農(nóng)林固體有機(jī)廢棄物壓縮成型研究進(jìn)展

張秀秀， 侯梅芳， 宋麗莉， 朱理立， 劉 愷

（1.上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院生態(tài)技術(shù)與工程學(xué)院，上海 201418；2.上海金開市政工程有限公司，上海 201206）

農(nóng)林固體有機(jī)廢棄物壓縮成型研究進(jìn)展

張秀秀1，2， 侯梅芳1， 宋麗莉1， 朱理立2， 劉 愷2

（1.上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院生態(tài)技術(shù)與工程學(xué)院，上海 201418；2.上海金開市政工程有限公司，上海 201206）

農(nóng)林固體有機(jī)廢棄物是很重要的生物質(zhì)資源，其質(zhì)地松散，壓縮可使分子間致密緊湊，節(jié)約空間，便于儲(chǔ)運(yùn)和加工利用.因此，有關(guān)農(nóng)林固體有機(jī)廢棄物壓縮成型技術(shù)與設(shè)備等方面的研究一直備受人們關(guān)注.簡要介紹了農(nóng)林固體有機(jī)廢棄物資源化利用類型及壓縮成型研究現(xiàn)狀，對(duì)壓縮成型原理及相關(guān)影響因素進(jìn)行了分析，針對(duì)使用比較廣泛的3種成型工藝即常溫壓縮成型、熱壓成型、炭化成型分別進(jìn)行了介紹，分析了不同類型壓縮成型設(shè)備的差異，總結(jié)發(fā)現(xiàn)有關(guān)農(nóng)林固體有機(jī)廢棄物收集、成型前處理、壓縮成型、后續(xù)深加工以及應(yīng)用專屬性評(píng)價(jià)等全過程管理與技術(shù)體系還不完善的地方，展望了今后壓縮成型技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì).

農(nóng)林固體有機(jī)廢棄物；壓縮成型；壓縮設(shè)備

農(nóng)林固體有機(jī)廢棄物作為主要的生物質(zhì)資源，是可再生能源、醫(yī)藥、有機(jī)肥料、飼料、建筑材料等非常重要的原材料.農(nóng)林固體有機(jī)廢棄物包括農(nóng)業(yè)固體有機(jī)廢棄物和林業(yè)固體有機(jī)廢棄物，其中農(nóng)業(yè)固體有機(jī)廢棄物包括植物性廢棄物、動(dòng)物性廢棄物和農(nóng)副產(chǎn)品加工剩余物，主要指作物秸稈、果殼、甘蔗渣、土豆渣等；林業(yè)固體有機(jī)廢棄物包括林業(yè)“三剩物”（采伐剩余物、造材剩余物、木材加工剩余物）和廢舊木質(zhì)材料，主要指枝椏、樹葉、樹皮、木屑、鋸末、廢舊木材制造品等.農(nóng)林固體有機(jī)廢棄物資源在我國年產(chǎn)至少11億t［1］，僅包括大宗作物的秸稈量就超過5億t［2］，其中2億多t被燒掉［3］.由于農(nóng)林固體有機(jī)廢棄物以散拋形式存在，具有資源分布離散的特點(diǎn)，其產(chǎn)生量巨大且總量不清、運(yùn)輸存儲(chǔ)不方便，嚴(yán)重制約了農(nóng)林固體有機(jī)廢棄物的大規(guī)模資源化利用，每年有大量的農(nóng)林固體有機(jī)廢棄物被棄置于自然環(huán)境或露天焚燒，既對(duì)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，又造成了資源的極大浪費(fèi).因此，有關(guān)農(nóng)林固體有機(jī)廢棄物壓縮成型技術(shù)與設(shè)備的研發(fā)，受到人們普遍關(guān)注.

1 資源化利用途徑

農(nóng)林固體有機(jī)廢棄物含有豐富的有機(jī)質(zhì)、營養(yǎng)元素、礦物質(zhì)等成分，其資源化利用途徑主要包括能源化、飼料化、材料化、肥料化與基質(zhì)化［4-5］；有學(xué)者總結(jié)為5F，即燃料（Fuel）、飼料（Fodder）、原料（Feed Stock）、纖維（Fiber）、肥料（Fertilizer），變廢為寶是實(shí)現(xiàn)農(nóng)林固體有機(jī)廢棄物資源化循環(huán)利用的重點(diǎn)［6-7］.

1.1 能源化

生物質(zhì)能源是可再生能源，《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展綱要（2006—2020）》以及各部委有關(guān)能源發(fā)展、生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展等戰(zhàn)略規(guī)劃中均對(duì)生物質(zhì)能源的發(fā)展提出了明確的目標(biāo).我國農(nóng)林固體有機(jī)廢棄物產(chǎn)量居世界前列，以年均5%～10%的速度遞增.直接燃燒、固化成型制作燃料棒、發(fā)酵產(chǎn)生沼氣、液化成生物油或生產(chǎn)燃料乙醇等為較常見的幾種農(nóng)林固體有機(jī)廢棄物能源化利用的途徑［8-9］.

1.2 飼料化

飼料的主要成分包括淀粉、糖、蛋白質(zhì)等，主要來源于農(nóng)作物.為緩解人畜爭(zhēng)糧矛盾，將農(nóng)林固體有機(jī)廢棄物飼料化，是實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向綠色、低碳及生態(tài)高值化循環(huán)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變的重要途徑［10］.常用的農(nóng)林固體有機(jī)廢棄物飼料化方法有微生物轉(zhuǎn)化、發(fā)酵、氨化處理等［11］.

1.3 材料化

由于農(nóng)林固體有機(jī)廢棄物含有豐富的各種營養(yǎng)成分和其他功能組分，使其成為潛在的各種功能食品、功能材料的重要原材料［12］.人們可從農(nóng)林固體有機(jī)廢棄物中提取蛋白質(zhì)、膳食纖維、礦質(zhì)元素等有益成分.農(nóng)林固體有機(jī)廢棄物也廣泛用于重金屬和有機(jī)廢水處理.同時(shí)農(nóng)林固體有機(jī)廢棄物還可加工成生態(tài)建筑材料、輕工業(yè)原材料、新型保溫材料、生物炭材料等［13-17］.

1.4 肥料化與基質(zhì)化

在當(dāng)前化肥與農(nóng)藥嚴(yán)重污染的形勢(shì)下，來源于農(nóng)林固體有機(jī)廢棄物的有機(jī)肥是改良土壤、促進(jìn)植物生長、保障農(nóng)產(chǎn)品安全和生態(tài)安全的重要物質(zhì)基礎(chǔ).農(nóng)林固體有機(jī)廢棄物可直接還田或堆肥發(fā)酵后施入土壤，還可直接作為基質(zhì)用于園藝園林植物栽培等領(lǐng)域［18-19］.

總之，農(nóng)林固體有機(jī)廢棄物量大、形散，在其大規(guī)模資源化高效利用過程中為便于儲(chǔ)運(yùn)和加工利用、節(jié)約空間，壓縮是農(nóng)林固體有機(jī)廢棄物資源化利用過程中常采用的有效手段，因此有關(guān)其壓縮成型技術(shù)與設(shè)備等方面的研究一直是研究的熱點(diǎn)［20-22］.

2 壓縮成型技術(shù)

針對(duì)大量農(nóng)林固體有機(jī)廢棄物帶來的空間、資源浪費(fèi)等問題，壓縮成型技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，主要集中在壓縮打捆、模壓成型等幾個(gè)方面［23-25］.美國于20世紀(jì)30年代研制了螺旋壓縮機(jī)；日本于50年代從國外引進(jìn)技術(shù)后進(jìn)行改進(jìn)；70年代后期，芬蘭、比利時(shí)、法國、德國、意大利等許多西歐國家也開始重視壓縮成型技術(shù)的研究.亞洲除日本外，泰國、印度、菲律賓等國家從80年代開始也都先后研制成了生物質(zhì)壓縮成型機(jī).我國從20世紀(jì)80年代開始先后對(duì)日本、荷蘭、比利時(shí)等國家的技術(shù)和設(shè)備引進(jìn)并且創(chuàng)新，在最早使用的螺旋式成型機(jī)的基礎(chǔ)上研發(fā)出液壓驅(qū)動(dòng)柱塞式成型機(jī)、機(jī)械沖壓式成型機(jī)等設(shè)備.國外模壓成型機(jī)設(shè)備自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)技術(shù)成熟.瑞士的Buhlwelwe公司、英國的UMT Andritz Group公司、丹麥的Sprout-Matador公司以及瑞典的Power Chippers AB公司等多采用模壓成型技術(shù)生產(chǎn)生物質(zhì)固體成型機(jī)，且成型機(jī)的關(guān)鍵部件壽命和生產(chǎn)率水平都達(dá)到了很高的水平，實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；蜕唐坊a(chǎn).而國內(nèi)研制開發(fā)的H M-485型環(huán)模式成型機(jī)關(guān)鍵部件壽命長、生產(chǎn)率高，已達(dá)到國際同類產(chǎn)品先進(jìn)水平.利用該技術(shù)工藝和設(shè)備已在北京市建成了年產(chǎn)2萬t的生物質(zhì)固體成型燃料生產(chǎn)線并投產(chǎn)運(yùn)行［26］.盡管我國在技術(shù)與設(shè)備上都有重大突破，但是對(duì)于壓縮成型技術(shù)研究起步較晚，技術(shù)還不夠成熟，在一定程度上影響了我國農(nóng)林固體有機(jī)廢棄物資源化利用進(jìn)程.

2.1 壓縮成型原理

關(guān)于農(nóng)業(yè)固體有機(jī)物料的壓縮，最早Rehkugler等［27］基于閉式壓縮過程的階躍加載，提出了包含影響壓縮過程眾多因素的物料壓縮流變模型；O’Dogherty等［28］則根據(jù)壓縮過程中物料的容積密度范圍提出相應(yīng)模型；Faborode等［29］將物料的初始密度加以考慮，其他學(xué)者則選用了不同的模型參數(shù)［30］.由于所處理的物料、壓縮模式以及環(huán)境條件等具有差異性，僅僅依靠幾個(gè)理想的力學(xué)元件（虎克體、圣維南體和牛頓體）和常見模型（Maxwell、Kelvin、Bugess和Peleg模型）還不夠，因此，這方面的研究一直備受人們關(guān)注［31-32］.目前大多數(shù)關(guān)于農(nóng)林固體有機(jī)物料的壓縮研究圍繞其塑形、彈性、黏彈性、流變性等方面的變化［33］，主要基于農(nóng)林固體有機(jī)物料是氣隙組合的認(rèn)識(shí)，比較適用于壓縮打捆過程模擬，而對(duì)于模壓成型等還需考慮物料各組分本身化學(xué)性質(zhì)的變化以及相應(yīng)的物料成型黏合力類型.就不同材料的壓塊／壓餅、模壓成型等壓縮過程而言，成型物內(nèi)部的黏合力類型和黏合方式可分成5類：①固體顆粒橋接或架橋（Solid bridge）；②非自由移動(dòng)黏合劑作用的黏合力；③自由移動(dòng)液體的表面張力和毛細(xì)壓力；④粒子間的分子吸引力（范德華力）或靜電引力；⑤固體粒子間的充填或嵌合［34］.

農(nóng)林固體有機(jī)廢棄物主要由纖維素、半纖維素、蛋白質(zhì)、淀粉、木質(zhì)素等組成［35-37］.在壓縮過程中，一方面蛋白質(zhì)與淀粉可塑化直接作為黏結(jié)劑［38］；另一方面隨溫度上升，木質(zhì)素會(huì)軟化、熔化充當(dāng)黏結(jié)劑［39］.研究表明，壓力作用或活化條件下蛋白質(zhì)、淀粉、木質(zhì)素等天然黏結(jié)劑使顆粒間產(chǎn)生固體橋接鍵合作用，在農(nóng)林固體有機(jī)廢棄物壓縮成型過程中發(fā)揮了重要作用［25，40-41］.農(nóng)林固體有機(jī)廢棄物壓縮成型的基本原理在于加壓條件下其木質(zhì)素、淀粉及蛋白質(zhì)等的膠黏作用、組織致密化等過程同時(shí)發(fā)生，使有機(jī)大分子物質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化［42］.

以農(nóng)作物秸稈平模壓縮成型為例［43］，其工作原理為將粉碎后的物料在一定壓力下，通過秸稈的塑性變形和自身的木質(zhì)素軟化而被壓縮成型.具體過程（見圖1）：供料區(qū)內(nèi)的物料在重力作用下緊貼在平模上，由壓輥將物料帶進(jìn)變形壓緊區(qū)，粒子間隙空氣被排出的同時(shí)粒子重排，被壓實(shí)的原料進(jìn)入擠壓成型區(qū)（?？椎腻F孔部分和前半部分都屬于擠壓成型區(qū)）；隨壓力增加，粒子發(fā)生變形和塑性流動(dòng)；同時(shí)由于壓輥和物料間的摩擦作用加劇而產(chǎn)生大量熱量，導(dǎo)致原料中的木質(zhì)素軟化，與纖維素聯(lián)合作用使生物質(zhì)逐漸成形；成型塊在擠壓作用下進(jìn)入模孔的保型段，產(chǎn)品被定型，保型一定時(shí)間后被擠出，旋轉(zhuǎn)的切刀將物料切斷形成顆粒，由掃料板將顆粒送出［］.

圖1 平模壓縮成型機(jī)示意圖Fig.1 Schematic diagram of flat die compression forming machine

綜合可知，壓力、溫度、物料成分及壓縮模式等因素均影響成型過程以及成型物料的性能，在文獻(xiàn)［44］中已有詳細(xì)報(bào)道.下面從不同壓縮成型工藝加以敘述.

2.2 壓縮成型工藝

2.2.1 壓縮打捆

為方便加工及貯運(yùn)，常對(duì)農(nóng)林固體有機(jī)廢棄物壓縮打捆［23］.壓縮方式主要有閉式壓縮和開式壓縮［45］（見圖2）.閉式壓縮為間歇式密閉容器內(nèi)壓縮，包括喂料、壓縮、排料3個(gè)過程，基于閉式壓縮的物料流變學(xué)研究較多；開式壓縮為流化床式壓縮，其成型阻力主要是容器壁對(duì)物料的摩擦阻力，便于田間機(jī)械化連續(xù)作業(yè)，在生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，但比閉式壓縮更復(fù)雜，具有動(dòng)力消耗大及捆繩易斷裂等問題，技術(shù)和設(shè)備研發(fā)難度更大.

農(nóng)林固體有機(jī)廢棄物多數(shù)為黏彈性材料，壓縮打捆后的物料密度會(huì)反彈，仍然存在堆積占用空間大、運(yùn)輸成本高、直接加工利用不方便的問題.因此，壓塊／壓餅是近年來常見的秸稈等農(nóng)林固體有機(jī)廢棄物深加工方法，打捆后的物料經(jīng)粉碎、均質(zhì)、壓塊、冷卻、打包即得到產(chǎn)品，具有壓塊密度高，營養(yǎng)損失少，貯運(yùn)方便等優(yōu)點(diǎn).

圖2 壓縮打捆的兩種方式Fig.2 Two ways of compressed bale

2.2.2 生物質(zhì)燃料壓縮成型

農(nóng)林固體有機(jī)廢棄物因富含有機(jī)質(zhì)，其可經(jīng)過加壓、加熱等方式由原先松散結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂兄旅芙Y(jié)構(gòu)的生物質(zhì)成型燃料［46］.目前使用比較廣泛的生物質(zhì)燃料成型工藝有常溫壓縮成型、熱壓成型、炭化成型3種.

（1）常溫壓縮成型.使用常溫壓縮成型工藝的成型設(shè)備沒有輔助的外部熱源裝置供給熱量.成型初期將原料浸水使之濕潤皺裂并部分降解，將其水分?jǐn)D出，在成型原料中加黏結(jié)劑攪拌混合均勻，然后壓縮為成型燃料，由于含水量較高，成型后需要烘干.模具與原料之間或粒子間存在較大摩擦所產(chǎn)生的熱量能軟化木質(zhì)素達(dá)到黏結(jié)的效果，根據(jù)需要可不添加或少量添加黏結(jié)劑［43，47］.有研究結(jié)果表明：常溫高壓致密成型時(shí)，含水率最好控制在5%～15%范圍內(nèi)，最高不能超過22%；壓力控制在15～35 MPa之間即可滿足存放、運(yùn)輸要求；秸稈類生物質(zhì)易成型，灌木由于原料本身纖維硬、韌性好而不易成型［48］.壓力對(duì)壓縮成型后的燃料熱值具有重要影響［49］.研究人員為了揭示生物質(zhì)成型過程中摩擦熱引起的溫度變化規(guī)律以指導(dǎo)生物質(zhì)成型機(jī)的設(shè)計(jì)，根據(jù)生物質(zhì)冷壓成型特點(diǎn)和傳熱學(xué)原理，建立了生物質(zhì)冷壓成型模具的摩擦熱分析有限元模型，對(duì)成型過程中成型模具的溫度場(chǎng)進(jìn)行了模擬［50］.

（2）熱壓成型.熱壓成型是目前普遍采用的農(nóng)林廢棄物質(zhì)壓縮成型工藝，生物質(zhì)原料在壓縮過程中使用外加熱源加熱，在150～300°C的高溫和高壓下使木質(zhì)素中的膠性物釋放出來，同時(shí)高溫加熱將原料軟化，一方面減少直接的擠壓動(dòng)力，另一方面在一定程度上提高了原料顆粒的流動(dòng)性，有效減少生物質(zhì)原料顆粒對(duì)模具的磨損，提高模具壽命.其工藝過程包括粉碎、干燥、加熱、壓縮、冷卻5步.熱壓成型技術(shù)根據(jù)原料被加熱的部位不同分為兩類：非預(yù)熱熱壓成型工藝和預(yù)熱熱壓成型工藝.兩者不同之處在于預(yù)熱熱壓成型工藝在原料進(jìn)入成型機(jī)之前對(duì)其進(jìn)行預(yù)熱處理.實(shí)際應(yīng)用中非預(yù)熱熱壓成型工藝占主導(dǎo)地位，但是此成型工藝部件磨損嚴(yán)重，有關(guān)研制單位試用原料在進(jìn)入成型機(jī)之前對(duì)其進(jìn)行預(yù)熱至100°C左右，以減輕磨損［51］，同時(shí)縮短了加熱段的長度.

（3）炭化成型.炭化是指有機(jī)物通過熱解而導(dǎo)致含碳量不斷增加的過程［52］.根據(jù)工藝流程不同，炭化成型工藝可分為先炭化后成型和先成型后炭化2類.先炭化后成型工藝是先將生物質(zhì)原料炭化成粉粒狀木炭后再壓縮成型，其工藝流程包括粉碎、原料除雜、炭化、添加劑、擠壓成型和干燥.先成型后炭化工藝將壓縮成型和熱解炭化有機(jī)結(jié)合，采用柱塞式壓縮成型機(jī)壓縮成具有一定密度和形狀的燃料棒，柱塞將物料沿著壓縮套筒推入熱解筒內(nèi)，通過加熱將物料炭化得到成型產(chǎn)品［53］，其工藝流程包括原料粉碎、干燥、成型、炭化和冷卻.

各成型工藝的優(yōu)缺點(diǎn)及適用的成型技術(shù)介紹［54］如表1所示.應(yīng)根據(jù)物料的特性、加工使用的目的及現(xiàn)場(chǎng)條件等選擇合適的工藝及設(shè)備進(jìn)行農(nóng)林固體有機(jī)廢棄物壓縮成型.

2.3 壓縮成型設(shè)備

目前世界各地研制生產(chǎn)的農(nóng)林固體有機(jī)廢棄物壓縮成型機(jī)械設(shè)備按照機(jī)械作用原理的不同分為3類：螺旋壓縮成型設(shè)備、活塞壓縮成型設(shè)備和模壓成型式設(shè)備.根據(jù)原動(dòng)力不同，活塞壓縮成型設(shè)備分為機(jī)械驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)活塞壓縮；根據(jù)壓模結(jié)構(gòu)的不同，模壓成型設(shè)備分為平模成型機(jī)和環(huán)模成型機(jī).表2所示為各類燃料成型設(shè)備的綜合比較［59］.

2.3.1 螺旋壓縮成型設(shè)備

螺旋壓縮成型設(shè)備最早是由美國開發(fā)研制并實(shí)際應(yīng)用的.成型原料由落料口落入壓縮成型機(jī)械，被錐形螺桿螺旋推動(dòng)進(jìn)入橫截面積漸漸變小的壓縮成型筒，成型物料在錐形螺桿和壓縮成型筒的雙層作用下而成型，再經(jīng)過一段應(yīng)力松弛段，被推出螺旋壓縮成型機(jī)械，成為成型物料.螺旋式成型機(jī)體積小、造價(jià)低、運(yùn)行平穩(wěn)、生產(chǎn)連續(xù)，生產(chǎn)成型燃料棒密度一般都能達(dá)到1.1～1.4 g／cm3，質(zhì)量均勻，易燃，可進(jìn)一步加工成炭化燃料，這使螺旋壓縮成型機(jī)在我國和很多東南亞國家成型機(jī)市場(chǎng)中占主導(dǎo)地位.但其原料含水率要求高，增加了烘干成本，同時(shí)原料粉碎化程度要求高，增加了粉碎成本；錐形螺桿磨損嚴(yán)重，使用壽命短［55］，造價(jià)高；單位產(chǎn)品能耗高，生產(chǎn)效率低，難以實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn).

表1 成型工藝的優(yōu)缺點(diǎn)及適用的成型技術(shù)Tab.1 The advantages and disadvantages of the forming technology and applicable forming technology

2.3.2 活塞壓縮成型設(shè)備

為了避免錐形螺桿干摩擦損耗，我國又開發(fā)出了活塞壓縮成型設(shè)備.機(jī)械驅(qū)動(dòng)活塞壓縮依靠存儲(chǔ)于飛輪中的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能壓縮成型原料；液壓驅(qū)動(dòng)活塞壓縮裝置成型工藝較復(fù)雜，粉碎后的原料需經(jīng)過垂直液壓油缸和水平液壓油缸的2次預(yù)壓后被推入成型套筒，物料由沖桿不斷推擠，生產(chǎn)出生物質(zhì)棒狀成型燃料.

與螺旋壓縮成型機(jī)相比，活塞壓縮成型機(jī)明顯改善了成型部件磨損嚴(yán)重的現(xiàn)象，使用壽命提高，單位產(chǎn)品能耗下降.但機(jī)械驅(qū)動(dòng)成型設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在較大震動(dòng)負(fù)荷，機(jī)械運(yùn)行不穩(wěn)定且噪音劇烈，潤滑油污染較嚴(yán)重，使其推廣和應(yīng)用都有一定困難.液壓驅(qū)動(dòng)成型設(shè)備則避免了機(jī)械驅(qū)動(dòng)成型設(shè)備的上述缺點(diǎn)，但是液壓驅(qū)動(dòng)成型密度偏低，設(shè)備占地面積較大，且液壓機(jī)械行程大，不能連續(xù)生產(chǎn)，導(dǎo)致液壓活塞壓縮裝置生產(chǎn)率不高，市場(chǎng)化效益低.

2.3.3 模壓成型設(shè)備

目前使用的模壓成型式設(shè)備主要用于生產(chǎn)顆粒狀成型燃料，模壓成型機(jī)的基本工作部件由壓輥和壓模組成，其中壓輥可以繞自己的軸轉(zhuǎn)動(dòng)，壓輥的外周加工有齒或槽用于壓緊原料而不至于打滑，壓模上加工有成型孔.原料進(jìn)入壓輥和壓模之間，在繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的壓輥的作用下被壓入壓模上的成型孔內(nèi)，最后用切刀將從成型孔內(nèi)壓出的原料切成顆粒狀成型燃料.成型過程一般不需要外部加熱，可根據(jù)原料狀況添加少量的黏結(jié)劑.

表2 成型設(shè)備綜合比較Tab.2 The comprehensive comparison of the forming equipment

（1）環(huán)模成型機(jī).環(huán)模成型機(jī)是目前使用最為廣泛的機(jī)型，壓模為環(huán)形.環(huán)模成型機(jī)產(chǎn)量大，耗電少，自動(dòng)化程度高，對(duì)原料的含水率要求較寬，適于規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化發(fā)展.但是環(huán)模壓輥磨損嚴(yán)重，存在設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性差、產(chǎn)品密度低、故障率高、難以保證連續(xù)作業(yè)等問題［56］.為了確定環(huán)模式成型機(jī)壓縮水稻秸稈最佳的成型工藝參數(shù)，陳樹人等［57］以水稻秸稈為原料，利用9JYK-2000A型環(huán)模式成型機(jī)進(jìn)行壓縮成型，結(jié)果表明：當(dāng)參數(shù)組合含水率為17.5%～27.1%、成型溫度為81.9～88.1°C、磨輥間隙為2.49～3.78 mm、主軸轉(zhuǎn)速為157.6～186.5 r／min條件下，成型壓塊的松弛密度大于1.0 g／cm3，成型壓塊的抗破碎性大于65%.王春華等［58］驗(yàn)證了在壓輥半徑與環(huán)模半徑的最優(yōu)比為0.4時(shí)，生產(chǎn)率達(dá)到最高值為2.28 t／h，成型機(jī)的機(jī)械效率達(dá)到85.82%.

（2）平模成型機(jī).平模成型機(jī)壓模為平面，壓制室空間較大，可采用大直徑壓輥，能將體積大、纖維長的原料粉碎成型.另外，平模成型機(jī)結(jié)構(gòu)簡便，壓力可調(diào)，產(chǎn)量穩(wěn)定，并且模具正反兩面都可以使用.但是平模成型機(jī)受模具限制，產(chǎn)量低于環(huán)模顆粒成型機(jī)，耗電多，相比之下難以進(jìn)行規(guī)模化生產(chǎn).

3 結(jié) 論

農(nóng)林固體有機(jī)廢棄物壓縮成型可有效節(jié)約空間，便于其運(yùn)輸和貯藏.當(dāng)前農(nóng)林固體有機(jī)廢棄物壓縮成型主要集中在壓縮打捆、壓塊／壓餅、模壓成型等幾個(gè)方面.壓力作用下，農(nóng)林固體有機(jī)廢棄物松散結(jié)構(gòu)中的氣隙首先被擠壓，物料結(jié)構(gòu)重排，進(jìn)一步施加壓力，在摩擦致熱、外源加熱等作用下物料中木質(zhì)素、纖維素、淀粉、蛋白質(zhì)等天然黏結(jié)劑發(fā)揮膠黏作用，同時(shí)物料塑性流變性質(zhì)表現(xiàn)明顯，促進(jìn)物料壓縮成型.目前存在的問題及展望如下：

（1）技術(shù)與設(shè)備研究多集中在秸稈等含水量低于40%的農(nóng)林固體有機(jī)廢棄物制備生物質(zhì)燃料方面，而對(duì)于含水量高于40%的廢棄大田蔬菜及廢棄水果等的處置技術(shù)和設(shè)備缺乏，若將廢棄蔬果等高含水量廢棄物進(jìn)行壓縮除汁的預(yù)處理，能有效防止腐爛蔬果造成的環(huán)境污染和空間浪費(fèi)，并將能進(jìn)一步合理利用有機(jī)廢棄物資源.

（2）農(nóng)林固體有機(jī)廢棄物富含豐富的營養(yǎng)物質(zhì)和功能成分，如何在壓縮成型的過程中對(duì)其有效保藏和加工再利用提供保障，將是未來農(nóng)林固體有機(jī)廢棄物資源化利用工程技術(shù)領(lǐng)域急需解決的關(guān)鍵技術(shù).

（3）有關(guān)不同類型農(nóng)林固體有機(jī)廢棄物收集、成型前處理、壓縮成型、后續(xù)深加工以及應(yīng)用專屬性評(píng)價(jià)等全過程管理與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系還不完善，需從管理、技術(shù)及設(shè)備等不同方面進(jìn)行探索和集成.

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（編輯 俞紅衛(wèi)）

Research Progress on the Densification and Formation of Agricultural and Forestry Solid Organic Wastes

ZHANG Xiu-xiu1，2， HOU Mei-fang1， SONG Li-li1， ZHU Li-li2， LIU Kai2
（1.School of Ecological Engineering，Shanghai Institute of Technology，Shanghai 201418，China；2.Shanghai Jinkai Municipal Engineering Co.，Ltd.，Shanghai 201206，China）

The agricultural and forestry solid organic wastes（AFSOWs）are the important biomass resources.Densification forming can make the loose AFSOWs into the formed and compacted biomass，which is helpful for their storage，transport，post-processing and utilization.Thus，the research on the densification forming technology and equipment has attracted much attention for processing the AFSOWs in recent decades.The research status of different densification forming technologies was reviewed.The principles and techniques of the densification forming were discussed.The densification forming technology at room temperature，hot-press forming and carbonization forming were widely used and introduced respectively.The differences among various types of the densification forming equipment were analyzed. The results showed that the whole process for the utilization of the AFSOWs included the collection，preforming treatment，the densification forming，post-process and evaluation for special application.It could be seen that the system of management and technology for the whole process needed to be improved.The prospects for the development of the densification forming technology for treatment of the AFSOWs wereprovided.

agricultural and forestry solid organic wastes；densification forming；densification equipment

S 727.4

A

1671-7333（2015）01-0067-07

10.3969／j.issn.1671-7333.2015.01.012

2014-07-08

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（41171250，20907011）；中國科學(xué)院土壤環(huán)境與污染修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金資助項(xiàng)目（2010-07）；上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院引進(jìn)人才基金資助項(xiàng)目（YJ2013-16）

張秀秀（1989-），女，碩士生，主要研究方向?yàn)樯镔|(zhì)資源化利用及裝備研究.E-mail：1320013533＠qq.com

侯梅芳（1976-），女，教授，博士，碩士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)檗r(nóng)林環(huán)境修復(fù).E-mail：mfhou＠sit.edu.cn