生物质组成差异对生活垃圾厌氧产甲烷化的影响

采用批式实验,通过分析液相性质和产气过程,比较了生活垃圾中2 类主要的生物质组分(食物类废物和纤维类废物)及其不同含量在厌氧降解时甲烷生成过程的差异.结果表明,食物类废物累积产甲烷量远高于纤维类废物,其有机物的快速水解酸化,为快速产甲烷化提供了必要的底物.纤维类废物产甲烷速率相对较低,水解是其厌氧产甲烷化过程的控制步骤.生活垃圾的产甲烷量可以根据食物类废物和纤维类废物的比例推算而得,食物类废物含量越高,其累积产甲烷量越大.采用厌氧消化工艺有利于含食物类废物量高的垃圾的能量回收,而因食物类废物快速水解导致的液相挥发性有机酸积累是该工艺必须解决的关键性技术问题.     

循环消化液组成对固体废物厌氧水解的影响

蔬菜花卉类废物的两相厌氧消化过程中,为加速固相有机物的水解,通过调节循环消化液中水解液与甲烷化出水的流量比(分别为0:1,1:3,1:1,3:1)改变循环消化液的组成,比较了不同流量比下循环消化液组成对固体废物厌氧水解过程的影响.结果表明,流量比为1:3 时,水解效率最高.工艺运行9d 后,TOC 和TN 的溶出量分别为162.45 和15.21mg/g, TS、VS、C、纤维素和木质素的减量率分别达到60.66%、62.88%、58.35%、49.12%和43.43%;流量比会影响厌氧酸化代谢类型,低比例促进丙酸和乳酸生成,高比例促进丁酸生成.     

pH对厨余废物两相厌氧消化中水解和酸化过程的影响

通过间歇实验探讨了pH对厨余废物两相厌氧消化中水解和产酸过程的影响,详细考查了厨余废物在4个pH(pH =5 ,7,9,11)条件下的水解率、挥发酸(VFA)产量和速率、有机酸的组分和水解酸化产物的分配.实验结果表明,控制pH为7时,厨余废物具有更高的水解和酸化率,以水解酸化液体中TOC、COD与固液混合液中总COD、TOC比值表示的厨余废物水解率在实验第9d分别达到86%和82 % ,VFA浓度在实验第4d达到3 6g·L- 1 ,VFA产量是未调节pH时的2倍.在pH为7时,水解酸化产物中乳酸浓度相对较低,VFA中主要以丁酸和乙酸为主,丙酸很少.控制pH为7不但可以提高水解酸化效率,而且为后续产甲烷过程提供了更有利的基质,从而优化了厨余废物处理的两相厌氧消化工艺     

热碱处理污泥协同餐厨垃圾两相厌氧消化的特性

以热碱处理后的污泥和餐厨垃圾为原料,采用中温两相厌氧消化工艺,研究不同配比的污泥与餐厨垃圾的基质转化规律、产甲烷性能及系统稳定性等特性。结果表明:溶解性多糖及蛋白质在产酸阶段被大量消耗,二者去除率最高分别可达97.2%和70.4%,而餐厨垃圾比例占优的实验组,固态蛋白质溶出速率大于溶解性蛋白质水解速率。热碱污泥与餐厨垃圾混合厌氧消化的产气性能及稳定性明显得到提升,其中混合比例为2∶3的混合组产甲烷性能最佳,甲烷产率达261.6 mL/gVS,比单独餐厨垃圾消化组提升了29.6%,产甲烷过程中8 d实现了80%的甲烷产量,VS去除率最高达45.7%,产甲烷阶段VFAs/碱度小于0.2,系统稳定未出现酸化现象。     

厨余有机垃圾水解酸化动力学分析

水解酸化是厨余有机垃圾厌氧消化产甲烷的限速阶段,如何高效促进水解酸化已经成为生物质厌氧发酵亟待解决的问题。从反应动力学角度出发,利用两相厌氧消化工艺模型,通过计算分析,阐述了提高有机垃圾水解酸化速率的方法和手段。     

腐殖质对污泥厌氧消化的影响及其屏蔽方法

《巴黎气候协定》的签署意味着污水处理碳中和运行时代的来临,这就需要将剩余污泥尽可能最大程度地转化为可再生能源—甲烷(CH4).细胞破壁、木质纤维素破稳及腐殖质解抑制是提高污泥厌氧消化能源转化率的主要技术手段.相对于细胞与木质纤维素,腐殖质不仅结构更为复杂、自身难以生物降解,而且还会抑制其它有机物水解.虽然腐殖质亦有促进酸化、产氢/乙酸、产甲烷过程的微弱可能,但它对水解过程的抑制是肯定的、显著的、难以逆转的.因此,需要深入了解污泥中腐殖质来源、形成、结构及性质,综合分析它对污泥厌氧消化水解、酸化、产氢/乙酸、产甲烷阶段的各种影响,探讨消除腐殖质抑制水解过程的不同技术路径,重点描述外加金属离子对腐殖质的屏蔽作用.以期为提高污泥厌氧消化能源转化率制定可行的技术路线.     

热水解预处理剩余污泥的有机物分布及厌氧消化特性

研究了热水解后剩余污泥中有机物分布以及热水解对污泥厌氧消化效果的影响。剩余污泥经过热水解处理后,VSS含量从51. 0%降低至42. 7%,溶解性COD占总COD的比例从0. 5%提高至33. 5%;进一步厌氧消化时,总COD和VS降解率分别提高至35%和41%,甲烷产率提高至0. 25 L/g,累积甲烷产量比未热水解的污泥提高了101. 2%。脱水污泥液累积甲烷产量占热水解污泥甲烷产量的59%,是厌氧消化所产甲烷的主要来源,而脱水泥饼COD转化成甲烷的比例相对较低。根据剩余污泥热水解后液相和固相有机物的厌氧消化特性差异,提出了基于热水解的污泥厌氧消化工艺优化方案。     

厨余垃圾厌氧发酵失稳调控及微生物群落分析

针对厨余垃圾厌氧发酵过程中容易积累丙酸和丁酸导致反应体系酸化失稳的问题,驯化了富集耐丙酸和耐丁酸厌氧发酵菌群的接种菌泥,探究利用其对厨余垃圾干式厌氧发酵酸化失稳体系进行调控后对甲烷产量和微生物群落的影响.酸化失稳厌氧体系中添加耐丙酸菌泥调控后,与空白对照组相比反应体系中丙酸浓度削减6900.81mg/L,累积甲烷产量提...     

针铁矿强化剩余污泥与烟草废弃物厌氧发酵的研究

以剩余污泥和烟草废弃物为研究对象,探究了针铁矿对有机物厌氧消化产甲烷的影响.针铁矿投加能提高消化产气率至359.4mL/g,显著高于空白对照组.针铁矿有助于混合气体中甲烷含量的升高并减少CO₂的体积分数.针铁矿利于剩余污泥和烟草废弃物共消化过程有机物溶出,纤维素减量,从而为产甲烷古菌提供充足的消化底物.针铁矿利于酸化代谢过程,在针铁矿投加组中挥发性脂肪酸的最大产量仅为56.2mg/g,显著低于空白组,此外针铁矿促进丙酸的合成.针铁矿促进乙酸降解,在消化第1d,针铁矿投加实验组中乙酸降解率高达65.5%,较高于空白组中的56.6%.酶活性分析表明针铁矿促进水解,酸化及产甲烷过程关键酶.Methanothrix和Methanobacterium是产甲烷阶段重要微生物,454高通量测序表明针铁矿提高Methanothrix和Methanobacterium的相对丰度至59.6%和23.5%,显著高于空白对照组.     

镍及其螯合物对餐厨垃圾厌氧发酵影响的试验研究

采用氨三乙酸(NTA)强化Ni2+对餐厨垃圾的厌氧发酵效果,分析了有机底物水解、酸化、产甲烷等过程。在当NTA/Ni(摩尔比)为1的条件下,取得如下试验结果:累积生物气产量和甲烷含量分别达到765 m L和66.3%,为只投加Ni2+条件下的1.64和1.21倍;厌氧体系产生的挥发性脂肪酸浓度达到最大值3 800 mg/L,反应进行至20 d后的挥发酸(VFAs)浓度于降低至579.2mg/L,VFAs累积量低于其他反应容器;蛋白水解效果得到优化,溶解性蛋白浓度于第5 d达到最大值1 829.82 mg/L; NTA与Ni2+的协同作用更有利于含氮有机物的水解,氨氮浓度可提高至400～650 mg/L。     

近5年我国部分城市群生活垃圾特性

城市生活垃圾处理处置日益成为世界范围内一个普遍关注的问题,生活垃圾特性是终端处理方式选择的重要依据.从全国超30个城市共采集400余个生活垃圾样品,分析了垃圾的物理组成、污染物含量和热值等基础物化特性.并以深圳为例分析了采样时间和垃圾分类措施等对生活垃圾物化特性的影响.通过偏最小二乘法建立了垃圾组成与热值间的关联模型,并对模型进行了校验.结果表明,湿基中厨余类仍是垃圾中占比最高的组分,大多数样品的占比在40%～60%之间;可燃组成中橡塑类和纸类占比较高,分别在20%～30%和10%～20%之间;无机物占比通常不超过5%;垃圾含水率在50%～60%之间. 2019年实施垃圾分类后生活垃圾中厨余类占比明显降低,橡塑类占比增加,其他组分变化不大,垃圾热值得到一定的提升.生活垃圾中S、 Cl和N这3种污染元素的含量均在1%以下,其平均值规律为：N>Cl>S;垃圾样品中的Hg、 As、 Cr、 Cd和Pb含量随组分及采样时间没有明显的变化规律,垃圾中Pb、 Cr含量受到环境背景值的影响.模型分析发现橡塑类和垃圾水分是生活垃圾热值的主要影响变量,85.96%的样品实测值与预测值之间的偏...     

高含水率垃圾与污泥混合堆肥实验研究

采用好氧堆肥工艺处理高含水率城市生活垃圾和脱水污泥。高含水率垃圾(含水率≥65%)经过一段时间静置预处理,含水率降至55%左右,破碎筛分,取筛下物和脱水污泥进行好氧堆肥。结果显示预处理垃圾和污泥在质量比1～3之间时,堆肥过程可以达到卫生化和稳定化的处理要求,质量比为1时升温速度快,堆肥周期短,有较好的堆肥效果;回用部分处理后堆肥可以大大缩短堆肥启动时间。     

降解和压缩作用下城市生活垃圾的持水量变化

在自制的城市生活垃圾降解-压缩-渗流仪中开展了5组持水量试验,分别研究不同温度和逐级递增应力条件下新鲜高厨余垃圾的持水量随时间的变化,新鲜高厨余、新鲜无厨余和基本降解垃圾的持水量随应力的变化.试验结果表明：在恒定应力条件下,新鲜高厨余垃圾的持水量随时间呈指数下降,即MRC=a-b（1-exp（-ct^d））;在应力10kPa和室温（0～27℃）条件下,持水量下降较慢（c=0.003,d=1.18）;在应力10kPa和恒温（40±3℃）条件下,持水量下降较快（c=0.173,d=0.601）;应力从50kPa逐级递增至100kPa、200kPa和400kPa后,持水量分别瞬时下降3.0%、2.3%和1.9%;新鲜高厨余、新鲜无厨余和基本降解垃圾的持水量均随应力的对数呈线性下降,即MRC=m-n×lg（σ）;当应力从10kPa增大至400kPa时,新鲜高厨余、基本降解和新鲜无厨余垃圾的持水量分别从63.0%、46.5%和37.9%下降至46.0%、35.3%和30.4%.通过对比分析国内外持水量试验结果,揭示了在相同应力条件下新鲜垃圾持水量随厨余含量的增加而增大、不同组分老垃圾持水量基本相同的规律.分析了生化降解和应力压缩对新鲜高厨余垃圾持水量的影响机理,并提出了增大新鲜高厨余垃圾脱水速率和脱水量的工程建议.     

生活垃圾填埋过程含水率变化研究

为分析垃圾在好氧和厌氧条件下降解过程中含水率变化的规律,采用时域反射测量(time domain reflectometry,TDR)技术监测了垃圾填埋过程中含水率的变化情况.结果表明,填埋过程中垃圾体积含水率随时间逐渐增大,垃圾持水性能不断提高.好氧初期垃圾内水量变化与含水率变化正相关,好氧后期则为负相关;厌氧填埋过程中,垃圾沉降压缩是含水率变化的主要原因.垃圾TDR读数与基于物质衡算的垃圾体积含水率计算值之间有较好的相关性,好氧填埋过程两者最大偏差约为±5%,厌氧填埋过程两者最大偏差约为±2%,TDR技术适用于实际填埋工程的含水率测量.     

生活垃圾源头沥水的减量提质效应研究

针对我国生活垃圾厨余组分含量高、含水率高和热值低的特点,提出以降低厨余组分含水率为主要手段,实现生活垃圾源头减量和提质为主要目标的源头沥水和选择性分质收集模式.在苏州市两个居民小区进行了为期10个月的项目试点,监测结果显示,居民家庭采取源头沥水措施后,生活垃圾产生量减少6.47%,含水率降低2.23%,低位热值提高10.94%.生活垃圾源头沥水的减量提质效应良好,有助于提高后续焚烧及填埋处理设施运行效率和二次污染控制水平,降低运输及处理成本.     

1979~2016年中国城市生活垃圾产生和处理时空特征

改革开放以来,随着我国社会经济发展、居民生活水平提高,城市生活垃圾与日俱增,其妥善处理是我国各级政府面临的重要环境管理问题之一.本文通过系统收集和整理1979~2016年我国城市生活垃圾产生和处理的政府统计及相关中英文文献数据,分析了我国城市生活垃圾产生和处理的时空演变特征,建立了全国与各地区城市生活垃圾物理组分数据清单.研究结果表明：1979~2016年我国城市生活垃圾产生量显著增长至2016年的2.04亿t,以厨余类为主要成分.全国城市生活垃圾无害化处理率达到96.6%,无害化处理方式逐渐转向为焚烧为主、填埋补充的技术格局.我国各地区城市生活垃圾产生量、产生量增速、物理组分、无害化处理率和处理能力等存在时空差异,各地区应因地制宜,结合国家专项规划,提高生活垃圾减量化和资源化水平,弥补无害化处理缺口.     

CaO对城市生活垃圾原位水蒸气气化制备富氢燃气的影响

为高效资源化利用城市生活垃圾,提出了一种城市生活垃圾原位水蒸气气化制备富氢燃气方法. 在城市生活垃圾原位水蒸气气化过程中添加CaO,对CO₂进行高温吸收,促进H₂产生. 考察了n(Ca)/n(C)(CaO与垃圾原料中碳元素的摩尔比)、反应温度及垃圾含水率等因素对H₂产率以及气化特性的影响. 结果表明:随着n(Ca)/n(C)由0增至1.5,φ(H₂)和H₂产率(以w计)分别由25.89%、10.86g/kg增至45.90%、31.56g/kg;水蒸气的引入提高了CaO的碳酸化反应活性,促进了H₂的产生,但当含水率高于39.45%时,则会降低产气品质;反应温度高于750℃时,虽能强化城市生活垃圾、焦油的热分解等反应产生更多的H₂,但不利于CaO的碳酸化反应,最佳的操作温度为700～750℃;对固体残留物进行XRD和SEM分析可知,反应温度高于750℃会降低CaO的活性,不利于CaO对CO₂的吸收. 以CaO为添加剂的城市生活垃圾原位水蒸气气化制备富氢燃气是一种有效的城市生活垃圾资源化利用方式.      

Investigation of heavy metal partitioning influenced by flue gas moisture and chlorine content during waste incineration

The impact of moisture on the partitioning of the heavy metals including Pb,Zn,Cu and Cd in municipal solid waste (MSW) was studied in a laboratory tubular furnace.A thermodynamic investigation using CHEMKIN software was performed to compare the experimental results.Simulated waste,representative of typical MSW with and without chlorine compounds,was burned at the background temperature of 700 and 950°C,respectively.In the absence of chlorine,the moisture content has no evident effect on the volatility of Pb,Zn and Cu at either 700 or 950°C,however,as flue gas moisture increasing the Cd distribution in the bottom ash increased at 700°C and reduced at 950°C,respectively.In the presence of chlorine,the flue gas moisture reduced the volatility of Pb,Zn and Cu due to the transformation of the more volatile metal chlorides into less volatile metal oxides,and the reduction became significant as chlorine content increase.For Cd,the chlorine promotes its volatility through the formation of more volatile CdCl 2.As a result,the increased moisture content increases the Pb,Zn,Cu and Cd concentrations in the bottom ash,which limits the utilization of the bottom ash as a construction material.Therefore,in order to accumulate heavy metals into the fly ash,MSW should be dried before incineration.     

我国城市生活垃圾组分含水率及其特征分析

含水率是预测生活垃圾能源回收和渗滤液污染潜力的关键参数,对选择合适的生活垃圾处理技术有重要意义.根据各物理组分组成比例和组分含水率,估算混合生活垃圾含水率,是规划和设计生活垃圾处理设施时的重要方法.本文通过分析近年来的文献资料,提出适合我国生活垃圾特征的典型物理组分含水率数据清单;比较20个中国城市文献数据的模拟估算与实测结果,发现对大部分城市的估算误差在10%以内,远低于采用丹麦,美国等发达国家数据的估算误差.对比中国、丹麦和美国的组分含水率数据清单,发现我国生活垃圾中的纸类、织物、塑料、渣石等组分的含水率显著偏高,原因在于我国生活垃圾的食品废物含量高,混合收集过程中水分在组分间迁移所致.     

城市生活垃圾组分低温干燥特性及模型研究

对典型城市生活垃圾组分（废纸板、纺织物、瓜果皮和竹木）进行低温干燥实验,研究其在不同温度（40、50、60、70和80℃）下的干燥曲线、薄层干燥模型、有效水分扩散系数和干燥活化能,并构建了低温干燥模型.结果表明,各组分的干燥速率随温度升高不断增加,但增加的幅度逐渐下降;Modified Page模型能准确地描述4种组分水分比〉25%时的干燥特性;通过Fick第二定律求得废纸板、纺织物、瓜果皮和竹木这4种垃圾组分的有效水分扩散系数,其值分别为8.24×10-8～23.67×10-8、7.73×10-8～12.56×10-8、3.57×10-8～14.18×10-8和6.51×10-8～23.84×10-8m2.s-1;通过Arrhenius方程获得4种垃圾组分水分扩散的活化能依次为25.26、10.75、32.16和29.49 kJ.mol-1;对实际生活垃圾进行相似的干燥实验,发现Modified Page模型也可以很好地模拟实际生活垃圾的干燥过程,计算得到其有效扩散系数为6.78×10-8～18.65×10-8m2.s-1,干燥活化能为22.36 kJ.mol-1.