堆肥对污泥和玉米秸秆热解气化特性影响的试验研究

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有机固废的热解气化技术在我国得到了快速的发展与广泛的应用,但如何利用热解气化技术提升气体品质一直是该行业的技术瓶颈。本研究以我国典型废弃物污泥(SS)和玉米秸秆(CS)为研究对象,通过堆肥预处理技术,以期提高秸秆类木质纤维素的热解气化效率与产品品质。因此,本文对SS与CS进行混合堆肥,并采用高通量测序技术,研究堆肥过程中的微生物群落结构与组成;同时对此过程进行表征与基础物性分析;最终,从预处理技术、微生物组成与变化、表征与基础物性分析手段全面揭示堆肥对气化过程的影响机制。得出的主要结论如下:
  本研究将SS与CS以1.6:1的湿重比进行混合堆肥,结果表明,含水率的总体降幅为26.71%;pH由7.74上升至7.98,其后降至7.42;有机质总体降幅为11.95%;C/N由19.08下降至12.37,且T值为0.65。由此可见,堆肥原料已经腐熟,并为后续的热解气化提供原料。其后,采用16SrRNA高通量测序技术,测定分析堆肥7d(C1),14d(C2)的主要细菌。测序结果表明,在C1阶段,芽孢杆菌属为降解纤维素与木质素作主要贡献,苍白杆菌也有降解木质素的功能;在C2阶段,高温多孢菌属主要降解堆肥样品中的纤维素,且木质纤维素分解菌在分解纤维素与半纤维素方面占主导因素,苍白杆菌属、根瘤菌属、野野村氏菌属为降解木质素的主要微生物。从而解析了堆肥过程中木质纤维素的相关作用细菌,为热解气化过程奠定基础。
  本研究又对堆肥原料进行了表征及物性分析,结果均表明木质素的相对含量增加,有益于提高氢气产量。因此,采用800-1000℃的温度进行管式炉气化,气化堆肥0d(C0)、7d(C1)、14d(C2)、21d(C3)、28d(C4)与35d(C5)的产物。其中,900℃时,C1的氢气含量(9.66 vol.%)和低位热值(6.17 MJ/Nm3)均大于CS、C0,分别提高了2.14vol.%、4.53vol.%和0.60MJ/Nm3、1.37MJ/Nm3,且C1-C5并无明显差异。最终,通过分析900℃气化堆肥的7d产物,证实了氢气含量与低位热值的提高,且具有最佳的经济效益;同时得到比CS较高的气化效果,达到了提高SS与CS利用率的效果。能够为堆肥预处理技术在热解气化中的应用提供试验及理论依据。
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