污泥水热碳化过程中，催化剂的作用是改善反应速率和产物选择性，提高碳化效率。
探究表明，添加金属催化剂可以增进水热碳化反应过程中的气体产物生成，并缩减碳质产物的生成。
常用的催化剂包括铜、镍、铁等金属，以及获得广泛关注的纳米催化剂。
2. 温度和压力的优化水热碳化反应的温度和压力是影响反应速率和产物分布的重要因素。
探究发现，适合的温度和压力可以提高碳化效率，改善产物的选择性。
一般来说，适合的温度范围为200-300摄氏度，压力范围为20-40MPa。
厨余垃圾厌氧消化技术研究(全文)
厨余垃圾厌氧消化技术研究(全文) XX:X705XX:AXX:1674-9944(2021)07-0132-021 厌氧消化的基本原理厨余垃圾是家庭、餐饮服务业的固体废物的统称,其在城市生活垃圾中占的比例很大[1]。
厨余垃圾含水率多在85%~90%,因此在采纳焚烧处理时,由于热值偏低,往往需要额外添加燃料,如果参与填埋处理,则高的有机物含量又会产生大量COD值极高的渗滤液,难以处理,且填埋条件下产生的甲烷是一种温室气体,如不能有效收集,则对环境带来更大的负面影响。
因此应将其从城市生活垃圾中分离,并采纳合适的方法处理。
在对厨余垃圾进行处理的众多技术中,厌氧消化具有明显优势,如污泥产生量小,能耗低,运行费用小,占地面积小,并且能产生甲烷或者有机酸等产物,且具有一定经济效益。
[2]对厌氧消化原理的研究,经历了一个不断深入的过程。
由最初的两阶段理论,到三阶段理论再到三阶段四类群理论。
在厨余垃圾等复杂的有机废物在厌氧条件下,难溶的大分子有机物被分解为可溶的小分子脂肪酸,然后在产酸菌的作用下,被转化为乙酸,丙酸,氢气等。
在这个过程中,专性产乙酸产氢菌会利用其他有机酸生成乙酸和氢气,最后在产甲烷菌的作用下,将乙酸和氢气转化为甲烷。
对厨余等复杂有机废物,水解阶段往往是整个反应的限速阶段[3]。
2 影响因素2.1 底物特性底物的不同对厌氧消化的结果有较大影响,在厌氧消化过程中,为了满足整个微生物种群的生长代谢,需要一定量的营养物质,主要是需要保持碳、氮、磷等元素的比例合适。
氮元素含量过高,会导致溶液中氨氮浓度过高,从而对厌氧消化过程产生抑制效应[4],而氨氮浓度过低,则不能为微生物细胞生长提供必要的营养。
在厨余垃圾厌氧消化的过程中,有时为了调整底物的营养组成,往往采取将厨余垃圾与污泥联合消化的方式,可以取得更好的消化结果。
底物的颗粒粒径也是影响厌氧消化的一个主要因素,由于水解阶段往往成为厨余垃圾厌氧消化全过程的限速步骤,因此促进水解反应的进行,对改进厌氧消化的效果是有利的。
碱_热法预处理改善污泥厌氧消化性能的试验研究
目前研究较多的污泥水解技术有： 碱 的预处理手段，
［ 4 ］ ［ 9， 10 ］
1
试验方法
以及新兴的生物酶技术
作为一种联合技术兼具热处理和化学处理的所有优 可以最大限度的释放出剩余污泥内的有机质， 缩 点， 短水解时间， 因而赢得了广泛的的关注。
试验对象选取上海市东区水质净化厂浓缩污 泥， 试验污泥特性如表 1 所示。 试验在三种不同的 工况条件下进行， 采用 NaOH 调节 pH。处理后的污
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Abstract： Traditional thermochemical method promoted the thermal hydrolysis treatment on sewage sludge which had been pretreated by alkaline for 24 hours． The SCOD removal rate of sludge and the biogas production of anaerobic digestion were examined to investigate the effects of alkaline － thermal hydrolysis on the digestibility of sewage sludge． Biochemical methane potential （ BMP ） experiment results showed that the SCOD removal rate of alkaline － thermal pretreatment is 1． 06 ～ 1． 31 times as high as the traditional thermochemical＇s SCOD removal rate． The biogas product of alkalinethermal pretreatment is 1． 08 ～ 1． 31 times as high as the traditional thermochemical＇s． The biodegradability of sewage sludge can be remarkable improved by alkalinethermal pretreatment，for it could reduce the residual SCOD of digested sludge and increase the production of biogas． Key words： sewage sludge； hydrolysis； anaerobic digestion； biochemical methane potential 近年来对污泥资源化应用的研究已成为全球范 围的研究热点。污泥厌氧消化可以减少污泥体积， 降 低污泥含水率， 厌氧消化过程产生的高温可以灭菌， 同时产生可利用的生物质气体
纤维素水热炭化液相与玉米秸秆混合发酵有机物转化与产气特性
化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2023 年第 42 卷第 12 期纤维素水热炭化液相与玉米秸秆混合发酵有机物转化与产气特性王浩1，2，邸璐1，2，王芳1，2，张德俐1，2，易维明1，2，李永军1，2，沈秀丽3（1 山东理工大学农业工程与食品科学学院，山东 淄博 255000；2 山东省清洁能源工程技术研究中心，山东 淄博 255000；3 农业农村部规划设计研究院，农业农村部农业废弃物能源化利用重点实验室，北京 100125）摘要：为实现生物质资源的无害化处理与多级利用，本研究旨在探究纤维素水热炭化液相和玉米秸秆混合发酵过程中有机物转化及产气特性。
为探究水热反应条件对混合发酵过程的影响，开展了不同条件水热炭化液相与玉米秸秆混合发酵实验。
结果表明，与秸秆单发酵相比，在200℃（保温30min 、60min 、120min ）和230℃（保温60min ）条件下制备的水热液相和秸秆混合发酵的产气分别提升了7.32%、4.42%、22.08%、21.76%，其中甲烷最大累积量为1387mL 。
水热时间的延长和水热温度升高对最终产甲烷量都具有正向的促进作用；液相中的呋喃及其衍生物等抑制物并未对混合厌氧发酵产生明显的负面效果，反而被微生物分解为糠基醇等有机物，促进产气。
水热炭化液相的加入促进了氢还原二氧化碳途径产甲烷菌的生长，协同乙酸产甲烷途径，促进了甲烷的生产。
本研究结果可为优化水热炭化有机废液与秸秆混合发酵工艺提供理论基础。
关键词：混合发酵；水热炭化；液相；玉米秸秆；菌群结构中图分类号：TH3 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2023）12-6666-10Organic matter conversion and methane production characteristics duringanaerobic co -digestion of corn stover and aqueous phase derived from cellulose hydrothermal carbonizationWANG Hao 1，2，DI Lu 1，2，WANG Fang 1，2，ZHANG Deli 1，2，YI Weiming 1，2，LI Yongjun 1，2，SHEN Xiuli 3(1 College of Agricultural Engineering and Food Science, Shandong University of Technology, Zibo 255000, Shandong,China; 2 Shandong Research Center of Engineering & Technology for Clean Energy, Zibo 255000, Shandong, China;3Academy of Agricultural Planning and Engineering, Key Laboratory of Energy Resource Utilization from AgricultureResidue, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Beijing 100125, China)Abstract: In order to realize the harmless treatment and multi-stage utilization of biomass resources, this study aimed to explore the transformation process of organic matter and methane production characteristics during the anaerobic co -digestion of corn stover and aqueous phase derived from cellulosehydrothermal carbonization. The anaerobic co -digestion experiment of the two feedstocks was carried out.研究开发DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0047收稿日期：2023-01-10；修改稿日期：2023-04-25。
水热预处理强化牛粪厌氧消化及其机理
[１]
. 大量畜禽
Ｌｉｕ 等 [１８] 利用水热法对玉米秸秆进行改性处理ꎬ最佳
境造成严重污染ꎬ对水源地、农村生态环境和人畜的
５７％. Ｃｈａｎ 等 [１９] 在 ３９０ ℃ 、压力 ２５ ＭＰａ 下对油棕生
ꎬ随着能源和环境问题日益突出ꎬ将畜禽废
有关于水热强化厌氧消化的研究多停留在甲烷产量
安全造成极大威胁 [２￣３] . 畜禽粪便可视为产甲烷的优
３.Ｓｏｌｉｄ Ｗａｓｔｅ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｃｅｎｔｅｒꎬ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｃｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｅｏｐｌｅ′ｓ Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｃｈｉｎａꎬ Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００２９ꎬ Ｃｈｉｎａ
Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｎｄ ｍｅｄｉｕｍ￣ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎａｅｒｏｂｉｃ ｄｉｇｅｓｔｉｏｎ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｗｅｒｅ ａｄｏｐｔｅｄ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ
ｉｎｈｉｂｉｔｅｄ ｔｈｅ ｍｅｔｈａｎｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ. Ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｉｎ ｍｅｔｈａｎｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ (１７６ ３６ ｍＬ) ｆｏｒ ４３２０ ｍｉｎ ａｔ ７０ ℃ ( Ｒ０ ＝ ３ ２７) ｗａｓ
２１ ００％ ｇｒｅａｔｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｇｒｏｕｐ ( １４５ ７６ ｍＬ∕ｇ) . Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅｓｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓꎬ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ａｃｅｔｉｃ ａｃｉｄ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｂｙ
第 ３４ 卷 第 ９ 期
环 境 科 学 研 究
２０２１ 年 ９ 月
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草屑厌氧消化预处理耦合水热炭化研究
王燕杉;朱小超;宋英今;李易航
【期刊名称】《化工学报》
【年(卷),期】2022(73)2
【摘 要】厌氧消化(AD)耦合水热炭化(HTC)技术对园林废弃物的可持续资源化利
用具有显著优势和意义。采用草为研究对象,进行了7~28 d的AD预处理,深入探
究了AD预处理耦合HTC对水热炭特性及其热解和产物释放特性的影响。其
中,AD促进HTC过程主要发生脱羧反应;通过改变木质纤维素构成比例和结构特征
有效调控水热炭的功能特性。此外,AD打破了生物质内部致密的刚性结构,促进了
水热炭丰富孔隙的形成和比表面积的增加。在生物可降解程度为17.52%(AD 7 d)
时,水热炭性能最佳,质量产率、高位热值(HHV)、能量产率和能量密度分别达
62.75%、23.81 MJ·kg^(-1)、80.31%和1.28。此外,TG-MS分析结果揭示了AD
预处理提高了炭的热稳定性以及热解产物中能源气体的生成,有助于热解气的提质
和利用。
【总页数】10页(P904-913)
【作 者】王燕杉;朱小超;宋英今;李易航
【作者单位】天津大学环境科学与工程学院
【正文语种】中 文
【中图分类】X712
【相关文献】
1.低强度水热法预处理玉米秸秆提高其厌氧消化产甲烷性能2.水热预处理对不同污
泥性质及厌氧消化性能的影响3.玉米秸秆水热预处理作用机理和厌氧消化特性研
究4.水热预处理强化牛粪厌氧消化及其机理5.零价铁耦合热预处理技术强化餐厨
厌氧消化
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