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新型移动式有机废弃物资源化装备及其技术模式研究
中国和欧盟研究创新旗舰合作计划项目 2020-2022
 
研究背景
  有机废弃物平均约占全球废物组成的46%,目前仅有不到10%得到有效的管理,有机废弃物的资源化利用是食品、农业和生物技术领域全球关注的热点问题。厌氧消化处理是当今有机废弃物的最主要的处理方式,随着欧盟和中国对厌氧消化的政策支持,厌氧消化产物的产生量大增,亟需一种有效的方案来解决与日俱增的产生量,降低环境和健康风险,并回收可利用的养分资源。
 
研究目的和意义
  本研究的合作目标是研发能被广泛复制应用于农村、城郊,最终用于城市地区的有机循环经济模式。它利用多种有机废弃物进行厌氧发酵,探索厌氧消化产物与其他有机废弃物副产物增值的联合处置方式,增加循环型企业的商机。该模式的实施可以提供就业和培训机会,提升经济收入,并通过提高资源利用效率,减少对不可再生资源的依赖来强化可持续性的农业活动。
 
研究内容
 1、基于阴/阳离子同步选择性电渗析的畜禽沼液养分回收关键技术研究
  针对沼液盐度高、氮磷钾养分含量高等特点,研发阴/阳离子同步选择性电渗析养分离子分离/浓缩技术,依据不同阳离子的电泳特性,在常规阳离子交换膜后安装一价阳离子选择性交换膜,实现NH4+、K+与Mg2+、Ca2+在电渗析不同腔室的分离/浓缩:依据不同阴离子的电泳特性,在常规阴离子交换膜后安装一价阴离子选择性交换膜,实现PO4 3-、SO4 2-与Cl-在不同腔室的分离/浓缩:回收的养分离子可进一步制备磷酸铵、硫酸铵、钙镁磷肥等高值产品。
  考察不同电渗析条件下阴/阳养分离子半径、水合自由能、焓与熵的变化规律,阐明选择性电渗析阴/阳养分离子同步回收原理。通过模拟废水研究,获取选择性电渗析多批次连续运行时不同价态阴/阳离子的分离规律,评价不同类型养分离子的回收效能,获取最大浓缩倍数和优化浓缩倍数;并通过优化运行参数,提出选择性电渗析养分离子回收的优化控制方法。
2、厌氧消化产物养分固定与高值肥料化技术
  针对餐厨垃圾、畜禽粪便等有机固体废弃物厌氧发酵后的沼渣含水率高、黏性大、常规机械脱水困难的难题,研究水热或碱性水热的工艺对沼渣进行预处理破壁破黏,探究水热温度、时间、液固比、pH、碱剂等因素对沼渣脱水效果的影响;利用热解炭化工艺将脱水厌氧消化产物转化为生物炭,阐明热解条件对生物炭的品质如孔结构特性、比表面积、表面官能团组成等的影响,解析重金属稳定固化和抗生素完全分解的机理,开发出厌氧消化产物高效脱水耦合热解制备生物炭的高效减量化与资源化处置路线:同时,进一步开发沼渣生物炭改艺工艺,提升吸附性能,考察其对厌氧消化体系中沼液的氮磷养分进行富集和固持的影响,制备一种富含氮磷钾的生物炭基肥料,可直接用作肥料或肥料基质等用途;结合技术示范和田间测试,通过种植实验,研究生物炭对土壤理化特征与植物生长的影响,形成--条低成本的厌氧消化产物养分固定与高值肥料化技术工艺路线。