食品废弃物（FW）的大量产生已成为全球面临的一大挑战。未经妥善处理的有机物进入填埋或焚烧，不仅会污染环境，也会加剧温室气体排放。FW中常混杂有塑料、骨头、蛋壳和筷子等杂质，这些杂质在增加废物管理难度的同时，也使得厌氧消化（AD）作为后端处理过程变得复杂而低效。本研究提出使用AD和热解分别处理FW预处理后的浆液和残渣部分，通过整合AD和热解，形成一种可持续的FW处理和高值化利用方法，并探讨其经济性和环境友好性。研究的主要发现如下： (1)首先，研究了各种杂质对FW热解油品质的影响。纯FW在400℃，加热速率20℃/分钟，持续20分钟条件下可凝结蒸气（热解油）达到最大产率37.52 wt.%。在此条件下，杂质的添加均会导致热解油产率降低，但聚丙烯塑料、蛋壳和骨头的加入可提高热解油有机部分的含量（从6.5 wt.%提升至10.7 wt.%）。不同杂质改变了热解油有机部分的烃类相对含量（范围为35.53%- 58.03%），其中聚丙烯塑料添加提高了烃类的选择性，而其它杂质则降低了这一选择性。引入活化生物炭(ABC)和氢氧化钾浸渍蛋壳（ESC）作为催化剂显著增加了芳烃和脂肪烃的产量，增加了热解油的热值（HHV），并降低含氮量。热解油中的元素组成分析表明该热解油具有作为常规液体燃料的潜在应用前景。 (2)基于第一部分中发现ESC的优异催化性能和对含氮化合物的去除效果，研究探讨了ESC作为催化剂对热解过程的促进作用。通过中心复合设计和响应面法，确定了热解的最佳条件为550℃和10% ESC浓度。与不加ESC相比，生物油中的烃含量从35.3 wt.%上升到了52.7 wt.%，氮含量从4.5 wt.%降低到2.3 wt.%。引入杂质后，最优的热解条件为602℃、16% ESC浓度和5%杂质，生物油最高产量可达50 wt.%，生物油质量变化不大。ESC的比表面积为8.7 m²/g，可能与提高热解效率有关。 (3)基于前期基础，提出了AD和热解联合处理系统（ADCo-Py）并在实验室规模测定了产率参数。该系统首先用物理压榨和筛分将FW分离为浆液和固体，分别通过AD和热解处理。液体部分的甲烷潜力较高（572.88 mL/gVSFW），但塑料杂质的引入降低了甲烷产量（294.37 mL/gVSFW）。在对热解油进行萃取分离低极性高热值的油类成分后，剩余的水溶态部分也表现出显著的甲烷生产潜力（542.31 mL/gVSFW）。同时，相较于未经固液分离的FW，固体部分热解产生的热解油中氮含量减少了64%。 (4)经济性和能耗评估发现，ADCo-Py在能量效率和经济收益方面显著优于独立AD、独立热解、以及AD-焚烧联合（ADCo-INC）。在优化条件下，ADCo-Py系统的净现值（NPV）为1477.5万美元，内部收益率（IRR）为34.48%，超过目前广泛使用的ADCo-INC。增加杂质含量会增加处理成本、减少经济收益，说明有效杂质管理对FW处理经济性的重要作用。 (5)最后，通过生命周期环境影响评价（LCA）全面地评估了ADCo-Py系统的环境影响。通过将ADCo-Py的环境影响与单独的AD、热解以及ADCo-INC进行比较，发现ADCo-Py（-1.726 kg CO2-Eq/kgFW）在减缓全球变暖潜力（GWP）方面优于ADCo-INC（-1.535 kg CO2-Eq/kgFW）以及单独的AD（-0.855 kg CO2-Eq/kgFW）或热解（-0.181 kg CO2-Eq/kgFW）。压榨预处理对GWP、生态毒性潜力（ETP）和酸化潜力（AP）的影响最大。ADCo-Py的两步预处理（包括压榨分离和干燥）显著提高了系统的环境可持续性，使其最优的系统。 |
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