城市餐厨垃圾前处理的工艺优化

为提高餐厨垃圾资源化,利用自动化分选设备组合处理餐厨垃圾,考察餐厨垃圾快速减量化和资源化的可行性,对自动化分选前后餐厨垃圾成分进行分析,发现分选前其总量为243.05 t·d~(-1),TS为12.69%,VS为93.26%,分选后总量为242.00 t·d~(-1),TS为10.97%,VS为91.93%,其有机物含量稳定,利于厌氧发酵处理的工艺控制;对分选后餐厨垃圾进行厌氧发酵处理,考察其pH和NH_4~+-N变化,发现反应初期pH值出现弱酸性,NH_4~+-N浓度较低;随着反应进行,pH稳定在7.6~7.8,NH_4~+-N浓度约为1 200 mg·L~(-1)左右。最后对厌氧发酵产气量进行考察发现,反应前期受到pH、NH_4~+-N以及温度等反应条件影响,产气量和甲烷含量较低;随着实验趋于稳定,产气量为22 000 m3·d~(-1)左右,甲烷含量范围在65%~72%。结果表明,使用新型餐厨垃圾预处理设备,其分选效率较高,能提高后续厌氧发酵产气量和甲烷含量,较大程度实现餐厨垃圾资源化。     

烷基多苷对餐厨垃圾干式厌氧发酵的影响

近年来,餐厨垃圾厌氧发酵生产挥发性脂肪酸(VFA)得到广泛的研究,水解反应是餐厨垃圾厌氧发酵的限速步骤。利用生物表面活性剂——烷基多苷(APG)强化餐厨垃圾厌氧发酵生产VFA,考察了APG投加量对餐厨垃圾干式厌氧发酵的影响,分析了APG对餐厨垃圾厌氧发酵的强化机制。结果表明,APG的最佳投加量为0.5g/L,在此投加量下VFA的最大累积量为18.5g/L,VFA的转化率为38%;APG能够强化餐厨垃圾的水解反应,使溶解性蛋白质和溶解性多糖含量明显增加,为后续产酸细菌提供了更多的发酵基质。APG自身分解对VFA有一定贡献,但贡献量远远小于餐厨垃圾的产生量。     

接种量对餐厨垃圾中温厌氧产甲烷潜能的影响

以接种量作为餐厨垃圾厌氧消化进料负荷的衡量参数,研究不同接种量对餐厨垃圾中温产甲烷潜能的影响,确定餐厨垃圾中温厌氧消化最适接种量。实验设置10%、15%、20%、25%、30%和35%等6种不同的接种量,分析不同接种量之间产气量、甲烷含量、发酵前后总固体(TS)和挥发性固体(VS)、发酵过程中总挥发酸(VFAs)的变化情况。实验结果表明,发酵6 d后,所有发酵瓶罐均无气体产生,35%接种量导致系统酸化;30%和25%接种量时,发酵液维持较高的VFA浓度,在发酵结束后仍有较高浓度的VFA残留,这说明虽然该接种量下系统可以运行,但酸化产生的VFA并未充分转化为甲烷;10%、15%和20%接种量的发酵罐则能够将产生的VFAs利用掉,相比之下,接种量为20%时产气量最大,甲烷含量达到52.88%,TS和VS的去除率也能达到32.11%和38.24%,因此,20%接种量可作为后续实验的最适接种量。     

污泥与餐厨垃圾联合厌氧发酵产氢余物产甲烷过程底物指标变化

将污泥与餐厨垃圾联合厌氧发酵产氢余物进一步产甲烷,产甲烷量比污泥与餐厨垃圾单独或直接联合厌氧发酵产甲烷大.研究污泥与餐厨垃圾联合厌氧发酵产氢余物产甲烷过程中产甲烷量与底物指标变化的关系,实验结果表明,整个消化过程中,累积产甲烷量为613 L,最大产气速率和产甲烷速率分别为2.12 L/(kg·d)和1.46 L/(kg·d),最大甲烷含量为72.5％,消化系统的pH在总挥发性脂肪酸(TVFA)以及氨氮、CO32-和HCO3-等碱度的共同作用下基本维持在适宜产甲烷的范围内,在不同的消化阶段,厌氧发酵产甲烷过程起主要作用的物质不同,先后顺序依次为糖类、蛋白质和TVFA,并且累积产甲烷量与COD、总糖、总蛋白质的显著相关性大小依次为:COD＞总糖＞总蛋白质,COD去除率高达79.54％.     

不同来源污泥接种餐厨垃圾厌氧发酵产氢效果研究

在相同接种配比(接种污泥占餐厨垃圾的质量分数为30%)条件下,研究了4种不同来源污泥(压滤污泥、厌氧污泥、曝气污泥和河底淤泥)添加或不添加缓冲剂时对餐厨垃圾厌氧发酵产氢效果的影响.结果发现,在不添加缓冲剂时.4种污泥接种餐厨垃圾厌氧发酵平均产氢量依次为厌氧污泥>河底淤泥>压滤污泥>曝气污泥,接种厌氧污泥的餐厨垃圾平均产氢量最高,达10.11mL(以每克挥发性固体(VS)计,下同);而添加缓冲剂时.4种污泥接种餐厨垃圾厌氧发酵平均产氢量依次为厌氧污泥>曝气污泥>压滤污泥>河底淤泥,接种厌氧污泥的餐厨垃圾平均产氢量也最高,为33.72 mL,且体系pH得以缓冲.     

餐厨垃圾生化产甲烷潜力的数学模拟

为资源化回收利用餐厨垃圾,采用BMP实验对其产甲烷潜力进行了研究,测定了不同厌氧消化时间内的沼气产量及COD、VFA浓度,并在此基础上对餐厨垃圾产甲烷潜力进行了数学模拟。结果表明,混合液COD浓度变化曲线呈逐渐下降的趋势,VFA出现短暂积累,应调控厌氧消化系统的碱度。餐厨垃圾经40 d厌氧消化后,实际生物化学产沼气及产甲烷潜力分别可达559.1、349.7 m L·g~(-1)VS,第20天后累积产气量增加不显著。数学模拟结果表明,餐厨垃圾最初7 d的平均水解常数为0.244 d~(-1),模拟产沼气及甲烷潜力分别可达578.36和363.72 m L·g~(-1)VS,实际产沼气及甲烷潜力分别占模拟产沼气及甲烷潜力的96.7%、96.1%,采用固体停留时间为25~30 d进行厌氧消化较为合理。     

餐厨垃圾高温厌氧消化

在中试规模下,研究餐厨垃圾高温厌氧消化试验,通过监测餐厨垃圾厌氧消化过程中产气量、气体组成等产气情况和消化液中pH值、SCOD、NH4+-N、VFAs等化学指标含量变化,确定餐厨垃圾厌氧消化的最大有机负荷,并分析餐厨垃圾高温厌氧消化技术的可行性,结果表明,在工程上餐厨垃圾单独进行高温厌氧消化产甲烷具有技术可行性,但难以保证系统长时间安全稳定运行;餐厨垃圾厌氧消化正常运行时最大有机负荷可达2.551 kg VS/(m3.d);当系统有机负荷为2.551 kg VS/(m3.d)时,每天每千克VS最高可产生甲烷量0.622 m3;氨氮对餐厨垃圾厌氧消化产甲烷影响明显;餐厨垃圾中固有Na+含量对厌氧消化产甲烷影响不明显。     

固相餐厨垃圾厌氧发酵特性

为了研究固相餐厨垃圾厌氧发酵产甲烷特性,对固相餐厨垃圾进行批式厌氧发酵实验,主要考察了pH、VFA、COD以及纤维素酶活的变化情况,并运用修正Gompertz模型对其产气模型进行动力学拟合.实验结果表明,缓冲溶液的添加可明显促进厌氧发酵产甲烷.在添加缓冲溶液条件下,污泥与餐厨垃圾比例为2∶1,1∶1,2∶3和1∶2时,餐厨垃圾都能很好地进行厌氧发酵产甲烷,最大产甲烷产量分别为594.66、449.74、392.93和333.36 mL/g TS.采用修正Gompertz模型分别对2∶1、1∶1、2∶3和1∶2实验组产甲烷曲线进行拟合,得到产甲烷潜力分别为567.57、437.89、381.12和305.60 mL/g TS,最大产甲烷速率分别为89.38、59.81、47.26和25.80 mL/(d·g VS).对厌氧发酵过程中纤维素酶活的变化进行了研究,结果表明,CMC酶活性在提高餐厨垃圾厌氧发酵过程中纤维素的降解起重要作用.     

蔬菜与餐厨垃圾厌氧发酵启动阶段微生物分析简

为了研究厌氧发酵启动阶段微生物菌群结构、数量变化情况与沼气产量的关系，分别对蔬菜废弃物和餐厨垃圾单一物料发酵进行分析，并测定pH值、挥发性脂肪酸（VFA）、氧化还原电位。结果表明，餐厨垃圾比蔬菜废弃物的启动时间长，但产气持久。蔬菜废弃物中细菌达峰值的时间早于餐厨垃圾，说明蔬菜废弃物中的有机质更利于微生物降解利用。两种原料中的微生物群落结构变化一致，启动阶段初期好氧和兼性厌氧细菌属优势菌，其中产酸菌增殖速率高于氨化细菌，是启动阶段降解有机质的主要菌群。随后厌氧细菌快速增殖，日增殖速率由不足20%增长到近100%并保持稳定。厌氧纤维素降解菌在启动阶段增殖较慢，原料中纤维素降解在厌氧发酵后期。原料液VFA中丁酸含量最多，最高浓度4.7 mg/mL以上，占有机酸总量总量的46%以上，厌氧发酵类型为丁酸发酵型。     

蔬菜与餐厨垃圾厌氧发酵启动阶段微生物分析

为了研究厌氧发酵启动阶段微生物菌群结构、数量变化情况与沼气产量的关系，分别对蔬菜废弃物和餐厨垃圾单一物料发酵进行分析，并测定pH值、挥发性脂肪酸（VFA）、氧化还原电位。结果表明，餐厨垃圾比蔬菜废弃物的启动时间长，但产气持久。蔬菜废弃物中细菌达峰值的时间早于餐厨垃圾，说明蔬菜废弃物中的有机质更利于微生物降解利用。两种原料中的微生物群落结构变化一致，启动阶段初期好氧和兼性厌氧细菌属优势菌，其中产酸菌增殖速率高于氨化细菌，是启动阶段降解有机质的主要菌群。随后厌氧细菌快速增殖，13增殖速率由不足20％增长到近100％并保持稳定。厌氧纤维素降解菌在启动阶段增殖较慢，原料中纤维素降解在厌氧发酵后期。原料液VFA中丁酸含量最多，最高浓度4．7mg／mL以上，占有机酸总量总量的46％以上，厌氧发酵类型为丁酸发酵型。     

挥发性脂肪酸对厌氧干式发酵产甲烷的影响

为了提高中温干式厌氧间歇发酵效率,研究了发酵过程中间产物———挥发性脂肪酸对产甲烷的影响。实验分2批进行,第1批在牛粪发酵过程中分别添加乙酸、丙酸和丁酸,第2批发酵添加易产生挥发酸的厨余垃圾混合发酵。结果显示,添加单一挥发酸的发酵过程中,添加丙酸的产甲烷速度较慢,因为丙酸降解生成乙酸的速度较慢,减慢了甲烷的形成;混合发酵过程厨余垃圾产甲烷速度比牛粪快,发酵过程产生2个产气高峰;牛粪和厨余垃圾固体物质含量比在11∶1到5∶1范围内较好,比牛粪单独发酵产气多,产酸高但不酸败,产生的挥发酸主要是乙酸和丙酸,其中比例为7∶1混合发酵的产甲烷速率最大,为4.89 mL/(g VS·d)。实验表明,牛粪厌氧干式发酵过程添加一定量的厨余垃圾可加快挥发酸的产生并提高挥发酸产量,从而提高甲烷的产量,但是总挥发酸长时间超过10 000 mg/L,pH降到不适于产甲烷菌生长的范围时,将抑制甲烷的生成,挥发酸积累导致厌氧发酵酸败。     

基于活性污泥的厨余垃圾厌氧发酵产酸研究

以厨余垃圾和活性污泥为原料,考察了不同接种比例对厌氧发酵产物的挥发性脂肪酸产量、pH值和COD去除率的影响.结果表明,当厨余垃圾和活性污泥接种比例为4∶1时,挥发性脂肪酸产量在第3天达到最大值为42.7 g/L,产率提高了40%,COD去除率达到了35.6%,pH值没有发生较大的差异,其变化幅度在4～6之间.     

青岛市餐厨垃圾与菜市场垃圾混合高温厌氧消化研究

在中试规模下,研究青岛市餐厨垃圾与菜市场垃圾混合(质量比1∶1)高温厌氧消化实验,通过监测厌氧消化过程中产气量、气体组成等产气情况和消化液中pH值、SCOD、NH3-H、VFAs含量和组分等化学指标变化,确定混合厌氧消化的最大有机负荷,并分析混合高温厌氧消化技术的可行性,结果表明,(1)青岛市餐厨垃圾与菜市场垃圾混合高温厌氧消化产甲烷具有技术可行性;(2)混合厌氧消化的最大有机负荷可达4.069 kg VS/(m3.d);(3)当系统最大有机负荷时,每天每千克VS最高可产生甲烷量0.346 m3;(4)混合厌氧消化可削减氨氮对餐厨垃圾单独厌氧消化产沼气的影响。     

青岛市菜市场垃圾的高温厌氧消化研究

在中试规模下进行菜市场垃圾高温厌氧消化试验,通过监测消化过程中的产气情况和消化液的pH、可溶解性COD(SCOD)、挥发性脂肪酸(VFA)、NH3-N、碱度等变化,确定菜市场垃圾厌氧消化的最大有机负荷,并分析对菜市场垃圾进行高温厌氧消化处理的可行性.结果表明,在中试规模下,菜市场垃圾高温厌氧消化的最高有机负荷可达6.2...     

料液浓度对鸭粪中温厌氧消化的影响

在中温35±1 ℃、pH为中性条件下,采用10 L玻璃瓶作为反应器对料液浓度分别为2%、6%、10%和15%的4组鸭粪溶液进行厌氧消化实验,系统运行30 d,分析了厌氧消化过程中的COD、pH、挥发性脂肪酸(VFA)和产气量的变化.结果表明,调节料液浓度至合适的水平对鸭粪厌氧消化过程非常重要,调节鸭粪进料浓度至6%,可...     

碳氮比对鸭粪中温厌氧消化的影响

在中温(35±1)℃、6%的料液浓度、pH为中性条件下,采用10 L玻璃瓶作为反应器对碳氮比(C/N)分别为15、20、25和35的4组鸭粪溶液进行厌氧消化实验,系统运行30 d,分析了厌氧消化过程中的COD(化学需氧量)、pH、VFA(挥发性脂肪酸)和产气量的变化。结果表明,碳氮比是影响鸭粪厌氧消化过程的重要因素,调节鸭粪碳氮比至25,可以使其厌氧消化获得最佳的产气效果,COD去除率为24.06%,原料干物质产气率为0.178 m3/kg,产气中甲烷含量为71.5%,产甲烷率为0.127 m3/kg。     

含固率对牛粪常温厌氧消化的影响

在常温、pH值为7.0下,采用10 L玻璃瓶作为反应器对含固率(TS)分别为2%、6%、10%和14%的4组牛粪溶液进行厌氧消化实验,系统运行48 d,分析了厌氧消化过程中的COD(化学需氧量)、pH、VFA(挥发性脂肪酸)和产气量的变化。结果表明,进料TS是影响牛粪厌氧消化产气效果的重要因素,调节牛粪进料TS至10%,可以使其厌氧消化获得最佳的产气效果,COD去除率为24.6%,产气中甲烷含量为56.1%。     

低强度超声波预处理对厨余垃圾厌氧消化的影响

以厨余垃圾为研究对象,实验研究产气效率、pH、SCOD、甲烷浓度及生物降解率5个参数的变化趋势,比较低强度超声波处理对厨余垃圾厌氧消化产气特性的影响,结果表明:(1)低强度超声波处理对厨余垃圾厌氧消化产生明显效果,在不同的超声波强度(100、175和250 W)或处理时间(20和40 min)下,产气效率、累计产气量、pH下降幅度、SCOD增加幅度随处理时间和超声功率增加而增加;在超声波强度250 W和处理时间60 min下出现抑制作用;(2)在超声波强度250 W和处理时间40 min条件下,超声波对厨余垃圾厌氧消化增强效果最明显,累计产气量由未处理的3 513 mL提高至5 007 mL,提高42.6%,甲烷气体浓度由51.25%提高至58.8%,生物降解率由58.11%提高至73.5%.     

A Novel Design for Anaerobic Chemical Oxygen Demand and Nitrogen Removal from Leachate in a Semiaerobic Landfill

Abstract

The removal capacity of carbon and nitrogen from an artificial leachate was evaluated by using laboratory-scale columns, and a design was proposed to remove nitrogen more efficiently from a semiaerobic landfill. Five columns (i.e., two artificial municipal waste columns under anaerobic and semiaerobic conditions, an artificial construction waste column under semiaerobic conditions, and two crushed stone columns under anaerobic and semiaerobic conditions) were used. The influent load rates of organics [g chemical oxygen demand (COD)/m³ ·day], NH₄ ⁺, NO₃ ^?, and aeration conditions for the columns were varied, and the removal capacities of the columns for COD, NH₄ ⁺-N, and NO₃ ^?-N were measured.

Among the packed column materials, crushed stone was shown to be most effective in removing COD, NH₄ ⁺-N, and NO₃ ^?-N from artificial leachate. Average removal rates of crushed column under the semiaerobic condition (column D) for COD and NH₄ ⁺-N were estimated at about 150 g COD/m³·day and 20 g COD/m³ ·day, while those of crushed column under anaerobic condition (column E) for COD and NO₃ ^?-N at about 400 and 150 g COD/m³ ·day, respectively. It also was found that denitrification and nitrification reactions in column D occurred at the same time, and the ratio of denitrification to nitrification was estimated to be about 80%. Therefore, an anaerobic structure, which could be attached to the bottom of a main pipe in a semiaerobic landfill, is suggested to remove nitrogen and organic substances more effectively.     

生活垃圾焚烧发电厂渗滤液蒸发浓缩处理

垃圾焚烧厂渗滤液因水质复杂,NH3-N、COD和电解质含量高等特点,成为一种难处理有机废水。采用负压蒸发浓缩法对渗滤液及电絮凝预处理渗滤液的处理进行了对比研究,并考查了浓缩比、pH等因素的影响。研究结果表明,电絮凝预处理不能改变渗滤液中COD、NH3-N的蒸发去除规律,即蒸发处理过程中,蒸发冷凝液中COD在蒸发前期和后期含量较高,蒸发中期较低;而NH3-N含量在蒸发处理前期较高,中后期含量较低。pH对蒸发处理影响较大,在酸性pH下COD去除率较低,但NH3-N去除率较高,可达95%以上,而在中碱性pH下,COD去除率增高,NH3-N去除率降低。渗滤液及电絮凝预处理渗滤液的一次蒸发冷凝液,经过二次蒸发处理后,冷凝液中COD和NH3-N含量均能达到一级排放标准,即分别低于100 mg/L和15 mg/L。