城市生活垃圾热解重整制合成气计算分析

基于热化学平衡对热解重整制取合成气工艺进行了建模分析,考察了垃圾收到基水分M_(ar)、干燥基灰分A_d、热解装置入口垃圾含水率和合成气燃烧比例对能量转化率、干合成气产率、干合成气低位热值、合成气组分等的影响。结果表明:该工艺对于收到基低位热值大于6.7MJ·kg~(-1)的生活垃圾可以产生标况下低位热值高于5.3 MJ·m~(-3)的干合成气;垃圾收到基水分和干燥基灰分的增加会大幅降低能量转化率、干合成气产率和低位热值。     

成都城镇生活垃圾特性及处理方案

为对成都市区、郊区和农村生活垃圾的处理处置提出有针对性的可行建议,研究了区域生活垃圾的物理组成、含水率、热值、肥效指标(有机质、TN、TP、TK、和C/N)和重金属污染等物化特性。结果表明:成都地区生活垃圾以厨余和塑料为主,郊区和农村灰土较多;混合垃圾均达到焚烧处理热值要求,市区垃圾低位热值最高(5 734~5 955 k J·kg~(-1))而郊区垃圾偏低(5 499~5 603 k J·kg~(-1));虽部分垃圾样品Cd、Hg和Cu浓度超过农用地土壤环境质量标准,但仍远低于城镇垃圾农用控制标准,并且可堆肥组份占垃圾总量的80%,肥效指标适宜农用。因此,在危废单独处理和可回收垃圾回收处理的前提下,结合成都垃圾焚烧厂建设情况,建议市区和焚烧厂所在郊区及周边农村的生活垃圾混合焚烧;近焚烧厂的8个郊区及周边农村的生活垃圾分为可堆肥垃圾(约80%)和其他垃圾(约17%),前者农用后者运收焚烧;远离焚烧厂的4个郊区及周边农村的生活垃圾以混合农用处理为主。     

四川省农村固体废物的处理现状、特性与农民环保意识分析

鉴于四川省重要的生态屏障功能和多样的地形气候条件,随机选择该地区10个自然村,通过问卷调查、采样测试等方法,对农村固体废物的处理现状、特性与农民环保意识进行调研,以期为农村典型污染物的管理与处理提供一定的理论支撑和技术指导。调研表明:四川省农村生活垃圾统一清运率相对较高,生活垃圾与塑料薄膜以焚烧为主;人畜粪便主要用作肥料,作物秸秆主要用于生活燃料,绝大部分灰渣均还田,大部分生活污水直接排放,这些处理方式导致了地表水、固体废物和大气的复合型污染。调查村生活垃圾产生量平均值为227g/(人·d),主要组分包括厨余、灰土、纸类、橡胶,生活垃圾平均容重、含水率、灰分、可燃物、低位热值分别为129kg/m3、43.42%、28.22%、28.36%和6 048kJ/kg。农村群众对生活垃圾特性的认知不高,参与环境管理的意愿和对典型污染物处理的支付意愿相对较弱;四川省农村生活垃圾和生活污水处理宜充分利用户用沼气池和中小型沼气工程,采取分散和自行处理为主、集中处理为辅的模式。     

长江流域水电站施工区生活垃圾特性及处理处置决策模型研究

随着中国长江流域水电开发进入高峰期,大量的建设人员进入水电站施工营地,导致施工区的生活垃圾处理处置问题日益凸显。通过对金沙江HPS1水电站、雅砻江HPS2水电站和HPS3水电站、大渡河HPS4水电站施工区生活垃圾状况的调查表明,水电站施工生活区生活垃圾人均产量平均值约为0.68kg/d;以厨余、渣土、纸类塑料和橡胶为主,电池等危险废物含量甚微;容重、低位热值、生物可降解物质量分数的平均值分别为358kg/m3、5 234kJ/kg、43.22%。结合施工区所处的环境条件和周围的市政设施现状,采用层次分析法和最小成本法,构建了长江流域水电站施工区生活垃圾处理处置决策模型,可为大型水电站开发过程中施工区生活垃圾全过程管理提供指导。根据决策模型计算得出,HPS1、HPS2、HPS4水电站施工区生活垃圾最优处理处置技术为卫生填埋,HPS3水电站以外运综合处理最优。     

碳氮比对垃圾干化及能源化利用的影响

采用自制的生物干化实验装置,以高含水率混合收集生活垃圾为研究对象,探讨了不同C/N比(15、20.7、24.6和30)对垃圾生物干化效果的影响,比较了4组干化产物的RDF产率和产品性质。结果表明,不同C/N比垃圾生物干化理化性质与脱水效果存在明显差异;低C/N比处理的pH、NH_3挥发率均大于高C/N处理。C/N比为20.7垃圾生物干化效果最佳,在这种比例下处理的含水率下降幅度、垃圾水分去除率、单位有机物脱水能力和低位热值增幅均大于其他处理组。经过12 d生物干化,不同C/N比垃圾含水率分别下降了16.5%、20.3%、13%和15.4%,干化产物低位热值同比原生垃圾增长了78.3%、114.5%、65.8%和79.0%,达到了垃圾经济性焚烧要求,其硫、氯元素含量低于0.5%,重金属的含量也在可以合理范围内,可作为RDF燃料制备原料。     

生活垃圾衍生燃料分段催化气化

利用下吸式分段催化固定床反应器对生活垃圾衍生燃料进行了气化实验。研究了气化温度、当量空气系数、气化介质和催化剂对气化产物的影响。结果表明,生活垃圾衍生燃料以塑料、纸类和厨余组分为主,热值在10 MJ·kg~(-1)以上,适合直接气化。随着气化温度升高,气化气中H_2和CO的含量、产气率、气化气热值、碳转化率和冷煤气效率升高,而焦油和CO_2含量明显降低;随着当量空气系数升高,CO_2含量、产气率和碳转化率升高,而焦油含量和气化气热值降低,在当量空气系数为0.33时冷煤气效率最高;当采用富氧空气作为气化介质时,N_2对于气化气的稀释作用减弱;添加催化剂能有效减少气化气中焦油的含量,提高H_2和CO的含量。采用下吸式分段催化气化,能有效提高气化气品质和冷煤气效率。     

IC-AnMBR处理村镇厨余渗滤液废水稳定运行调控机制

村镇厨余垃圾渗滤液等高浓度有机废水的高效处理是提升村镇环境卫生水平的一个重要方面。为满足村镇厨余垃圾渗滤液低能耗有机物排放达标的处理需求,构建了内循环厌氧膜生物反应器(internal circulation anaerobic membrane bioreactor,IC-AnMBR),并用来处理厨余渗滤率废水,重点分析了反应器的COD去除性能和调控机制;根据pH、VFAs/碱度、容积产气率、膜通量和出水有机污染物组分等指标,考察了COD在水解酸化、产甲烷和膜截留过程中的转移转化特征。结果表明:通过耦合膜擦洗曝气和沼气曝气循环,将VFAs/碱度和容积产气率分别从1.5和0.1优化到0.02和1.0;优化了COD稳定达标性能和去除负荷,将COD去除率和负荷从59%和0.3 kg·(m~3·d)~(-1)分别提高到了97.7%和1.8 kg·(m~3·d)~(-1);采用沼气循环曝气擦洗陶瓷膜,控制了滤饼层积累,并将膜通量从0.6 L·(m~2·h)~(-1)提高到2.1 L·(m~2·h)~(-1)。IC-AnMBR短流程工艺能够实现村镇厨余垃圾渗滤液的稳定处理。     

基于破碎处理的家庭厨余垃圾减量及其对下水的影响

在对我国家庭厨余垃圾的组成及性质、污水管道设计、污水处理厂运行状况的调查研究基础上,初步探讨了基于厨房垃圾粉碎机的家庭厨余垃圾减量及其对下水系统的影响。家庭厨余垃圾生成量(湿重)平均为152 g/(人·d),其中易降解的蔬菜水果垃圾占到77.8%。家庭厨余垃圾的COD∶TN∶TP=400.9∶4.7∶1,可能导致污水处理厂的总COD、TN、TP和氨氮理论提高量分别为66.70、0.86、0.18和0.43 mg/L,会在一定程度上缓解我国污水处理厂碳源不足的现状。厨房垃圾粉碎机使用后,人均用水最大增加量为1.5 L/(人·d),破碎时间短基本介于1~3.5 min之间。破碎后的厨余垃圾颗粒含水率高,密度略大于水,其在管道中起动的临界流速为0.02 m/s远小于0.6 m/s,故因厨房垃圾粉碎机使用引起的污水管网堵塞的可能性小。     

淋滤原液性质对生活垃圾淋滤的影响

利用淋滤反应器(BIOBUNK reactor)处理经破碎后的生活垃圾,对淋滤液COD、pH、VFA、TS、VS/TS等参数与淋滤出渣含固率、VS/TS、固相减量率进行实验研究。实验结果表明,将厌氧出水与酸化的餐厨浆液的混合液作为淋滤原液较直接将厌氧出水作为淋滤原液,对淋滤处理效果更显著。淋滤液COD提高14%,VFA提高13%,TS、VS/TS提高1%、3.5%,而p H值降低0.6。淋滤固渣减量率提高1.8%,VS减量率提高6.7%。淋滤出渣湿基低位热值(LHV)约为16 900k J/kg,远高于原垃圾的3 490 k J/kg。出料热值高,可考虑做生物衍生燃料(biotechnology derived fuel,BDF)。     

城市生活垃圾焚烧处理过程中重金属迁移规律研究

通过采集厦门2个垃圾焚烧发电厂进厂垃圾、渗滤液、飞灰、炉渣和烟气样品，分析垃圾组成成分及各组分的重金属含量，结果表明，垃圾中以厨余、橡塑类和纸类为主，共占到垃圾干基的78．08％，重金属含量大小次序为Zn〉Cu〉Pb〉Cr〉Ni〉Cd〉Hg；垃圾渗滤液中除Zn外，其他金属的含量都较低，一厂渗滤液中重金属Ni、Zn迁移量较大，分别达到24．46％和8．52％。二厂渗滤液中重金属的迁移有相同的趋势，但含量相对较高。垃圾焚烧后其重金属主要分布在飞灰和废渣中，烟气中的含量非常少，不同金属的含量均有差别，这与金属的性质有很大关系；通过浸出毒性分析，飞灰中重金属酸溶态含量多，容易浸出，属于危险废物。同时，不同烟气处理工艺产生的飞灰的重金属浸出量有很大差别。     

污泥干燥焚烧工程系统质能平衡分析

通过建立污泥干燥焚烧系统质能平衡模型对污泥干燥焚烧工程进行质能平衡分析,由模型结果可得,系统污泥最佳入炉含水率为65%,此时系统具有最低总能耗和总烟气量,且污泥恰好能够自持燃烧。之后,对污泥干基低位热值和初始含水率波动对系统运行的影响进行了研究。当初始含水率在研究范围内波动时,需保证入炉污泥含水率基本不变,以保证系统最低能耗。而当污泥热值下降(上升)时,需使入炉污泥含水率随之线性下降(上升)以保证系统最低能耗。总之,在运行参数波动过程中,当污泥被干燥至其入炉应用基热值在波动过程中恰好能支撑自持燃烧时,系统总辅助燃料消耗最低。     

四川城市生活垃圾重金属污染状况及来源分析

四川省作为西南粮食生产大省,土壤重金属污染问题备受关注,生活垃圾处理处置可能带来的土壤污染风险急需探明。结合四川省五大经济区的发展格局和多样的地形条件,研究了成都、宜宾、南充、达州、西昌、马尔康城市夏冬两季生活垃圾的物理组成、重金属含量及垃圾主要组分受污染状况。结果表明,四川地区生活垃圾中厨余、包装纸、卫生纸、橡塑和灰土是主要组分,共占总量的78.25%~96.92%;四川地区垃圾中Cu(14.23~107.56 mg/kg)、Cd(0.07~0.63 mg/kg)、Zn(53.77~338.30 mg/kg)、Hg(0.01~0.41 mg/kg)和Cr(35.39~179.63 mg/kg)浓度较高,易造成土壤污染。以土壤环境质量农业用地标准为参照计算得出的重金属污染负荷指数表明:仅夏季宜宾生活垃圾处于Ⅰ级中度污染;四川地区夏冬季总体处于无污染水平,且夏季污染负荷指数略高。通过测定垃圾主要组分中重金属含量,发现厨余和灰土是成都夏季垃圾中Cd的主要来源,灰土是四川地区垃圾中Cu、Zn和Cr的主要来源之一,燃煤产生的灰土是西昌冬季垃圾中Hg的主要来源。     

成都周边农村生活垃圾的特性、村民意识与处置模式研究

对四川成都周边100 km内8个典型农村的生活垃圾处理现状、特性、认知和处理意愿进行调查,探讨了适合城市环境下农村生活垃圾的处理与处置模式。结果表明:虽然在临城地区有收集设施,但是离城区稍远、交通不便的地区,农村生活垃圾仍以自然堆放和自行焚烧为主;成都周边农村人均垃圾日产量在58.9~406.8 g/(人·d)波动,垃圾中有机、无机组分和可回收组分质量分数平均分别为71.82%、5.17%、22.35%,垃圾的含水率、p H、有机质质量分数、灰分质量分数、热值分别为36.64%~75.15%、6.16%~7.66%、59.03%~85.94%、13.27%~41.92%、5 134.6~10 803.4 k J/kg,呈现"两高一低"(即高含水率、高有机组分、低无机组分)的特点。调查区90.6%村民认为周围环境已受到垃圾污染,62.7%村民认为生活垃圾处理很必要且愿意支付一定的金额。为此,构建了以分类为前提的分散处理和集中处置相结合的模式。     

兰炭粉末调理城市污泥及机理

城市污水处理过程中产生大量的剩余污泥,污泥处理处置问题已经成为制约整个污水处理行业健康发展的瓶颈问题。实验以城市污泥为研究对象,采用兰炭粉末对城市污泥进行调理研究其过滤脱水性能的改善并通过Zeta电位、扫描电镜分析探讨了兰炭粉末调理污泥的机理。实验结果表明:当兰炭粉末的投加量为250%时,污泥过滤比阻由原泥的1.47×l0~(13)m·kg~(-1)显著下降到1.82×lO~(11)m·kg~(-1)滤饼含水率从87.81%降到了61.33%,兰炭粉末能够显著改善污泥的过滤脱水性能;当投加150%兰炭粉末时,上清液的浊度由原泥的14.11 NTU迅速降到了4.76 NTU,随着投加量的继续增加,上清液浊度基本上维持在3.00·1.50 NTU之间,兰炭对污泥絮体颗粒具有一定的吸附、絮凝作用;兰炭粉末调理污泥的机理是依靠构建骨架在污泥中形成大量渠道和空隙的刚性框架结构,在压滤过程中阻止泥饼压缩和保持泥饼的高通透性,能够很好地改善污泥脱水性能。兰炭粉末作为煤系固体废物,既可以调理城市污泥有效改善其脱水性能,又可以有效地将干污泥的低位热值从12.91 MJ·kg~(-1)明显提高到22.47 MJ·kg~(-1)(投加兰炭粉末250%调理),为污泥的热值回收提供条件,带来良好的环境、经济和社会效益。     

餐厨垃圾中典型组分的裂解液化特征研究

利用实验室规模的实验装置管式加热炉进行餐厨垃圾热解实验,实验分析了反应温度对餐厨垃圾热解产物分布的影响,米饭、白菜、猪肉、塑料和纸5种原料在最佳温度下可实现热解油质量产率的最大化,分别为45.02%、24.55%、61.19%、73.77%和24.86%。其中,米饭和白菜热解油含水率较高,可达到30%~40%,将含水率降到15%后,测定热值分别为25.51 MJ/kg和17.75 MJ/kg。塑料和纸混合热解时,塑料热解过程的放热效应可缩小纸的热解温度区间,增加热解油产量。红外光谱分析厨余热解油包含多种含氧有机物。通过气质联用仪(GC-MS)分析塑料热解油和塑料与纸混合热解油在180℃以下蒸馏出的液相产物,主要组分为烷烃和烯烃,从成分和热值分析,与汽油、柴油相近。     

厨余垃圾好氧堆肥与污泥厌氧消化一体化处理

利用自行研制的城镇生活垃圾与污水厂污泥一体化处理反应器对厨余垃圾好氧堆肥和污水处理厂污泥厌氧消化进行了实验研究,结果表明,在环境温度8~17.2℃的条件下,垃圾仓温度范围为17.2~50℃,堆肥垃圾含水率由(91.0±1.8)%降为(85.1±5.2)%,p H维持在5.92~7.40之间,VS/TS由0.78±0.06降为0.60±0.12,垃圾蛋白酶活性在第15天后维持在153.5~347.5 U/g DW。污泥仓温度主要范围为25~35℃,排泥含水率由(99.2±0.3)%降为(96.0±1.5)%,p H维持在6.77~6.97之间,VS/TS由0.66±0.07下降为0.44±0.11。污泥仓日均产气量为(44.7±8.6)L,其中甲烷平均体积分数为(61.32±4.68)%,污泥蛋白酶活性在第4天后稳定在0.98~1.78 U/m L之间。一体化反应器实现了厨余垃圾与污水厂污泥在同一反应器中集中处理,并利用垃圾堆肥时产生的热量为污泥浓缩消化提供温度条件。     

辅料添加对厨余垃圾生物干化产品燃烧热特性的影响

为达到降低厨余垃圾含水率,使其可作为垃圾衍生燃料进行燃烧的目的,选择玉米秸秆和木本泥炭2种辅料与厨余垃圾进行联合生物干化,研究了辅料添加对厨余垃圾生物干化产品燃烧热特性的影响,以不添加任何辅料的厨余垃圾单独进行生物干化作为对照处理,生物干化周期为21 d。结果表明:单独进行厨余垃圾生物干化时挥发性固体(VS)降解率最高,添加木本泥炭处理时VS降解率最低;对照处理对VS降解损失主要的贡献组分为淀粉、纤维素和脂肪,然而,对于添加玉米秸秆和木本泥炭的处理,纤维素、半纤维素和淀粉是VS降解损失主要的贡献组分。随着生物干化反应的进行,物料的燃烧速率和燃烧率均降低,同时燃烬点推后,但燃点基本保持不变。其中,添加木本泥炭的处理燃点最高,燃烬点最低,燃烧率最高。各处理物料燃烧一级动力学方程拟合效果较好(R~2=0.86～0.97)。生物干化过程使厨余垃圾单独处理第2失重段反应变难,第3失重段反应变易。然而,对于添加辅料的处理,生物干化过程使第2失重段反应变易,第3失重段反应变更难。总体而言,生物干化过程使各处理的表观活化能(E_m)降低了15.9%～29.4%,使得厨余垃圾的燃烧更加容易。以上研究结果可为厨余垃圾燃料化处理提供参考。     

硫酸与H_2O_2快速联合调理对含铁剩余污泥脱水性能的改善

以污泥比阻、污泥含水率为污泥脱水评价指标,研究了硫酸与过氧化氢联合调理含铁污泥对污泥脱水性能的影响。实验结果表明,含铁污泥经硫酸与过氧化氢联合调理后,污泥比阻、污泥含水率显著降低,污泥脱水性能得到明显地改善。进一步研究表明,含铁污泥脱水性能的改善可能与污泥中形成的Fenton/类Fenton反应有关。经过单因素实验,确定了最佳反应条件:5 mol·L~(-1)硫酸溶液投加量1.5 mL,30%双氧水投加量0.25 mL,酸化时间25 min,反应时间2 min。在此条件下,污泥比阻由1.82×10~(13)m·kg~(-1)减少至0.74×10~(11)m·kg~(-1)。脱水污泥含水率由89.15%降低至71.12%。     

生活垃圾衍生燃料催化气化制备合成气

以生活垃圾衍生燃料RDF(refuse derived fuel)为原料,在750℃下进行了催化气化-改质实验,研究了氧气供应量、Ni基催化剂组分等操作要素对合成气生成特性的影响。结果表明:氧气供应量ER(equivalent ratio)的增加可以提高碳素转化率和冷气体效率;在Ni基催化剂中添加Mg、Ce、K、Ca和Zn等金属助剂可以有效改善改质催化性能,促进焦油分解,提高有效气体收率。在750℃温度条件下,控制供氧量ER=0.04时,通过催化气化-改质处理,可以从RDF获得H_2体积分数约29.00%的清洁合成气,冷气体效率和碳素转化率分别为44.41%和82.41%,合成气收率可达0.244 m~3·kg~(-1)(RDF)。     

天然气全氧燃烧尾气生活垃圾气化热力学分析

基于Aspen Plus模拟平台,运用吉布斯能最小化原理,以天然气全氧燃烧尾气(后续称为烟气)作为气化剂,选取反应温度和烟气流量与生活垃圾量比(E/M)作为影响因素,气化炉温度变化范围为400~1 500℃,E/M范围0~3.0,对几种典型生活垃圾(木屑、纸屑、塑料、橡胶和厨余)气化进行模拟计算。模拟结果表明,以烟气作为生活垃圾气化剂,可制备富氢产品气,产品气为中热值燃气。温度在800℃左右时,H2的体积分数达到峰值46.75%,反应温度大于800℃时,反应温度的增加对提升产品气的热值、CO的含量有一定作用,但H2的含量和产品气产率有所下降,反应温度过高增加气化的能源投入,反应温度应控制在800~1 000℃范围。高温烟气的过量导致产品气热值和品质下降,E/M宜控制在0.4~1.0区间范围。