超临界水氧化生活垃圾的试验研究

论文摘要

中国有13亿人口,城市垃圾年产量达1亿吨以上,而且每年以8%左右的增长率递增。面对垃圾泛滥成灾的状况,必须采取有力措施,进行科学合理地综合处理利用垃圾。但是,生活垃圾组分复杂、生物降解性差,传统的垃圾处置方式（填埋、堆肥和焚烧）很难做到高效、清洁,易造成二次污染。因此,需要寻求一种垃圾处理的新方法。本文提出了一种高效、无二次污染的垃圾处理的方法—超临界水氧化法处理生活垃圾。对其进行了实验研究,并参考相关文献与焚烧法处理进行了对比。首先,以氧气作为氧化剂,在罐式反应器内对模拟的生活垃圾进行超临界水氧化处理研究,研究了反应温度（367℃～420℃）、添加活性炭改变含碳量、不同过量系数（α=2～7）对生活垃圾二氧化碳生成率的影响。结果表明:当温度高于400℃,压力高于23MPa,反应时间1min,过量系数为3的反应条件下生活垃圾的二氧化碳转化率达到80%以上。并通过试验发现提高垃圾的含碳量可以明显提高二氧化碳转化率10%左右,也证明了活性炭的催化作用;反应温度是超临界水氧化处理生活垃圾的最主要影响因素。其次,对生活垃圾中C、N、S元素迁移规律进行了研究。结果表明:随着温度的升高,气相产物碳收率增加,固相产物碳收率降低,液相产物碳收率基本稳定;NO、NO2、NH3、HCN产气氮收率均接近0,有一部分N元素转化为氧化亚氮气体;有5%～30%的硫元素以硫酸盐的形式保存在液相中,几乎不产生SO2、SO3气体。从试验中发现,添加活性炭既能促进氧化又可以降低N2O气体的生成。超临界水氧化是一种高效、清洁的处理方法。最后,根据所得到试验数据并参考相关文献与焚烧法进行比较。结果表明:超临界水氧化处理后尾气中的酸性气体含量明显低于使用焚烧法处理;垃圾焚烧过程会产生二恶英,而在超临界水氧化反应中,二恶英不产生或被分解;超临界水氧化法能够更好地回收重金属。总体上说,超临界水氧化处理更安全、更清洁。采用超临界水氧化法处理生活,燃烧效率能达到80%以上,并且通过添加活性炭不仅能促进氧化反应还能减少尾气中有害气体的排放。超临界水氧化法也可适用于各类危险废弃物的最终处置,符合减量化、无害化、资源化的理念,是一项有应用前景的新技术。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第1章 绪论
• 1.1 我国城市生活垃圾污染现状及处置方式
• 1.2 课题研究的背景及课题的提出
• 1.3 本文的研究目的及主要内容
• 第2章 超临界水氧化技术及研究现状
• 2.1 超临界水氧化原理及反应动力学方程
• 2.2 超临界水氧化技术的应用
• 2.3 催化超临界水氧化
• 2.4 国内外应用超临界水氧化技术的实例
• 2.5 存在的技术难题及解决思路
• 第3章 试验系统、操作流程及测试方法
• 3.1 试验系统
• 3.2 试验样品及操作流程
• 3.3 试验考察因素及试验安排
• 3.4 产物分析方法
• 第4章 超临界水氧化生活垃圾的燃烧效果
• 4.1 反应温度对二氧化碳产气碳收率影响
• 4.2 氧气过量系数对二氧化碳产气碳收率的影响
• 4.3 活性炭添加剂对二氧化碳产气碳收率的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 超临界水氧化垃圾的元素迁移规律及安全环保性能
• 5.1 碳元素迁移规律研究
• 5.2 氮元素迁移规律研究
• 5.3 硫元素迁移规律研究
• 5.4 安全环保性能
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论
• 附录
• 燃烧所需空气量的计算
• 固体燃料燃烧产物烟气量的计算
• 实际烟气中氧气浓度计算
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录
• 学位论文评阅及答辩情况表