废物处理与综合利用 农业废物处理与综合利用

X712.05200701184生物质分类表征温度对蔬菜废物好氧降解过程的影响/邵立明…(同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室)∥环境科学学报/中科院生态环境研究中心.-2006,26(8).-1302~1307环图X-9通过对不同温度下蔬菜废物的好氧降解试验,研究了温度对蔬菜废物好氧降解过程的     

生物质分类表征温度对蔬菜废物好氧降解过程的影响

通过对不同温度下蔬菜废物的好氧降解试验,研究了温度对蔬菜废物好氧降解过程的影响.结果表明,温度对易降解蔬菜废物的降解有促进作用,50℃时叶菜皮第14 d有机物降解率高达60.2%,比其在37℃时第18 d降解率高9.9%;糖类降解率差异是其差距的主要来源,这主要是由于高温刺激了降解过程细菌的增殖.对于难降解蔬菜废物茭白壳,37℃时第18 d降解率为46.1%,比其在50℃时降解至第14 d时高9%;纤维素降解率差异是其差距的主要来源,这主要是因为中温有利于嗜温放线菌数量的增加.研究结果揭示了根据蔬菜废物生物质组成特征控制堆肥化过程温度,有利于改善蔬菜废物好氧降解程度.     

温度控制对蔬菜废物和花卉秸秆共堆肥的影响

以农业蔬菜和花卉废物为原料,进行了不同堆肥控制温度水平的共堆肥.试验在2m3的静态好氧床中试装置中,采用静态好氧工艺进行,研究分析了55℃,60℃,65℃3个温度控制水平下的废物减量化、底物降解、水分去除等的随时间的变化特征:总废物减量率分别为45.8%,63%和58.1%;有机质的降解率分别为23.4%、41.4%和23.8%;水分去除率分别为59.9%、79.1%和78%.60℃控温工艺的废物减量化效果最好,65℃次之,55℃最差;60℃控温工艺的底物降解能力最强,65℃和55℃工艺的底物降解效果相差不大;60℃和65℃控温工艺的水分去除能力最强,55℃条件下的水分去除能力较弱.     

高水分蔬菜废物和花卉废物批式进料联合堆肥的中试

以滇池流域典型农业废物蔬菜(西芹)和花卉废物(石竹)为原料,进行了2种配比的蔬菜废物和花卉废物联合堆肥的中试研究.堆肥一次发酵采用批式进料温度反馈通气量控制的静态好氧技术,发酵周期15d.对于西芹与石竹废物各占一半的堆肥试验,在一次发酵阶段,堆体温度在55℃以上保持10d,最高温度达65℃,可有效杀灭致病菌,堆体含水率从64.2%减少为46.3%,有机质含量从74.7%下降到55.6%,体积减少为原来的一半,pH值稳定在7左右.二次发酵采用周期性翻堆,自然腐熟,周期30d.对堆肥产物的腐熟度和养分分析表明,堆肥产物稳定性好,养分含量高.这表明,采用温度反馈通气量控制的静态好氧堆肥技术,蔬菜废物和花卉废物联合堆肥可以在45d内获得高质量的堆肥产品,将堆肥产品返还土壤能有效减少固体废物非点源污染、提高土壤肥力.     

4种粪便堆肥过程中抗生素的降解特性

饲料中抗生素的广泛使用导致了粪便中抗生素的大量残留,堆肥工艺可以降解残留的抗生素.本研究以蛆粪、鸡粪、猪粪和牛粪为对象,利用中试好氧堆肥装置,研究不同类型粪便的抗生素残留情况及其堆肥降解特性.结果表明,磺胺类、氟喹诺酮类、四环素类和大环内酯类是主要存在的抗生素类型,不同类型粪便其优势抗生素均不同.对各粪便堆肥中抗生素降解规律研究发现:氟喹诺酮类抗生素和土霉素在堆肥第7 d检出水平为0,降解速度最快;强力霉素在4种粪便堆肥中的降解幅度在85%以上;磺胺类抗生素在鸡粪、猪粪和牛粪堆肥中的降解幅度在80%以上,但是在蛆粪堆肥中的降解效果较差;大环内酯类抗生素仅存在蛆粪中,经堆肥其降解幅度为70. 79%.相关性结果显示,含水率和容重是影响4种粪便堆肥抗生素降解率最主要的环境因子.     

动态好氧堆肥模拟模型研究与应用

对动态好氧堆肥系统的物料和能量平衡进行了全面分析,建立了动态好氧堆肥模拟模 型,研制开发了混合物料系统好氧堆肥动态模拟计算机软件系统.运用生活垃圾与糖厂废渣联 合堆肥实验成果对模型进行了有效性检验,证明了模型的有效性.对云南省云县糖厂废渣和生 活垃圾联合堆肥在生产规模下的动态好氧堆肥工艺进行了模拟,得到了停留时间、反应器体 积、加水量、通气量等工艺参数.模型可以用于一种物料堆肥或多种物料混合堆肥系统的工 艺设计和运行控制.     

高水分蔬菜废物和花卉、鸡舍废物联合堆肥的中试研究

以滇池流域的典型农业废物蔬菜、花卉废物和鸡舍废物为原料,进行了不同配比的联合堆肥中试研究.一次发酵采用温度反馈通气量控制的静态好氧堆肥系统,二次发酵采用周期性翻堆自然腐熟.在一次发酵阶段,堆体温度在55℃以上保持至少3d,最高温度达73.3℃,可有效杀灭致病菌;堆体含水率从75%降低到56%,多余水分得到快速去除;有机质从65%降低到50%,pH值稳定在8.二次发酵后堆肥产物的腐熟度和养分分析结果表明,产物稳定性好,养分含量高.通过堆肥工艺的优化控制,蔬菜废物、花卉废物和鸡舍废物联合堆肥可以获得高质量的堆肥产品,废物还田能有效减少固体废物非点源污染、提高土壤肥力.     

人粪便好氧堆肥过程中典型抗生素的消减特性

以人粪便和锯末为试验材料,进行3种不同温度(55℃、35℃和无温控)控制条件下的好氧堆肥试验,对比温度对堆肥过程中4种人们大量应用的抗生素(四环素、金霉素、磺胺嘧啶和环丙沙星)消减特性的影响.同时分别对抗生素在水环境、锯末载体和人粪便加锯末堆肥中的降解进行针对性试验,分析人粪便好氧堆肥中影响抗生素降解的主要因素或作用,并对其贡献进行了评价.结果表明,4种抗生素在高温堆肥中的去除效果最好,其去除率都在90%以上.相比磺胺嘧啶和环丙沙星,金霉素和四环素的降解对堆肥温度依赖更强.四环素和金霉素在堆肥中的去除主要为水解作用导致的去除,而磺胺嘧啶和环丙沙星的去除则主要归因于锯末有机质对其吸附的影响.与其它3种抗生素不同,微生物作用对堆肥中环丙沙星降解的影响是重要的,贡献率接近20%.     

高水分蔬菜和花卉废物序批式进料联合堆肥的中试

以滇池流域典型蔬菜废物(西芹、白菜)和花卉废物(石竹)为原料,进行了序批式联合堆肥的试验研究.以西芹和石竹作为初始物料,控制初始混合物料的含水率在60%～70%,每隔4d添加一次白菜;采用温度反馈通气量控制的好氧静态堆肥技术,在堆体温度40℃左右时停止通风.试验分析了堆肥过程中堆体温度、通风速率、水分、pH值、有机质、灰分、体积、NH₄⁺-N,NO₃^--N等指标随时间的变化特征.结果表明:采用序批式进料、温度反馈通气量控制的静态好氧堆肥技术进行蔬菜和花卉废物联合堆肥可以有效控制堆肥过程,实现有机物料的快速稳定和去除水分,解决了滇池流域蔬菜废物量远大于花卉废物量时堆肥难以有效进行的技术难题.     

餐厨垃圾与水葫芦联合好氧堆肥生物质组分分类表征

为解决农村生活垃圾处理实践中存在的问题,并对水葫芦的堆肥化处理进行探索.利用自行设计的能量输入式高温好氧堆肥系统,以农村生活垃圾主要组成——餐厨垃圾及餐厨垃圾+水葫芦混合物料为堆肥化对象,测定与分析了堆肥化过程中温度、有机质的变化规律,并分类表征了总糖、还原糖、淀粉、脂肪、蛋白质5种生物质组分的演变趋势.同时,借助C/N比值、CEC/TOC比值的变化及GI指数评估了堆肥的腐熟度.研究表明,在外界环境温度小于8℃的情况下,与单一餐厨垃圾堆肥化处理相比,混合物料堆肥化升温更快(ld即达40℃,3d达52℃),处于高温堆肥化时间更长(8 d),堆肥无害化程度更高,有机质降解更迅速且降解程度高;而且,混合物料有助于提高总糖、还原糖、淀粉、脂肪与蛋白质5种生物质组分的降解水平.腐熟度评估结果表明,在约11d的堆肥化时间内,能量输入式好氧堆肥系统能够使单一餐厨垃圾堆肥达到基本腐熟,餐厨垃圾与水葫芦混合物堆肥达到完全腐熟.     

堆肥通风技术及进展

基于堆肥通风技术在堆肥过程中的重要性,文章系统综述了堆肥的通风方式、通风控制方式、通风速率等方面的国内外研究进展。被动通风方式适于我国农业废弃物的堆肥处理,城市有机垃圾堆肥选择强制通风反应器堆肥系统较为适合。通风控制方式的目的是优化堆肥过程,提高堆肥质量。时间通风控制方式和时间-温度联合通风控制方式得到了最为广泛的应用。通风速率直接关系到堆肥的运行能耗,但由于堆料成分不同和通风设计方法不同,堆肥系统所需的通风量或通风速率差异很大,这造成实践中堆肥系统的能耗差异较大。此外,论述了通风对堆体温度和堆肥中氮磷变化的影响。不同通风方式的堆体温度差异较大,通风会影响堆肥过程的氮、磷转化。     

餐厨垃圾堆肥理化特性变化规律研究

餐厨垃圾主要包括厨余和泔脚,二者的化学组成、物料结构以及初始微生物量均存在差异. 对厨余和泔脚分别与相同质量比的木屑混合堆制的一次好氧堆肥过程进行了比较研究. 结果表明,在相同好氧堆肥条件下,二者的特性变化不同:与厨余堆肥系统相比,泔脚堆肥系统初始水溶性w(C)/w(N)高,堆肥pH较低,高温持续时间长,CO₂释放率高,NH₃挥发少,氮素损失低,堆制后堆肥含氮量升高; 但泔脚一次堆肥所需时间偏长,应采取有效方法加速其堆肥进程. 厨余堆肥系统升温快,堆肥周期短, 但生物可利用碳的短缺造成系统氮素损失量大,可采用在厨余堆肥中添加适当碳源等措施来减少氮素损失.      

不确定性城市生活垃圾管理规划及其应用

通过对城市生活垃圾管理过程中的经济成本和环境影响分析,建立了机会约束区间不确定性线性规划模型(ICILP). 将该模型应用于北京市海淀区城市生活垃圾管理规划,并在不同违反概率下进行求解分析. 结果表明:处理设施容量约束的违反概率越大,焚烧和堆肥在垃圾处理中所占比例越大,但系统成本并未随之增加. 提出了海淀区新的城市生活垃圾处理方案,即在现有填埋处理的基础上增加焚烧和堆肥2种处理设施,使城市生活垃圾流量逐渐由填埋转向焚烧和堆肥. 该模型的优化结果虽然会在一定程度上导致系统成本的增加,但是填埋场的寿命被有效延长,并且达到了减小环境污染的目的,从长远的角度看是可行的.      

规范变换与误差修正结合的环境系统的前向网络和投影寻踪预测模型

为了建立适用于环境系统的结构简洁、形式统一、程序规范、应用普适的神经网络和投影寻踪回归预测模型,针对传统的神经网络和投影寻踪回归用于多因子、大样本预测建模,存在模型结构复杂、学习效率低的局限,提出设置环境系统预测量及其影响因子参照值和规范变换式的原则和方法,使规范变换后的影响因子皆"等效"于同一个规范影响因子,从而将多因子的的预测建模简化为等效规范因子的预测建模,使模型结构得到极大地简化,提高了学习效率;此外,为了提高预测模型的预测精度,还提出了对预测样本的模型输出值的误差修正公式.在对环境系统的预测量及其影响因子进行规范变换的基础上,将m个规范影响因子的每个建模样本组成m个"等效"训练样本,应用免疫进化算法优化模型参数,分别建立适用于环境系统的2个或3个规范影响因子的前向神经网络和投影寻踪回归两类预测模型;并依据误差理论,对误差修正公式修正后的模型预测精度的提高进行了严格的数学论证.将基于规范变换与相似样本误差修正相结合的两类预测模型,用于某市5个点位的SO_2浓度预测,并与6种传统预测模型和方法的预测结果进行了比较.结果表明:对同一个预测样本,同类模型的两种不同结构的的预测值及其相对误差都几乎完全相同或彼此相差甚小;此外,两种不同结构的两类预测模型用于5个样本预测,其相对误差绝对值的平均值分别为2.59%、2.67%;2.18%、2.62%,均远小于传统BP神经网络模型的25.72%、传统PPR模型的14.20%、传统SVR模型的22.13%、模糊识别模型的21.57%、组合算子模型的18.36%和多元回归模型的25.31%;而两类模型预测的最大的相对误差绝对值分别为4.11%和3.57%,更加远远小于传统的6种预测模型的37.18%、56.07%、27.40%、32.14%、38.38%和60.26%.实例分析结果证实了误差修正公式对提高模型预测精度具有切实可行性.基于规范变换与误差修正相结合的前向神经网络和投影寻踪回归两类预测模型不仅避免了"维数灾难",提高了学习效率和模型的预测精确度,而且具有简洁、普适、规范、统一和稳定的特点,对其他预测建模也有借鉴作用.     

Approach of technical decision-making by element flow analysis and Monte-Carlo simulation of municipal solid waste stream

This paper deals with the procedure and methodology which can be used to select the optimal treatment and disposal technology of municipal solid waste （MSW）, and to provide practical and effective technical support to policy-making, on the basis of study on solid waste management status and development trend in China and abroad. Focusing on various treatment and disposal technologies and processes of MSW, this study established a Monte-Carlo mathematical model of cost minimization for MSW handling subjected to environmental constraints. A new method of element stream （such as C, H, O, N, S） analysis in combination with economic stream analysis of MSW was developed. By following the streams of different treatment processes consisting of various techniques from generation, separation, transfer, transport, treatment, recycling and disposal of the wastes, the element constitution as well as its economic distribution in terms of possibility functions was identified. Every technique step was evaluated economically. The Mont-Carlo method was then conducted for model calibration. Sensitivity analysis was also carried out to identify the most sensitive factors. Model calibration indicated that landfill with power generation of landfill gas was economically the optimal technology at the present stage under the condition of more than 58% of C, H, O, N, S going to landfill. Whether or not to generate electricity was the most sensitive factor. If landfilling cost increases, MSW separation treatment was recommended by screening first followed with incinerating partially and composting partially with residue landfilling. The possibility of incineration model selection as the optimal technology was affected by the city scale. For big cities and metropolitans with large MSW generation, possibility for constructing large-scale incineration facilities increases, whereas, for middle and small cities, the effectiveness of incinerating waste decreases.     

有害废物堆肥技术及堆肥生态系统研究进展

介绍了现代堆肥技术的特点及发展，近年在堆肥生态系统的研究表明，除去在堆肥中起重要作用的微生物学过程及生物因子外，非生物因子的作用也不容忽视。影响微生物活性和对堆肥反应速率起作用的非生物因子有温度，水分含量，通风供氧，ｐＨ毒物初始浓度，有机质含量和碳氮比等。     

有机垃圾机械强化快速好氧发酵工艺参数优化

好氧发酵(堆肥)技术是实现有机固废无害化的重要手段,但传统自然堆肥技术发酵周期长、占地面积大、操作环境差等问题限制了该技术的广泛应用。以研发有机垃圾强化快速好氧发酵工艺为目的,通过筛选环境温度、微生物接种、辅料投加、搅拌通风频率等强化堆肥关键可控因素,系统研究各项参数对有机垃圾好氧发酵过程的影响。研究结果表明,提高环境温度(25 ℃),合理控制搅拌通风频率(每小时搅拌通风30 min),接种丰甜复合菌种,添加辅料等手段可有效缩短堆肥周期,提高发酵效率。该研究成果对机械强化快速好氧发酵设备的开发具有指导意义。     

纤维素分解菌和EM菌协同作用在有机废弃物堆肥中的应用

从堆肥、马粪、果园土、污泥等原料筛选出活性较高的纤维素分解菌，采用紫外诱变技术培育优良菌株。利用培育的纤维素分解菌、EM菌及两者的混合菌种作堆肥对比试验，通过对比堆肥过程中温度、微生物数量、出口气体浓度，证明堆料中接种微生物菌剂，可以提高有益微生物的群体数目和质量，使微生物群落之间相互协调，形成复杂而稳定的生态系统，从而增强微生物的降解活性，使堆肥温度迅速升高并维持较长的时间，提高堆肥效率。