به منظور کاهش آلودگی لجن شهری بر محیط زیست و دستیابی به بهره برداری از منابع لجن، وضعیت فعلی دفع لجن در داخل و خارج از کشور تشریح شده است. وضعیت تحقیق اختلاط لجن با زغال سنگ برای تهیه دوغاب فاضلاب، اختلاط با زغال سنگ (نیمه کک) برای تهیه سوخت تشکیل شده و اختلاط با کاه گیاه تا دانه بندی برای تهیه سوخت برای تولید سوخت زیست توده معرفی شده است.
نتایج نشان می دهد که تهیه سوخت زیست توده از لجن می تواند به طور کامل از ارزش گرمایی موثر لجن استفاده کند، مقدار کمی زغال سنگ را جایگزین کند و یک رویکرد فنی موثر برای استفاده منطقی از لجن ارائه دهد. مشکلات مقیاس کوچک، مصرف انرژی بالا، فرآیند پیچیده و ارزش حرارتی سوخت پایین در تهیه سوخت زیست توده از لجن را تجزیه و تحلیل کرد و پیشنهاد تقویت اصلاح عمیق لجن برای تهیه دوغاب آب زغال سنگ سوخت با غلظت بالا، دانه بندی لجن و کاه سوخت و توسعه بایندرهای کارآمد برای تهیه سوخت تشکیل شده از لجن و زغال سنگ (نیمه کک) و همچنین آبگیری و خشک کردن لجن قبل از تشکیل تحقیق در مورد تصفیه ضد آب سوختهای تشکیل شده و صنعتی سازی لجن به زیست توده سوخت، به منظور تسریع کاربرد صنعتی لجن در سوخت زیست توده.
معرفی
لجن شهری محصول جانبی تصفیه فاضلاب با مقدار زیادی آلاینده است که توسط کارخانه های فاضلاب در فرآیند تصفیه فاضلاب شهری و فاضلاب صنعتی تولید می شود. با رشد سریع نرخ تصفیه فاضلاب چین و در نتیجه افزایش سریع تولید لجن، لجن شهری به بیش از 30 میلیون تن در سال (با رطوبت 80 درصد) رسیده است. لجن شهری از نظر ظاهری یک سیال قهوه ای سیاه یا سیاه مانند، نیمه سیال یا کیک مانند فلوکولنت است.
ویژگی رطوبت بالا، تا 25 درصد تا 98 درصد، حجم زیاد و ترکیب پیچیده است. لجن حاوی ذرات جامد مانند گل و ماسه، الیاف، بقایای حیوانی و گیاهی و همچنین لخته های منعقد شده است. حاوی مقادیر زیادی مواد آلی (عمدتاً بنزن، کلروفنول ها و غیره)، فلزات سنگین سمی و مضر، میکروارگانیسم های بیماری زا، تخم های انگلی، نمک ها و هسته های رادیواکتیو است که تجزیه آنها به سختی انجام می شود و باعث آلودگی جدی محیط زیست می شود. در حال حاضر روش اصلی تصفیه لجن در داخل و خارج از کشور دفن زباله است، اما افزایش تولید لجن نه تنها زمین را اشغال می کند، بلکه کیفیت آب های زیرزمینی را نیز آلوده می کند. کاهش قابل توجه در سوزاندن یکی از جهت گیری های بین المللی برای تصفیه لجن است، اما سرمایه گذاری اولیه در ساخت زباله سوز زیاد و هزینه عملیاتی آن بالا است. بنابراین نحوه تصفیه و دفع موثر لجن شهری یک مشکل فوری است که باید حل شود.
با توجه به مقدار زیادی ماده آلی موجود در لجن که دارای ارزش حرارتی معینی است (ارزش حرارتی بالا بر پایه خشک 8-10MJ/kg) و مواد مغذی فراوانی مانند نیتروژن، فسفر و پتاسیم، استفاده از منابع لجن برای دستیابی به کاهش لجن، تثبیت و تصفیه بی ضرر اهمیت زیادی دارد. در حال حاضر، سه راه اصلی برای توسعه استفاده از منابع لجن وجود دارد: استفاده از زمین، استفاده از مصالح ساختمانی، و تهیه سوخت زیست توده. در این میان، تهیه سوخت زیست توده مخلوط کردن لجن با ضایعات صنعتی، کشاورزی یا سوخت پاک برای تولید سوخت با ارزش حرارتی بالا برای احتراق دیگ بخار است که راه اصلی استفاده از منابع لجن است. تهیه سوخت زیست توده از لجن عمدتاً از ارزش حرارتی پایین لجن استفاده می کند که نمی تواند مستقیماً سوزانده شود. مخلوط کردن آن با مواد قابل احتراق برای تهیه سوخت زیست توده به عنوان مصرف انرژی، نه تنها از ارزش حرارتی لجن به طور کامل استفاده می کند، بلکه به طور موثر هزینه تصفیه لجن را کاهش می دهد. این یک راه موثر برای بی ضرر بودن لجن و منابع است.
بنابراین محققان داخلی و خارجی تحقیقات گسترده ای در زمینه تهیه سوخت زیست توده از لجن انجام داده اند. لجن خارجی عمدتاً برای استفاده از زمین، دفن زباله و سوزاندن با استفاده از منابع محدود استفاده می شود. تحقیقات در مورد استفاده از منابع لجن در چین به تازگی آغاز شده است. بنابراین، این مقاله به بررسی وضعیت فعلی دفع لجن در داخل و خارج از کشور، معرفی وضعیت تحقیقاتی و مشکلات موجود لجن به سوخت زیست توده، و جهتگیری توسعه لجن به سوخت زیست توده را پیشنهاد میکند.
1، وضعیت فعلی دفع لجن در داخل و خارج از کشور
1.1 وضعیت فعلی دفع لجن در خارج از کشور در حال حاضر، روش های اصلی برای تصفیه لجن در خارج از کشور شامل استفاده کشاورزی (کود، خوراک)، دفن زباله، خشک کردن و سوزاندن، و دفع دفن زباله است. کشورهای پیشرفته غربی دارای اقتصاد قوی، فناوری های پیشرفته و سطوح بالای تصفیه لجن هستند. به عنوان مثال، در اروپای غربی عمدتاً از خشک کردن حرارتی غیرمستقیم استفاده می شود، در حالی که در ایالات متحده و بریتانیا عمدتاً از دفن زباله و کشاورزی استفاده می شود در حالی که در ژاپن عمدتاً از سوزاندن استفاده می شود. کارخانه های بزرگ پیش خشک کردن لجن در کشورهایی مانند آلمان و هلند در اروپا ایجاد شده است. پس از اینکه رطوبت لجن از پیش خشک شده به 60 درصد رسید، برای سوزاندن یا کمپوست برای کشاورزی وارد نیروگاه ها می شود و به استفاده مجدد از انرژی دست می یابد. طبق آمار، کاربری اراضی 9 تا 54 درصد از دفع لجن را در هفت کشور توسعه یافته جهان، دفن زباله ها 16 تا 55 درصد، سوزاندن 15 تا 55 درصد و سایرین 0 تا 8 درصد را تشکیل می دهند. .
روشهای تصفیه و دفع لجن در ژاپن به دو دسته تقسیم میشوند: دفع (دفن زباله، ذخیرهسازی در فضای باز، سایر روشهای دفع) و استفاده از منابع (مصالح ساختمانی، زمینهای کشاورزی، فضای سبز، سوخت). ژاپن فاقد منابع و انرژی است و برای استفاده از منابع و انرژی لجن اهمیت زیادی قائل است. بنابراین، در سال های اخیر، نسبت استفاده از منابع به سرعت افزایش یافته است و تا سال 2008 به 77.9 درصد رسیده است. عمدتاً از اجزای آلی موجود در لجن برای فضاهای سبز کشاورزی (کود و اصلاح خاک) و استفاده از انرژی (گاز زیست توده، تبدیل سوخت جامد) استفاده می شود. و غیره)، در حالی که از اجزای معدنی برای استفاده از مصالح ساختمانی استفاده می شود. یک فناوری تولید برق لجن کم هزینه 5 تن در روز در سال 2010 ساخته شد.
1.2 وضعیت فعلی دفع لجن داخلی در چین. به دلایل مالی و فناوری در حال حاضر راه حل معقولی برای لجن وجود ندارد و دفن زباله و انباشته همچنان روش اصلی است. بر اساس آمار، وضعیت فعلی دفع لجن در چین به شرح زیر است: 44.8 درصد برای کشاورزی، 31 درصد برای دفن زباله، 10.5 درصد برای سایرین و 13.7 درصد برای لجن تصفیه نشده. داده هایی وجود دارد که نشان می دهد بیش از 90 درصد از تصفیه خانه های فاضلاب ساخته شده دارای امکانات پشتیبانی برای تصفیه لجن نیستند. در برخی نقاط به دلیل استفاده نادرست از لجن، فلزات سنگین، ترکیبات آلی و آفات و بیماری ها به طور مستقیم سلامت انسان را به خطر می اندازند و باعث آلودگی ثانویه محیط زیست می شوند.
با توجه به اینکه دفن زباله نه تنها باعث تنش زمین می شود، بلکه باعث آلودگی زمین و منابع دریایی می شود، نسبت دفن لجن سال به سال کاهش می یابد. سوزاندن میزان لجن را به میزان قابل توجهی کاهش داده و یکی از جهت گیری های بین المللی برای تصفیه لجن است. با این حال، لجن به خودی خود ارزش حرارتی پایینی دارد و معمولاً نمی توان مستقیماً آن را سوزاند. در حال حاضر مشکلاتی مانند سرمایه گذاری بالا، هزینه های عملیاتی و آلودگی محیط زیست وجود دارد که هنوز در مرحله اولیه است. با توجه به سیاستهای سختگیرانه حفاظت از محیط زیست، چین همچنین سعی دارد از لجن به عنوان منبع استفاده کند، از جمله رفتار مناسب با آن به عنوان اصلاح کننده خاک و کمپوست برای استفاده از زمین، استفاده از آن به عنوان مصالح ساختمانی مانند آجر، سیمان و مواد جدید و استفاده از آن. به عنوان انرژی برای سوخت، تولید برق و تولید گاز. استفاده از ذرات بسیار ریز و ارزش حرارتی معین لجن برای مخلوط کردن با ضایعات کشاورزی مانند کاه و زغال سنگ برای تهیه سوخت زیستی یا دوغاب آب زغال سنگ سوخت، یک روش استفاده موثر برای تبدیل سوخت لجن است.
2، وضعیت فعلی فناوری سوخت لجن داخلی به دلیل افزایش سریع تولید لجن و تأثیر نامطلوب بر محیط زیست توجه روزافزونی را به خود جلب کرده است. در سالهای اخیر، محققان داخلی تحقیقاتی را در زمینه تهیه سوخت زیست توده از لجن انجام دادهاند که عمدتاً شامل تهیه سوخت تشکیلشده از اختلاط لجن با زغال سنگ، کاه زباله کشاورزی و تهیه دوغاب زغال سنگ آب سوخت با اختلاط لجن با زغال سنگ است. از آنجایی که تحقیقات در این زمینه به تازگی آغاز شده است، بیشتر آن در مرحله تحقیقات آزمایشگاهی باقی مانده است.
2.1 فن آوری تهیه سوخت شکل با اختلاط لجن با زغال سنگ و کاه کشاورزی. لجن دارای رطوبت بالا و ارزش حرارتی پایین است که احتراق مستقیم را دشوار می کند. اختلاط لجن با زغال سنگ و ضایعات کشاورزی برای احتراق مستقیم یا احتراق شکلی روشی موثر برای بهبود خصوصیات احتراق لجن است. به منظور درک ویژگی های احتراق لجن و ضایعات کشاورزی، Wu Hongxiang و همکارانش. [3] از یک دستگاه واکنش تعادل حرارتی برای مطالعه ویژگیهای احتراق زغالسنگ، خردههای چوب و مخلوطهای لجن مانند دمای اشتعال و دمای فرسودگی استفاده کرد. نتایج نشان داد که عملکرد احتراق لجن به تنهایی ضعیف است. هنگامی که زغال سنگ یا تراشه های چوب برای احتراق مشترک اضافه شد، شاخص مشخصه احتراق جامع افزایش یافت، نقطه اشتعال افزایش یافت، دمای فرسودگی کاهش یافت، و عملکرد احتراق بهبود یافت، ثابت کنید که احتراق مخلوط لجن و ضایعات زیست توده راه خوبی برای استفاده از لجن است. به عنوان یک منبع
دو نوع لجن با رطوبت حدود 80 درصد با استفاده از فیلتر پرس با زغال سنگ و خاک اره مخلوط شدند تا بریکت های لجنی با استحکام و ارزش حرارتی مشخص تحت فشار معین تهیه شود و آزمایشات گرما سنجی بر روی بریکت ها انجام شد. نتایج نشان می دهد که فرآیند پیرولیز دو نوع بریکت لجن شامل مرحله خشک کردن، مرحله تجزیه و تحلیل تبخیر، مرحله احتراق و مرحله فرسودگی است. حداکثر سرعت احتراق سوخت تشکیل شده از خرده چوب و لجن حدود 100K کمتر از سوخت تشکیل شده از لجن و پودر زغال سنگ است. هدف از تهیه سوخت بریکت با اختلاط لجن با کاه و افزودنی های مناسب افزایش ارزش حرارتی احتراق و انرژی گرمایی است. مواد افزودنی مختلفی باید در طول فرآیند قالبگیری اضافه شوند، به طور عمده شامل عوامل اشتعالزا که سوخت را آسان میکنند، مواد شل کننده که تخلخل سوخت را بهبود میبخشند، کاتالیزورهایی که باعث احتراق کامل ذرات کربن میشوند، عوامل پخت که اثر انجماد را تضمین میکنند. از سوخت و دئودورانت هایی که آلودگی بو را در طی احتراق سوخت کاهش می دهند.
