《Renewable Energy》：High-Performance Solid Recovered Fuel from Food Waste Digestate and Bamboo Powder: Mechanistic Insights into Structural Reinforcement and Combustion Stability
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本研究通过将食品废渣消化物（FD）与竹粉（BP）共制粒，优化温度和压力条件，有效提升了燃料的热值和燃烧稳定性。FD/BP=5:5时热值达13.3 MJ/kg，燃烧温度降低且污染物排放减少，灰渣特性改善。该技术为FD资源化利用提供了新路径。
Xuan-Xin Chen|Zhi-Yi He|Yun-Yan Gao|Hao Zhang|Hou-Feng Wang|Raymond Jianxiong Zeng
福建省土壤环境健康与调控重点实验室，福建农林大学资源与环境学院，中国福建省福州市350002
摘要
食品废弃物消化物（FD）是厌氧消化的副产品，虽然具有资源潜力，但由于水分含量高、热值低和灰分含量高，直接焚烧存在困难。本研究探讨了将FD与竹粉（BP）共同制成颗粒，以生产稳定且能量密度高的燃料。FD和BP的混合比例从90:10到50:50不等，并在120°C和120 MPa的条件下进行造粒。添加BP后，颗粒结构得到改善：当FD/BP = 5:5时，抗压强度提高了120%以上，磨损损失降至1%以下，同时储存稳定性也得到了提升。燃料的高热值（HHV）增加了30.3%，达到13.3 MJ/kg。热重分析显示协同效应显著：着火温度和燃尽温度分别降至277°C和542°C，燃烧指数达到5.07 × 10-7。气体分析表明，在较高BP含量下，CO2排放量略有增加，但CO氧化更完全，NO排放量减少。灰分特性分析显示，Si/Al比例较高且碱基与酸的比例较低，使得熔融温度超过1300°C，从而增强了抗结渣性能。总体而言，FD/BP共造粒工艺将消化物转化为耐用、能量丰富的燃料，燃烧性能和抗结渣性能得到提升，为废弃物资源化提供了有前景的途径，但仍需进一步的小规模试验验证和TEA/LCA评估。
引言
随着城市化进程加快和人口持续增长，食品废弃物的产生量迅速增加，这对全球的城市固体废物管理系统构成了重大挑战[1],[2]。食品废弃物的厌氧消化（AD）已被广泛用于回收沼气[3],[4]。其副产品——食品废弃物消化物（FD）仍富含有机物和营养物质（尤其是氮、磷和钾），因此既具有资源潜力，也带来环境风险[5],[6]。与其他典型有机废弃物（如消化污泥或动物粪便）相比，FD存在水分含量高、热值低和灰分含量高的缺点[7],[8]。此外，FD容易积累持久性有机污染物和病原体[9]，如果管理不当，可能导致渗滤液污染[10]和温室气体排放[11]。这些挑战促使许多国家制定了更严格的法规，加速了寻找能够同时实现减量、无害化和增值利用的替代技术的进程[12],[13]。
目前，FD主要通过填埋、土地施用和焚烧处理。由于土地限制以及资源回收和卫生效果不佳，中国及其他国家的填埋方式受到越来越严格的限制[8]。虽然土地施用可以回收养分，但重金属和有机污染物进入食物链的风险严重阻碍了其大规模应用[14]。焚烧仍然是主要的处理方式，但FD的高水分含量和低热值需要耗能的脱水过程来维持燃烧稳定性。此外，高灰分含量和碱金属盐会导致结渣、腐蚀和污染物排放增加[15]。因此，单独焚烧FD在经济上不可行，也不环保，亟需改进燃料质量和燃烧稳定性的策略。
近年来，将低品质有机废弃物与高热值生物质共处理以生产固体回收燃料（SRFs）已被证明能有效改善燃料性能和排放特性[16],[17]。竹子作为一种快速生长的生物质，具有高热值（18–20 MJ·kg-1）和低灰分含量的优势。其纤维素、半纤维素和木质素在热压实过程中起到天然粘合剂的作用，显著提高了颗粒密度、抗压强度和燃烧稳定性[18],[19]。先前的研究表明，将竹粉（BP）与污泥或秸秆共热解可将活化能降低约15%[20]，从而改善燃烧性能。其他研究还强调了BP作为粘合剂在提高煤砖强度和热效率方面的作用[21]。因此，将FD与BP混合处理（BP同时起到粘合剂和能量补偿剂的作用）为大规模FD处理提供了有前景的方法，有助于提高能源回收效率和燃料产品质量。
基于这些考虑，本研究提出了一种通过将FD与BP共处理来生产高性能燃料颗粒的技术路线。通过系统实验优化了关键造粒参数（如温度和压力），并全面评估了BP添加对颗粒物理强度、能量密度、热重行为、气体排放和灰分熔融特性的影响。研究结果旨在为FD的燃料资源化提供新的见解和实证数据，为城市环境中的食品废弃物资源化和低碳能源系统提供可行的技术解决方案。
实验材料
实验材料
本研究使用的食品废弃物消化物（FD）来自中国福建省福州市的一家厨房废弃物处理设施。脱水后，消化物的水分含量低于60%。竹粉（BP）在当地采购。干燥样品的基本性质列于表1中，食品废弃物消化物和竹粉中的重金属含量见表S1。使用单一来源的原料是为了
造粒参数优化：温度和压力对颗粒结构密度的影
通过系统优化造粒温度和压力，研究了FD和BP混合物转化为颗粒燃料的过程。选择FD和BP的质量比为1:1的混合物作为代表性样本，以评估这些参数对颗粒形成性能的影响。
图1展示了成型温度和压力对FD/BP燃料颗粒形成质量的影响。结果表明，将温度从80°C提高到120°C显著
讨论
本研究系统评估了利用食品废弃物消化物（FD）和竹粉（BP）生产燃料颗粒的可行性，涵盖了物理密度、燃烧行为和高温结渣特性，阐明了协同机制和最佳工艺路径。结果表明，添加BP可以缓解FD颗粒的固有局限性，包括低热值和结构稳定性差等问题
结论
本研究系统评估了由食品废弃物消化物（FD）和竹粉（BP）制备的燃料颗粒的物理和燃烧性能，阐明了它们的协同机制和性能优势。将FD与BP混合处理显著提高了颗粒的高热值（HHV），当FD/BP = 5:5时，热值提高了30.29%，有利于能源回收和燃料利用。FD/BP = 6:4和5:5的颗粒表现出适中的体积
作者贡献声明
Hou-Feng Wang：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，监督，项目管理，资金获取，数据管理，概念构思。Raymond Jianxiong Zeng：撰写 – 审稿与编辑，监督，资金获取。Yun-Yan Gao：数据管理。Hao Zhang：数据管理。Xuan-xin Chen：撰写 – 原稿，数据可视化，数据分析，数据管理。Zhi-Yi He：撰写 – 原稿，
利益冲突声明
? 作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
作者感谢国家自然科学基金（52270120）和拉萨科技计划项目（LSKJ202543）的财政支持。
