鄧紅燕，王永秀

（1.深圳市環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)協(xié)會，廣東深圳518008;2.深圳市碧園環(huán)保技術(shù)有限公司，廣東深圳 518001）

人工濕地是20世紀70年代發(fā)展起來的污水處理技術(shù)，其原理是利用濕地中基質(zhì)、濕地植物和微生物之間的相互作用，通過一系列物理的、化學的以及生物的途徑來凈化污水［1-3］。憑借凈化效率高、投資成本低、運行費用低等優(yōu)勢，人工濕地在污水處理領(lǐng)域受到了越來越多地關(guān)注［4-5］。

為了保證濕地的正常穩(wěn)定運行，需要對枯萎老化的濕地植物進行收割，然而收割的大量廢棄植物往往被當作“垃圾”，不僅占用大量土地，還增加了管理處置費用［6］。如果能將濕地植物進行有效的資源化利用，將對人工濕地處理技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生極大的促進作用。人工濕地植物通常纖維素含量較高，同時具有與玉米秸稈等相近的熱值，因此可作為一種較好的生物質(zhì)固體成型燃料的原料來源［7-9］。筆者采用人工濕地收割的廢棄植物為原料，通過冷壓成型的方式制備成型燃料，研究成型壓力、粘結(jié)劑添加量、原料含水率對燃料堆密度和機械強度的影響，優(yōu)化成型燃料制備的工藝參數(shù)，為解決人工濕地植物處理處置問題提供新的思路。

1 材料與方法

1.1 試驗原料 濕地植物原料取自廣東省某人工濕地污水處理系統(tǒng)，其中花葉蘆荻約占60 wt%，美人蕉25 wt%，風車草10 wt%，其他植物5 wt%。

1.2 成型燃料制備方法 將收割的濕地植物自然曬干，經(jīng)初破碎、精破碎至3 mm以下，并充分混合均勻。稱重計量后，按比例加入粘結(jié)劑，在一定的壓力下采用冷壓成型機將原料壓制成粒徑為25 mm左右致密的膠囊狀成型燃料。粘結(jié)劑制備采用改性淀粉，即淀粉與水以3∶100的比例混合，在70～80℃的水浴中加熱5 min左右，剛達到有粘結(jié)性時，先加入5%NaOH溶液15 ml，再加入20%NaOH溶液5 ml，混均，現(xiàn)用現(xiàn)配［10］。

1.3 分析方法 目前，我國尚未有生物質(zhì)成型燃料的相關(guān)國家、行業(yè)標準，參照煤的分析方法對所制備燃料的各項性能進行測定分析。燃料密度采用溢水法測定。燃料機械強度參照《工業(yè)型煤落下強度測定方法》(MT/T925-2004)測定。具體方法:將燃料顆粒從2 m高處自由落下到一定厚度的鋼板上，將落下后粒度大于13 mm的成型燃料再次落下，共落下3次，以第3次落下后粒度大于13 mm的成型燃料質(zhì)量占原成型燃料質(zhì)量的百分數(shù)表示成型燃料的抗跌強度［11］。

2 結(jié)果與分析

2.1 成型壓力對燃料性能的影響 由圖1可知，通過冷壓成型制備成型燃料，壓力在20 MPa以下，得到的產(chǎn)品較為松散，堆密度和強度不高。當壓力達到40 MPa時，成型燃料主要性能參數(shù)達到最大，并隨著壓力提高趨于穩(wěn)定。一般而言，成型燃料的壓縮成型分為兩個階段:首先是在壓力作用下松散的生物質(zhì)顆粒排列結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，內(nèi)部空隙率降低;隨著壓力增大，大顆粒被壓碎成小的粒子并發(fā)生變形，粒子開始填充空隙同時相互嚙合，部分殘余應(yīng)力貯存于成型燃料內(nèi)部，使粒子間結(jié)合的更加牢固。由于濕地植物中含有的纖維素、木質(zhì)素都是彈性大而成型特性差的物質(zhì)，較小的壓力難以成型。增加成型壓力雖然可提高燃料的強度，但同時增加了動力消耗，并且強度提高的幅度也有限，因此確定最佳的成型壓力為40 MPa。

2.2 粘結(jié)劑添加量對燃料性能的影響 由圖2可知，隨著粘結(jié)劑添加量的增加，成型燃料的密度逐漸增大。當粘結(jié)劑添加量為5%時，成型燃料從模具中拿出后，放置幾小時后都會變得松散，制成的小球用手拿時易碎，抗跌強度也不高。當粘結(jié)劑添加量達到15%后，抗跌強度升至95%。進一步提高粘結(jié)劑添加量，會導(dǎo)致原料擠壓出模具。因此，確定最佳的粘結(jié)劑添加量為15%。

2.3 原料含水率對燃料性能的影響 由圖3可知，原料含水率越低，制備得到的成型燃料密度越低，而抗跌強度越高。這是由于原料含水率過高，在壓制過程中多余水分被擠壓到粒子層之間，使粒子層貼合不夠緊密，在成型壓力較大時還會出現(xiàn)成型燃料爆開現(xiàn)象。然而，為了降低原料含水率，就必須延長濕地植物的晾曬干燥時間，因此會導(dǎo)致運行成本的提高。綜合考慮，確定最佳的原料含水率為8%。

3 結(jié)論

人工濕地植物是良好的生物質(zhì)資源，合理地加以利用不僅能解決廢棄植物處理處置問題，還能減少濕地運營成本、提高濕地植物資源化利用水平。該研究以廢棄濕地植物為原料制備成型燃料取得了較好的效果，在最佳工藝條件下制得的成型燃料密度和抗跌強度分別高達0.97 g/cm3和96%，為解決人工濕地植物處理處置問題提供了新的思路。

［1］劉志平，李國婉，范家豪，等.復(fù)合人工濕地對新農(nóng)村生活污水的凈化效果［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學，2013，41(13):5872 -5874，5953.

［2］黃錦樓，陳琴，許連煌.人工濕地在應(yīng)用中存在的問題及解決措施［J］.環(huán)境科學，2013，34(1):401 -408.

［3］劉樹元，閻百興，王莉霞.潛流人工濕地中植物對氮磷凈化的影響［J］.生態(tài)學報，2011，31(6):1538 -1546.

［4］STOTTMEISTER U，WIEβNER A，KUSCHK P，et al.Effects of plants and microorganisms in constructed wetlands for wastewater treatment［J］.Biotechnology Advances，2003，22(1/2):93 -117.

［5］ZHU N W，AN P，KRISHNAKUMAR B，et al.Effect of plant harvest on methane emission from two constructed wetlands designed for the treatment of wastewater［J］.Journal of Environmental Management，2007，85(4):936-943.

［6］何明雄，胡啟春，羅安靖，等.人工濕地植物生物質(zhì)資源能源化利用潛力評估［J］.應(yīng)用與環(huán)境生物學報，2011，17(4):527 -531.

［7］秦蓉，徐亞同，何淑英，等.富營養(yǎng)化水體的生物修復(fù)與植株殘體的資源化利用［J］.環(huán)境工程學報，2008，33(9):1 -4.

［8］張庭婷，李嘉薇，王雙飛.幾種生物質(zhì)原料厭氧發(fā)酵制取沼氣能量轉(zhuǎn)換效率的比較［J］.造紙科學與技術(shù)，2009，28(3):36 -41.

［9］蔣偉軍，顏幼平，李萍.水葫蘆資源化利用綜述［J］.水資源保護，2010，26(6):79- 83.

［10］宋志偉，呂一波，梁洋，等.新型復(fù)合垃圾衍生燃料的制備及性能分析［J］.環(huán)境工程學報，2007，1(6):114 -117.

［11］李強，陳鐵軍，饒發(fā)明，等.鋸末制備生物質(zhì)成型燃料的試驗研究［J］.可再生能源，2012，30(9):85-89.