李旋子， 劉 相， 黃 妍， 吳志強(qiáng)， 田 科， 周抗寒， 張俊豐

(1.湘潭大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院， 湘潭 411105； 2.中國(guó)航天員科研訓(xùn)練中心人因工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100094)

1 引言

航天器密閉生態(tài)系統(tǒng)的固體廢物處理最佳方式是循環(huán)利用或資源回收。 空間固廢主要來(lái)自于航天員的穿著和飲食，國(guó)際空間站航天任務(wù)中每名航天員每天可產(chǎn)生0.8～1.2 kg 的固廢，包括食物殘?jiān)⑺芰?、紙張、包裝、衣物和航天員的其他用品等。 空間固廢的體積龐大、凌亂且難以儲(chǔ)存，固廢會(huì)產(chǎn)生氣味、泄漏滲濾液、滋生細(xì)菌病毒等，嚴(yán)重影響航天員生活、工作和身體健康。 空間固廢中大約含有27%的水，固廢中的水主要來(lái)自于食物殘?jiān)?、衛(wèi)生濕巾和飲料殘液等。 回收固廢中的水能減少飛行任務(wù)中額外的存儲(chǔ)體積，既能減少運(yùn)載維持生命的水又能減少飛行運(yùn)載物資的能源，回收固廢中的水是十分必要的。 針對(duì)未來(lái)近地軌道外的長(zhǎng)期任務(wù)，更好的解決方案是減少固廢在寶貴空間資源的占用、回收固廢中的水資源、防止病菌和揮發(fā)性氣體危害等，實(shí)現(xiàn)固廢的減容化、資源化、安全化和穩(wěn)定化存放。

由于空間站受能源、空間、重量和地面保障的限制，空間固廢可通過(guò)壓縮減容的方法進(jìn)行穩(wěn)定存儲(chǔ)。 熱熔壓縮技術(shù)就是通過(guò)將固廢加熱到一定溫度進(jìn)行壓縮、干燥，對(duì)固廢消毒殺菌，并回收固廢中的水分，最終得到一個(gè)能穩(wěn)定存放的壓縮磚。 為降低能耗和成本，空間固廢處理選擇熱熔壓縮技術(shù)。 其中熱熔是指在不同溫度條件下對(duì)固廢進(jìn)行加熱升溫，蒸發(fā)出固廢中的水分，為后續(xù)壓縮完成后固廢的干燥穩(wěn)定存放提供保障。固廢在熱熔回收水的過(guò)程中，也會(huì)伴隨揮發(fā)性氣體的產(chǎn)生，為水質(zhì)和揮發(fā)氣體的進(jìn)一步凈化處理，需先對(duì)水質(zhì)和揮發(fā)氣體的成分進(jìn)行分析。不同固廢種類、不同溫度和時(shí)間下的水氣揮發(fā)規(guī)律不同，需選擇最佳工藝條件，以滿足水回收率最大化，水氣污染物最小化的要求。

近年來(lái)，國(guó)外開(kāi)展了大量固體廢物熱熔壓縮實(shí)驗(yàn)研究，通過(guò)熱熔壓縮裝置處理固體廢物，國(guó)外的熱熔壓縮機(jī)目前已經(jīng)發(fā)展到第二代，能實(shí)現(xiàn)有效的固廢壓實(shí)、回收固廢中的水分，得到穩(wěn)定的壓縮磚。 第一代主要被用于數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)，對(duì)不同工藝下的水質(zhì)和揮發(fā)氣體種類分析，確定了最佳操作條件，并識(shí)別揮發(fā)氣體成分。 國(guó)內(nèi)對(duì)于空間站固體廢物處理技術(shù)研究較少，中國(guó)空間站與國(guó)際空間站由于航天員的飲食、服裝、生活節(jié)律完全不同，需針對(duì)中國(guó)空間站任務(wù)固廢產(chǎn)生規(guī)律進(jìn)行系統(tǒng)研究。

本文針對(duì)具有中國(guó)載人航天特色的固體廢物開(kāi)展熱熔處理，對(duì)每種典型固廢產(chǎn)生的廢水水質(zhì)特性和廢氣揮發(fā)特性進(jìn)行研究，為固廢熱熔廢水中能進(jìn)入空間水循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行處理的固廢種類以及廢氣的凈化處理方式等提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

2 方法

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

根據(jù)空間固廢種類和含量，包括食品殘?jiān)?、包裝塑料、服裝、個(gè)人用品等，考慮到固廢產(chǎn)生的頻率，本文對(duì)水餃、辣醬、艙內(nèi)工作服、濕巾和紙巾開(kāi)展研究，研究采用的原材料均為航天真實(shí)固廢，具體成分如表1 所示。

表1 典型空間固廢種類Table 1 Typical types of space solid wastes

2.2 實(shí)驗(yàn)裝置

固廢熱熔過(guò)程中，為實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體污染物收集和水回收，實(shí)驗(yàn)裝置如圖1 所示，在運(yùn)行過(guò)程中，氣瓶提供合成空氣作為實(shí)驗(yàn)的吹掃氣體，LZB－6WB 轉(zhuǎn)子流量計(jì)(常州雙環(huán)熱工儀表有限公司)用來(lái)設(shè)定掃氣流量，通過(guò)DF－101S 油浴鍋(上海力辰邦西儀器科技有限公司)對(duì)固廢加熱并保溫一定時(shí)間會(huì)產(chǎn)生揮發(fā)性污染物，水蒸氣通過(guò)冷凝管被收集到冷凝集液瓶中，實(shí)現(xiàn)氣液分離，SHF50－SS 高效過(guò)濾器(北京斯泰迪自控設(shè)備有限公司)的PP 濾芯過(guò)濾超過(guò)5 μm 以上的雜質(zhì)及樣品中的顆粒物，以減少氣體檢測(cè)儀分析的誤差。 YJ－600CD-N2－3SPLM 質(zhì)量流量計(jì)(廣東博如電子科技有限公司)用來(lái)計(jì)算收集氣袋的體積。 總氣體收集袋對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程產(chǎn)生的氣體進(jìn)行收集，定點(diǎn)采樣收集袋每40 min 收集1 次，一般收集5 min，表征每40 min 的氣體變化。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置圖Fig.1 Diagram of heat melt device

2.3 工藝參數(shù)

為了最大化回收固廢中的水分，并定性分析在此期間產(chǎn)生的氣體污染物，通過(guò)選取最佳溫度、時(shí)間工藝條件來(lái)研究水回收率、水質(zhì)和氣體揮發(fā)特性。 每次熱熔實(shí)驗(yàn)，用量約50 g(鮮重)。 每種原材料單獨(dú)實(shí)驗(yàn)。 實(shí)驗(yàn)原料首先被破碎處理成約1 cm 大小，然后放入反應(yīng)容器中進(jìn)行熱熔實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)溫度設(shè)置在120 ～170 ℃，且間隔10 ℃取值進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試。 熱熔實(shí)驗(yàn)總時(shí)間在4 ～5 h，每40 min進(jìn)行1 次采樣，共采樣5 次。 實(shí)驗(yàn)在密封環(huán)境下進(jìn)行，熱熔35 min 后，進(jìn)行5 min 空氣吹掃置換，吹掃完成后再進(jìn)行時(shí)間點(diǎn)的氣體采樣。

2.4 水氣分析方法

2.4.1 氣體分析

采用大氣預(yù)濃縮－氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀和氣相色譜儀對(duì)熱熔的氣體污染物進(jìn)行定性半定量分析。 島津GCMS-QP2020 氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀采用Entech7200 大氣預(yù)濃縮儀分流進(jìn)樣模式，色譜柱 為 SH-Rtx-5ms ( 30 m × 0.25 μm， 膜 厚0.25 μm)，載氣為氦氣，柱箱升溫程序?yàn)?35 ℃恒 溫5 min， 3 ℃/min 升 至 140 ℃， 繼 續(xù) 以15 ℃/min升至230 ℃，保溫3 min，進(jìn)樣口溫度230 ℃。 賽默飛TRACE 1300 氣相色譜儀采用氫火焰離子化檢測(cè)器。

對(duì)氣體采用半定量分析。 首先利用氣相色譜儀通過(guò)二氧化碳標(biāo)準(zhǔn)曲線測(cè)試二氧化碳的實(shí)際濃度，同時(shí)在氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀中得到各氣體污染物的峰面積，以二氧化碳的濃度為基準(zhǔn)對(duì)比，根據(jù)峰面積計(jì)算各污染物的相對(duì)濃度，以比較單一氣體污染物隨時(shí)間和溫度的變化趨勢(shì)。

2.4.2 水質(zhì)分析

固廢熱熔產(chǎn)生的廢水中有機(jī)碳通過(guò)TOCVCPH 總碳分析儀(Shimadzu，日本)測(cè)試，通過(guò)燃燒氧化非分散紅外吸收法進(jìn)行分析；廢水中的陽(yáng)離子采用Aquion 離子色譜儀(Dionox IonPac-CS12A 陽(yáng)離子色譜柱)測(cè)試，陰離子采用ICS－90離子色譜儀(IonPac-AS14 陰離子色譜柱)測(cè)試。

3 結(jié)果

3.1 水回收率與工藝參數(shù)

空間固廢平均含水約27%，要實(shí)現(xiàn)空間固廢資源的回收利用，首先需要獲取固廢中的水資源。 在空間條件下，能量主要通過(guò)太陽(yáng)能帆板提供，如何在有限能量條件下，實(shí)現(xiàn)固廢水回收率的最大化是實(shí)現(xiàn)空間廢水回收的一大難點(diǎn)。 考慮到水的沸點(diǎn)以及塑料的熔點(diǎn)，本文將固廢熱熔處理的溫度控制在120 ～170 ℃，通過(guò)改變溫度和時(shí)間，研究水回收率與工藝參數(shù)的關(guān)系以及限定功耗下水回收率的變化規(guī)律。

圖2 顯示了水餃、辣醬和濕巾3 種空間固廢的水回收率與溫度和時(shí)間的關(guān)系曲線。 圖2(a)可以看出，當(dāng)溫度在120 ～170 ℃時(shí)，水餃殘?jiān)鼰崛酆笏厥章孰S實(shí)驗(yàn)溫度的升高和實(shí)驗(yàn)時(shí)間的延長(zhǎng)而升高。 實(shí)驗(yàn)時(shí)間為40 min 時(shí)，不同實(shí)驗(yàn)溫度條件下初始水回收率在30%～65%；而當(dāng)實(shí)驗(yàn)時(shí)間大于200 min 后，水回收率隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，增量逐漸趨近于零，均小于7%。 水餃殘?jiān)鼧O限水回收率(最大值)與溫度密切相關(guān)。 當(dāng)溫度小于140 ℃時(shí)，水餃的水回收率最高不超過(guò)85%。 要實(shí)現(xiàn)85%以上的水回收率，實(shí)驗(yàn)溫度控制要高于150 ℃。 同時(shí)，要實(shí)現(xiàn)90%以上的水回收率，實(shí)驗(yàn)溫度要控制到170 ℃，此時(shí)其水回收率最高為91.22%(200 min)。

圖2 空間固廢在不同溫度和時(shí)間段的水回收率Fig.2 Water recovery rate of space waste at different temperatures and times

圖2(b)可以看出，水回收率均隨著實(shí)驗(yàn)溫度和實(shí)驗(yàn)時(shí)間增加而逐漸升高。 與水餃殘?jiān)鼰崛鬯厥章尸F(xiàn)象不同的是，辣醬殘?jiān)谳^低溫度(小于140 ℃)和在較短時(shí)間(小于120 min)時(shí)，水回收率隨著溫度和時(shí)間的變化增長(zhǎng)較快。 由于辣醬的孔隙率較低，水分被醬料覆蓋，在低溫初始加熱時(shí)，水分不易脫離醬料蒸發(fā)出來(lái)，當(dāng)加熱一定時(shí)間，水分蒸發(fā)向上匯集到一定水量后脫離醬料，則表現(xiàn)出了水回收率在低溫前120 min 內(nèi)的迅速增長(zhǎng)，而當(dāng)實(shí)驗(yàn)溫度大于140 ℃及實(shí)驗(yàn)時(shí)間大于120 min 時(shí)，水回收率的變化逐漸緩慢，水回收率增量逐漸趨近緩和，均小于2%。 還可以看出，要實(shí)現(xiàn)辣醬殘?jiān)?5%以上的水回收率，實(shí)驗(yàn)溫度控制要高于150 ℃。 同時(shí)，要實(shí)現(xiàn)90%以上的水回收率，實(shí)驗(yàn)溫度要控制到170 ℃，此時(shí)其水回收率最高為90.40%(200 min)。

圖2(c)可以看出，濕巾水回收率均隨著實(shí)驗(yàn)溫度和實(shí)驗(yàn)時(shí)間的升高而升高，在不同實(shí)驗(yàn)溫度條件下初始水回收率(40 min)均大于85%，當(dāng)實(shí)驗(yàn)溫度大于120 min 后，水回收率均大于90%，且水回收率的增量均趨近于零。 此外，在較低溫度和較短的時(shí)間內(nèi)水回收率就能達(dá)到85%以上，且在120 min 后各溫度段的水回收率均不出現(xiàn)明顯增長(zhǎng)，達(dá)到飽和狀態(tài)。 說(shuō)明濕巾中所含的水分在短時(shí)間內(nèi)易于蒸發(fā)回收，這主要由于濕巾主要成分是非紡織布和EDI 純水，非紡織布以聚丙烯樹(shù)脂為主要生產(chǎn)原料，由100%纖維組成，具多孔性，透氣性佳，而且濕巾組成結(jié)構(gòu)單一均勻，水分在非紡織布上附著力較弱，易于蒸發(fā)。

綜上分析，忽略具體的廢物種類，以實(shí)現(xiàn)80%以上的水回收率為目標(biāo)，整理具體實(shí)驗(yàn)溫度和實(shí)驗(yàn)時(shí)間等工藝參數(shù)，如表2 所示。 考慮到時(shí)間成本，以初始水回收率(40 min)大于40%為標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)驗(yàn)溫度范圍主要考慮140 ℃及以上溫度。從表2 可以看出，綜合實(shí)驗(yàn)規(guī)律以及低能耗要求，實(shí)現(xiàn)80%水回收率，考慮實(shí)驗(yàn)溫度控制在150 ℃及以上，所需時(shí)間最短為80 min；要實(shí)現(xiàn)水回收率85%，選擇溫度為150 ℃及以上，實(shí)驗(yàn)時(shí)間最短120 min，而要實(shí)現(xiàn)水回收率90%，實(shí)驗(yàn)溫度要大于170 ℃才能滿足要求。

表2 不同溫度下實(shí)現(xiàn)水回收率的時(shí)間分布Table 2 Time distribution of water recovery rate at different temperatures min

3.2 回收水水質(zhì)特性

空間固廢熱熔產(chǎn)生的廢水的水質(zhì)特性決定著水質(zhì)凈化處理的方式。 對(duì)廢水的pH、TOC 以及雜質(zhì)離子與工藝的關(guān)系展開(kāi)研究。 其中，雜質(zhì)離子包括NH、Ca、Mg、K、Na、SO、NO、Cl。從圖3 空間固廢在不同熱熔時(shí)間下回收水的pH值可知，水餃和濕巾回收廢水的pH 在7～8 之間，而辣醬的pH 在3.0 左右，是因?yàn)槔贬u中酸類化合物成分占22.36%，主要來(lái)源于烷烴類化合物的氧化或酯類物質(zhì)的水解。 國(guó)外研究了食品殘?jiān)?、紙巾、濕巾、包裝塑料、服裝等固廢，其廢水的pH 在3.1～9.4 間，其中食品中水果熱熔回收水的pH 為3.1，炒雞蛋熱熔回收水pH 為9.4，濕巾紙巾熱熔回收水的pH 為5.4。 不同食品種類的pH 差別較大，與此相比，本文結(jié)果與國(guó)外回收水pH 有相近之處也有不同。

圖3 空間固廢在不同溫度段回收廢水的pH 值Fig.3 Diagram of pH of waste water recovered from space solid waste at different temperature zones

圖4 顯示水餃、辣醬和濕巾3 種固廢在120～170 ℃溫度范圍內(nèi)實(shí)驗(yàn)4 h 后的廢水中TOC 的變化曲線。 可以看出，3 種固廢熱熔產(chǎn)生的廢水中TOC 含量隨著溫度升高而增加。 其中，濕巾熱熔產(chǎn)生的廢水中TOC 在120 ～140 mg/L 間，而水餃熱熔收集的廢水TOC 含量較高，最高達(dá)到664 mg/L； 辣 醬 熱 熔 廢 水 TOC 更 高， 為12 031 mg/L。 不同空間固廢的TOC 濃度差別較大，辣醬的TOC 為12 031 mg/L，是水餃的10 倍以上，是濕巾的100 倍。 國(guó)外固廢回收水的TOC濃度范圍在120～3450 mg/L之間，主要是食品熱熔瓶回收水的TOC 濃度高。

圖4 空間固廢在不同溫度段回收廢水的TOC 濃度圖Fig.4 Diagram of TOC concentration of waste water recovered from space solid waste at different temperature zones

圖5 顯示水餃、辣醬和濕巾3 種固廢在120～170 ℃溫度范圍內(nèi)熱熔后廢水中各離子的變化曲線。 其中離子濃度較高的離子隨著溫度的升高，離子濃度逐漸增加。 如水餃中的銨根離子和辣醬中的氯離子和硫酸根離子，其中銨根離子最高濃度為72.6 mg/L；辣醬中氯離子濃度超200 mg/L，隨溫度的升高濃度逐漸升高， 最高濃度為556.9 mg/L，主要由于辣醬中鹽分較高導(dǎo)致氯離子濃度較高。 而濃度較低的離子隨著溫度的變化沒(méi)有明顯變化規(guī)律，如其中Ca、Mg、K、Na、NO、Cl離子濃度均較低，小于6 mg/L；濕巾中各離子濃度均較低，小于10 mg/L。 國(guó)外固廢回收水中除銨根離子，氯離子和亞硝酸根離子濃度較高，其余離子濃度均低于25 mg/L，與本文的離子濃度規(guī)律相似。

圖5 空間固廢在不同溫度段回收廢水的離子濃度圖Fig.5 Diagram of ion concentration of waste water recovered from space solid waste at different temperature zones

3.3 氣體揮發(fā)特性

固廢熱熔加熱過(guò)程中會(huì)逸出有害氣體，會(huì)污染空間密封艙內(nèi)的環(huán)境并影響航天員的身體健康，因此必須對(duì)有害氣體進(jìn)行處理。 由于對(duì)不同有害氣體的凈化處理方式不同，本文采用氣質(zhì)聯(lián)用的方法對(duì)每種固廢在不同溫度、時(shí)間下的揮發(fā)規(guī)律開(kāi)展研究，以獲取揮發(fā)氣體種類和含量隨著時(shí)間和溫度的變化規(guī)律，為進(jìn)一步凈化處理奠定實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

對(duì)水餃、辣醬、艙內(nèi)工作服、濕巾、紙巾5 種固廢熱熔廢氣開(kāi)展了氣相色譜和氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用分析，對(duì)廢氣的組成開(kāi)展研究。 以水餃為例，圖6 顯示了水餃在實(shí)驗(yàn)溫度為170 ℃條件下的氣相色譜－質(zhì)譜圖，圖7 顯示溫度為120 ～170 ℃條件下水餃累計(jì)1 h 的氣相色譜－質(zhì)譜圖。 從圖中可以看出，熱熔廢氣中共檢測(cè)出包括烷烴、烯烴、醇、醛和硫化物等十幾種氣體污染物，其中，以二氧化碳(10.54)、二硫化碳(13.173)、戊烷(12.10)、2－甲基－丙酮(12.68)、乙醇(12.2)、對(duì)二甲苯(26.702)、正己烷(13.488)、2－甲基－丁醛(15.42)、3－甲基－丁醛(15.75)、己醛(22.43)、1－戊醇(20.76)和庚醛(28.63)等為主，這些氣體的峰面積占總量的98%以上。 國(guó)外固廢熱熔釋放的主要?dú)怏w有二氧化碳、乙醇、乙醛、二硫化碳、戊烷、2，3－戊二酮、2－丁醇等。

圖6 170 ℃水餃的氣相色譜質(zhì)譜圖Fig.6 Gas chromatography mass spectrum of dumplings at 170 ℃

圖7 水餃在不同溫度條件下累積1 h 的氣相色譜質(zhì)譜圖Fig.7 The accumulated 1 h gas chromatographic mass spectra of dumplings under different temperatures

根據(jù)峰面積占比，比較氣體隨溫度的變化規(guī)律，以及不同時(shí)間下氣體的釋放規(guī)律。 從圖8 中水餃在不同溫度下比較，160 ℃相對(duì)于120 ℃增加了二硫化二甲基、戊烷、二硫化碳和正己烷等4種氣體，且在280 min 的熱熔時(shí)間下隨時(shí)間的延長(zhǎng)先升高后降低。 水餃檢測(cè)到乙醇、戊烷、己醛、2-甲基-丁醛、3-甲基-丁醛、正己烷、一氧化碳和二氧化碳，大部分氣體濃度隨時(shí)間的延長(zhǎng)先升高后降低，在200～240 min 濃度最高。 其中乙醇主要存在于前80 min，正己烷在240 min 時(shí)開(kāi)始出現(xiàn)并一直持續(xù)到實(shí)驗(yàn)結(jié)束。

圖8 水餃在不同熱熔溫度和時(shí)間下氣體釋放分布圖Fig. 8 Diagram of gas release distribution of dumplings at different melting temperatures and times

由于氣體后續(xù)凈化方式不同，對(duì)不同氣體的變化規(guī)律分開(kāi)討論，其中一氧化碳在160 ℃溫度條件下才有明顯的氣體產(chǎn)生，實(shí)驗(yàn)前80 min 無(wú)明顯一氧化碳產(chǎn)生，在200 min 后一氧化碳濃度持續(xù)增加直至實(shí)驗(yàn)結(jié)束；二氧化碳隨時(shí)間的延長(zhǎng)先增加一定濃度直至實(shí)驗(yàn)結(jié)束。

圖9 為辣醬在不同熱熔溫度下氣體釋放分布圖，辣醬在不同溫度下釋放的氣體均含有醇類、醛類、一氧化碳和二氧化碳，與水餃釋放的氣體種類基本相同。 與水餃相比，辣醬產(chǎn)生的有機(jī)氣體規(guī)律與水餃相似，而無(wú)機(jī)氣體隨時(shí)間的變化則有差別。 產(chǎn)生的有機(jī)氣體主要有醇類和醛類，均隨時(shí)間的延長(zhǎng)先升高后降低，在80～160 min 內(nèi)濃度最高；無(wú)機(jī)氣體主要包括一氧化碳和二氧化碳，而一氧化碳的濃度在前200 min 持續(xù)產(chǎn)生氣體，在120 min時(shí)濃度最高，直到實(shí)驗(yàn)結(jié)束濃度降為0；二氧化碳則隨時(shí)間的延長(zhǎng)濃度一直降低。 國(guó)外研究的食品殘?jiān)械膿]發(fā)氣體主要有一氧化碳、二氧化碳、乙醛、丁醛和2－丁醇，且與本文一氧化碳的氣體釋放規(guī)律相近。

圖9 辣醬在不同熱熔溫度和時(shí)間下氣體釋放分布圖Fig.9 Diagram of gas release distribution of spicy sauce under different melting temperatures and times

從圖10 艙內(nèi)工作服在不同熱熔溫度下氣體釋放分布可以看出，與食品固廢比較，艙內(nèi)工作服增加了四氫呋喃氣體的產(chǎn)生。 在不同溫度條件下，艙內(nèi)工作服在低溫下更易產(chǎn)生醛類揮發(fā)性氣體，產(chǎn)生的有機(jī)氣體隨時(shí)間的延長(zhǎng)先升高后降低，而一氧化碳在各溫度段氣體釋放無(wú)明顯變化；120 ℃時(shí)二氧化碳在各時(shí)間段持續(xù)釋放，高溫下二氧化碳隨時(shí)間的延長(zhǎng)濃度逐漸降低。

圖10 艙內(nèi)工作服在不同熱熔溫度和時(shí)間下氣體釋放分布圖Fig.10 Diagram of gas release distribution of cabin clothes under different melting temperatures and times

從圖11 中濕巾在不同熱熔溫度下氣體釋放分布可知，不同溫度下比較，濕巾在高溫下增加了己醛氣體的釋放；與食品固廢和艙內(nèi)工作服相比，有機(jī)氣體種類大大減少，主要產(chǎn)生一氧化碳和二氧化碳。 一氧化碳在各溫度段持續(xù)釋放，二氧化碳濃度隨著時(shí)間的延長(zhǎng)先升高后降低。 而國(guó)外研究濕巾主要產(chǎn)生了2，3－戊二酮、乙醇和2－丁醇等氣體。

圖11 濕巾在不同熱熔溫度和時(shí)間下氣體釋放分布圖Fig.11 Diagram of gas release distribution of wipes under different melting temperatures and times

從圖12 紙巾在不同熱熔溫度下氣體釋放分布可知，紙巾相對(duì)于食品固廢揮發(fā)氣體種類較少，未產(chǎn)生二硫化二甲基、二硫化碳和正己烷。 在不同溫度條件下，相比于120 ℃，160 ℃時(shí)有己醛、2－甲基－丁醛、3－甲基－丁醛等3 種氣體的產(chǎn)生，且在120 min 下濃度最高，隨后濃度隨時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸降低。 紙巾中的大部分氣體濃度隨時(shí)間的延長(zhǎng)先升高后降低，乙醇產(chǎn)生主要出現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)前80 min；而一氧化碳的濃度較低，二氧化碳在各時(shí)間段釋放氣體量差別較小。

圖12 紙巾在不同溫度和時(shí)間下的釋放氣體分布圖Fig.12 Diagram of gas release distribution of tissues under different melting temperatures and times

4 結(jié)論

1) 120 ～170 ℃條件下，水餃、辣醬和濕巾固廢熱熔產(chǎn)生的廢水回收率均隨時(shí)間和溫度的增加而升高。 在能耗的限制下，實(shí)現(xiàn)水回收率85%溫度需150 ℃以上，實(shí)現(xiàn)水回收率90%，需選擇170 ℃以上的溫度。

2)固廢熱熔處理回收的廢水中，除辣醬的pH在3 左右，其他食品及個(gè)人用品固廢產(chǎn)生的廢水pH 在7 ～8 之間。 不同固廢種類回收廢水中的TOC 濃度差別很大，TOC 含量在120～12 031 mg/L之間，食品中的有機(jī)物含量最高。 同時(shí)，不同固廢熱熔產(chǎn)生的廢水TOC 濃度隨溫度升高而緩慢增加。

3)揮發(fā)氣體種類與固廢種類有關(guān)。 食品類固廢中釋放的有機(jī)揮發(fā)氣體包括醇類、醛類化合物；紙巾類釋放的主要揮發(fā)氣體為醇類和醛類等有機(jī)揮發(fā)氣體，服裝類主要釋放碳氧化物以及微量的有機(jī)氣體。 隨著溫度的升高，固廢熱熔產(chǎn)生的氣體種類以及有機(jī)揮發(fā)氣體的相對(duì)含量也有增加。

4)根據(jù)空間固廢熱熔處理水氣產(chǎn)生特性的研究結(jié)果，空間固廢廢水TOC 濃度較高，陰陽(yáng)離子的濃度也比較高，不適宜直接進(jìn)入空間水循環(huán)系統(tǒng)中進(jìn)行處理，或考慮航天固廢的選取；揮發(fā)氣體中包含大量的有機(jī)污染物，對(duì)不同種類的污染氣體需考慮不同的凈化方式，廢氣的產(chǎn)生規(guī)律可為后續(xù)的凈化方法的選擇提供依據(jù)。