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黄姜皂素工业是近年来在黄姜人工种植开发成功的基础上发展起来的一个新兴行业,皂素又名皂甙元,为白色晶体或粉末,可用于脑激素类药物如黄体酮、抗多灵、口服避孕药等的合成,还可用于制取抗肿瘤药物。
湖北省十堰地区是我国黄姜主要产区,随着甾体医药工业的发展,国际国内市场对薯蓣皂素的需要量越来越大,皂素产业已成为该地区经济发展的支柱产业。黄姜皂素残渣是黄姜在提取皂素后的残余物,生产1 t皂素约产生7~8 t残渣。这些未经处理的残渣不仅侵占了大量土地,而且污染地下水和附近水源,由于渣的颗粒小、体积疏松、能量密度低等也给大气带了粉尘污染,因此,黄姜皂素产业产生的固体废物污染越来越成为广人民众关心的焦点。
资源化即分离、回收废物中有用的物质进行新的加工,开发新的产品,即综合利用,资源化是固体废物的主要归宿。探索固废资源化的新方法、新途径和新工艺,是同体废物处理技术研究的热点,这些废物中蕴含着大量的生物质能,有效利用这类生物质能源,对实现环境和经济的可持续发展具有重要意义。
黄姜皂素残渣属于有机固体废物范畴,黄姜经整个生产工艺后,所剩的皂素残渣主要成份为纤维素和木质素(粗纤维素40.22%),渣中含碳量高(元素分析C 57%)。一般对其有三大资源化利用方式:能源、农业利用、材料利用。
如何减少黄姜皂素残渣带来的环境污染,并将其应用到工业生产上,使其产生新的价值,来实现黄姜皂素残渣的资源化利用,正是本文要研究的主要内容,具体包括以下几方面:
(1)在分析国内外有机固体废物资源化的研究与发展现状的基础上,从分析黄姜皂素的生产工艺,黄姜皂素残渣的主要成分为研究起点,探讨黄姜皂素残渣资源化的工艺,根据现有的生产条件和用户需求,来确定其资源化利用方式。
(2)研究黄姜皂素残渣的成分及分析制备活性炭的方法,通过对黄姜皂素残渣成分分析确定其是否适合制备活性炭,并确定适合其制备的方法。
(3)结合前人制备活性炭的方法工艺,通过实验确定适合以黄姜皂素残渣为原料制备活性炭的工艺方法,确定最优的工艺参数。
(4)把制备的活性炭用于水处理的实验研究。根据与商业颗粒活性炭的实验对比,对废水的COD、PH和色度等参数分析,确定其性能的好坏。
(5)采用成型工艺在一定的压力下生产出生物质型煤,并对型煤的燃烧性能进行了试验研究,对型煤的工艺形成、燃烧机理进行了分析,同时研究影响生物质型煤污染物排放情况的主要因素。
(6)在管式炉中进行了生物质型煤的燃烧试验。研究燃烧温度、停留时间、固氯剂的
添加量和燃烧气氛对燃烧过程中氯化物生成的影响规律,并研究燃烧温度对NOx和SOx排放的影响。 通过对以上的研究,本文所取得主要成果和进展包括:
(1)通过对黄姜皂素残渣制备活性炭的研究,从而得到用黄姜皂素残渣为原料,以ZnCl<,2>为活化剂制备活性炭是完全可行的,其吸附性能和脱色力都好于商业颗粒活性碳,不仅解决了黄姜皂素残渣的处置问题,而且可以有效利用资源;
(2)由单因素影响分析和正交实验,得到最佳活化温度为600℃,活化时间为90min,ZnCl<,2>质量分数为40%,液固比为4:1,在浸渍时间为12h条件下,亚甲基蓝脱色力为150mL/g,碘吸附值为933mg/g,苯酚吸附值为139mg/g;
(3)对比分析了应用于废水处理中商业颗粒活性和黄姜皂素残渣制备的活性炭,通过对它们投加量对废水COD、PH和色度等参数的影响分析,可知制备的活性炭COD、色度的去除率都好于商业颗粒活性炭,COD的去除率可达80%以上。
(4)在利用黄姜皂素残渣制备的型煤的燃烧实验中,不同燃料燃烧时吸收液中S042‘和NO<,3>随温度变化曲线表明,在黄姜皂素残渣含有较高的挥发分和较低的N、S,型煤燃烧过程中,生物质的灰分限制了燃料中N、S分别向氮化物和硫化物的转化,从而降低了NOx和SOx的生成;
(5)尽管黄姜皂素残渣中氯离子是煤的6~7倍,但是渣与煤制备的型煤燃烧时,其氯离子的排放量远低于两者单独燃烧时的排放量,表明煤与渣适当比例的配比,有利于减少氯的析出,表明两者对固氯有一定的协调作用。
(6)利用黄姜皂素残渣制备的生物质型煤,有助于减少氯的析出,并有利于减少燃烧过程中飞灰的形成,能进一步减轻对环境的污染。