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[央广网]上海交大教授:没有火的燃烧 让有机垃圾变成无污染的宝

发布人:程然   发布日期:2017-06-07   浏览次数:104

暑气渐升,夏天到了,生活垃圾的处理随着气温的上升逐渐成为一个大问题,而生活垃圾处理得不好,将极大影响大型城市风貌。特别是生活垃圾处置,一直是上海的老大难问题。针对这一问题,上海交通大学环境学院金放鸣教授团队利用水热氧化技术率先进行了利用该技术燃烧处理生活垃圾,这种没有“火”的燃烧让垃圾变成了无污染的“宝”。这种在水中的“燃烧”不产生硫化物等污染,更不会生成致癌物二噁英,就算塑料袋之类的东西也能化解,而且在首次点燃后,就不再消耗能源。目前,这种技术已经在上海交通大学第三餐厅运用,希望能在有远见的企业家帮助下,逐步实现技术从中试迈向大规模的产业化运用。    

二十年技术攻关 破解有机垃圾处理与资源化利用难题

传统的城市生活垃圾处理方式主要采用填埋处理和焚烧处理。而填埋处理对垃圾渗滤液、垃圾堆体产生的沼气等污染物很难做到导出、收集和处理,不仅对周围环境造成严重污染,而且存在着安全隐患,严重影响城镇的形象;而垃圾焚烧处理则容易产生二噁英等有毒气体,污染空气并产生异味,对周边环境造成严重影响。同时,这些简易的垃圾处理方式无法对垃圾进行有效的资源化利用,不适应现代化城市建设与发展的要求。传统的城市生活垃圾处理方式主要采用填埋处理和焚烧处理。而填埋处理对垃圾渗滤液、垃圾堆体产生的沼气等污染物很难做到导出、收集和处理,不仅对周围环境造成严重污染,而且存在着安全隐患,严重影响城镇的形象;而垃圾焚烧处理则容易产生二噁英等有毒气体,污染空气并产生异味,对周边环境造成严重影响。同时,这些简单的垃圾处理方式无法对垃圾进行有效的资源化利用,不适应现代化城市建设与发展的要求。    

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,这些垃圾容易滋生各种害虫和细菌并产生异味,严重影响城市环境,但由于其含水率高,难以进行传统的焚烧处理,填埋处理则会造成更难以解决的二次污染和疾病传播。同时,垃圾中富含的生物质资源没有得到有效的资源化利用,反而成为污染环境的源头。    

此外,现有的生物发酵方式处理生活垃圾(含餐厨垃圾)的方法,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,但是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,生物发酵方法所需周期较长,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)。湿式燃烧技术最初起源于美国,用于燃烧处理造纸黑液这样的高浓度、难降解的有机废水。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。后来又发展到采用超/亚临界水热氧化分解处理高含水污泥,工业废水以及有毒有害物质。    

金放鸣教授一心推广绿色环保的水热技术,在这个方向上进行研究已经超过20年,早年就率先进行了旨在利用水热氧化技术燃烧处理生活垃圾用于发电的新研究。采用了生活垃圾的各种代表物,如蔬菜类,肉类,鱼类,脂肪类进行研究,发现了一个有趣的事实,即无论垃圾的成分是什么,在水热条件下进行氧化之后,乙酸都作为难以继续分解的最终产物残留下来,但如果要继续分解乙酸,则需要使用更高的温度或其他催化剂,造成成本上升。然而,乙酸作为一种极其重要的化工原料,其本身就是一种价值很高的产品,因此,金教授的研究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,金教授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。这一系列的研究成果被整理成文,迄今为止,已发表了多篇SCI核心期刊论文。    

技术转化升级 连续式生活垃圾水热氧化设备应用于实践

为了进一步推进水热技术的应用研究,金放鸣教授利用实验室研究所积累的经验,开发了中试级的连续式生活垃圾水热氧化设备,现已完成设备的安装和运行调试,并且完成了百公斤级生活垃圾水热氧化处理实验,处理效果良好。该设备现成功安装在上海交通大学五餐附近,专门用来处理师生食堂产生的垃圾,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,垃圾一经产生立即送往转化,该技术能够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,只需要进行简单的处理即可达到排放标准。目前,金放鸣教授已申报多项水热氧化生活垃圾方面的专利,并且正在进行下一步的扩大化研究开发。    

除此之外,金放鸣教授课题组还针对目前水热氧化技术中存在的问题进行了进一步的探索和研究,多段式水热氧化工艺、新型氧化剂等新技术的开发已经获得了可喜的成果。目前上海交大环境学院大力支持该类新技术的开发和运用,与此同时,围绕清洁能源,可再生能源以及新能源开发、利用等方面积极开展前沿探索,基础以及应用研究,主要聚焦CO2的资源化转化、生物质以及固废资源化转化、光催化材料研制和水解制氢、新型太阳能电池、电化学储能材料等前沿探索研究以及应用研究,力争建成国际上具有重要影响力的能源领域创新研究平台,希望能够为我国的有机废弃物绿色处理做出应有的贡献。    

金放鸣教授表示,在做好研发的同时,积极推广这项环保领域的新技术具有重要意义。希望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,使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模式,让上海市民更多的享受垃圾资源化带来的实惠。