城市生活垃圾填埋初期有机质演化规律研究

为阐明生活垃圾填埋初期有机质演化规律,于填埋场打井采集填埋1～3年3个不同时期垃圾样品,用水浸提制备水溶性有机物(DOM)。采用红外光谱、同步荧光光谱及紫外光谱,对浸提液中DOM的结构和演化特征进行了研究。结果显示,生活垃圾中含有脂肪类、蛋白类、糖类及木质素类物质,在填埋初期,有机质中的脂肪类、蛋白质类、糖类及木质素类物质均发生了降解,羧基、氨类及水溶性芳香结构物质减少,DOM分子量降低。研究结果表明,垃圾填埋初期有机质以降解为主。     

基于温差的规模化生活垃圾干式厌氧发酵工艺的产气特征

以北京某生活垃圾干式厌氧发酵工程为对象,通过对厌氧发酵运行温度与环境气温之间的温差调控,分析了不同季节下中温干式厌氧发酵工艺的产气特征。结果表明,干式厌氧发酵运行温度受环境气温影响较大,夏季平均运行温度最高,VS产气率以夏季和秋季较高,容积有机负荷波动大,不同季节平均容积产气率从高到低依次为：夏季>春季>冬季>秋季。统计分析结果表明,该干式厌氧发酵工程的产气能力与运行温度显著相关(p<0.01),春、夏、冬3季的温差与VS产气率显著相关(p<0.05),秋季温差与缓冲能力显著相关(p<0.05)。因此,在具备较大pH缓冲能力的条件下,加强春秋季变温期的温差调控,通过加温和增加回流比等方式提升春秋季变温期、冬季低温期的厌氧运行温度,并提高夏季容积有机负荷,有助于提高该干式厌氧发酵工程的产气效能和运行稳定性。本研究结果可为工程规模干式厌氧发酵工艺的稳定运行及高效产沼气提供参考。     

生活垃圾填埋场填埋气中挥发性有机物释放规律分析

于2007年2月在上海老港垃圾填埋场选取10个不同填满年限的填埋单元进行填埋气的采样分析,用色谱-质谱技术检测了填埋气中的挥发性有机物(VOCs).检测到脂肪烃、卤代脂肪烃、单环芳烃、醚和酮等5类22种化合物,其中11种为美国环境保护署优先控制污染物,甲苯、乙苯和间,对二甲苯的浓度较高.填满时间距采样时间较近(1～2年)的填埋单元检出的VOCs种类较多,脂肪烃和单环芳烃的浓度随填满时间的增加呈现较明显的衰减特征,而卤代脂肪烃、醚和酮的浓度与填满时间的相关性不显著.检出的5种化合物中,1,1,1三氯乙烷、甲苯和间,对-二甲苯的浓度均低于美国加利福尼亚州环保局推荐的健康阈值,氯乙烯和苯则超过该阈值.     

沈阳地区城市有机垃圾季节变化特性及其对产气影响

以沈阳市某小区城市有机垃圾(BMW)为研究对象,研究其季节特性及其在厌氧消化时产气方面的差异。结果表明,BMW总固体(TS)含量随季节变化明显,春、冬季高于夏、秋季,冬季最高,为17.55%(质量分数,下同),比夏季高3.31百分点,一年中的平均值为15.91%;挥发性固体(VS)含量随季节变化规律与TS相反,夏、秋季略高于春、冬季,夏季最高,为87.20%,春季最低,为85.08%,平均VS为86.10%,整体来看,VS随季节变化不明显。对分类后BMW进行厌氧消化,发现冬季BMW排放量少,但产气潜能却比夏季高8.5%。     

餐厨垃圾处理厂挥发性有机物释放特征

选择目前国内成功运营的餐厨垃圾处理厂为采样点,该厂以利用餐厨垃圾生产生物蛋白饲料和厌氧发酵为主要工艺,采用气相色谱/质谱联用(GC/MS)技术对挥发性有机物(VOCs)浓度较高的工段,如破碎室、湿热反应器、好氧发酵仓进行了定性和定量分析.结果表明,3个采样点共检测出65种物质,包括醇、醛、酮、酯、芳香烃、硫化物、卤代物、烯烃和烷烃9类.湿热反应器排放VOCs浓度最高且包含物质种类最多,其中酮、酯、芳香烃、硫化物、卤代物、烯烃及烷烃类物质浓度均高于其他检测点,需对该工段进行重点监测和控制.     

pH值对玉米秸秆厌氧消化产气的影响

采用批式实验,研究了(35±0.5)℃、搅拌速度65 r/min的厌氧消化体系中,pH值对玉米秸秆厌氧消化产甲烷的影响,分析了消化液相及固相特性的变化.结果表明,厌氧消化第7～9天时各系统VFA浓度均达到最大值,pH值为7和9时,挥发性脂肪酸(VFA)浓度显著高于其他系统,SCOD向VFA的转化效率较高.pH值为9时累积产气量增加速度最快,最大累计产气量达到134.33 mL/g VS.pH值为7时累计产气量最大,高达149.2 mL/g VS,是pH值为5和11系统的3.23和6.71倍.pH值为7和9时,沼气中甲烷的平均含量分别为64.1％和62.5％,比pH值为5和11的系统提高了约10％.pH值为7和9时VS去除率达到67.68％和58.87％,显著高于其他系统.控制厌氧消化pH值在7～9范围内可以有效提高木质纤维素生物质的产气效率.     

脂肪酶对餐厨垃圾厌氧产气的影响

在序批式厌氧反应器中探究了脂肪酶对餐厨垃圾厌氧消化的影响,结果表明脂肪酶能强化甲烷的积累量,且最佳的脂肪酶投加量为0.4 g·L-1,相应的甲烷积累量为356 mL·g-1 VSS,该数值是空白对照组的1.3倍。进一步机理研究表明脂肪酶能够促进溶解性COD的释放,提高生物脱氢酶的活性而减少长链挥发性脂肪酸的积累,进而提高甲烷的积累量。     

模拟成藏填埋垃圾有机质稳定化与产气的阶段性

通过人工构建模拟生物气藏的大型模拟生物反应器,研究模拟成藏填埋城市生活垃圾有机质厌氧降解及生物气化规律及其机理。结果表明,自然温度条件下,模拟填埋垃圾有机质降解和生物气化具有明显阶段性,与pH、ORP、温度等指标的阶段性变化存在相关性。产气阶段最佳条件包括:最适温度范围为31.0～36.0℃;最适pH范围为5.47～6.75,pH中性条件下产甲烷速率最高;ORP最适范围为-428～-541 mV,产甲烷高峰期ORP值为-519 mV,低于前人关于甲烷菌最适ORP的界定范围。每千克挥发性固体总生物气和甲烷产量分别为128.5 L和77.7 L,生物气和甲烷最大产气量分别为118.0 L/d和82.0 L/d,甲烷最大浓度为70.4%,产气高峰期与甲烷浓度高峰期同时出现。模拟成藏填埋垃圾有机质的稳定化过程具有明显的可诱导特征,关键因子的优化对有机质的降解及生物气化产生明显促进作用。     

垃圾渗滤液有机物特征及臭氧对其结构的影响

为分析不同填埋龄的垃圾渗滤液中有机物的组分特征及臭氧氧化对其结构的影响,选取成熟和年轻的垃圾渗滤液,利用液相色谱-有机碳-有机氮-紫外吸收(LC-OCD-OND-UVD)、紫外可见光谱、三维荧光光谱和树脂分离技术表征了不同填埋龄垃圾渗滤液中有机物的组分特征。结果表明：在2种垃圾渗滤液有机物中,主要组分为以类富里酸为代表的憎水性腐殖质类和亲水的中性小分子有机化合物,且其组分比例随着填埋龄增加可分别提高至60%和28%。年轻渗滤液中的高含量生物多聚物组分(BP)是其最显著特征。臭氧氧化可快速分解BP并最终生成类腐殖质的分解产物,但TOC去除率<10%。对于含量低于4%的腐殖质类小分子酸,因其含氮杂环结构成为最难矿化的有机物,故较低臭氧投加量无法将其氧化分解。LC-OCD-OND-UVD结合其他表征方法印证分析是获取有机物信息的有效手段,可为深入了解有机物的氧化分解过程提供参考。     

蔬菜类废弃物甲烷发酵的产气潜能及过程特征

蔬菜废弃物具有适合厌氧发酵的特性。采用Batch实验方法,对5种常见的蔬菜废弃物的产气潜能进行研究,并在此基础上进一步对厌氧发酵过程限制性步骤及物质转化特征进行分析。研究结果表明:5种蔬菜废弃物累积产甲烷量在发酵0～10 d内增加较快,土豆和白菜废弃物产甲烷潜能最大,分别达到102 mL·g-1(VS),和83 mL·g-1(VS),而黄瓜废弃物的甲烷化潜能较低,只有35 mL·g-1(VS)左右。动力学参数拟合表明:土豆和白菜废弃物厌氧发酵水解、酸化、乙酸化和甲烷化各过程转化速率都明显高于其他废弃物,并且各过程最大转化潜能也较其他类蔬菜高出2倍之多。厌氧发酵限制性步骤分析表明,快速水解生成的SCOD不能有效地转化为VFAs,限制了白菜废弃物厌氧消化的后续转化,而VFAs的累积则是胡萝卜、黄瓜和土豆废弃物厌氧发酵的限制性步骤, SCOD以及VFAs同时累积是茄子废弃物发酵过程的显著特征。对各物质发酵过程物质转化特征分析表明,各废弃物由于4 d以后甲烷菌对乙酸的利用减慢,导致丙酸向乙酸的转化减慢而发生累积现象,10 d以后由于产酸过程的减弱,累积的丙酸盐逐渐转化。     

季节性城市生活垃圾成分分析及厌氧消化特性研究

城市生活垃圾的成分及特性随着季节和人类在不同季节的生活习惯而变化,针对我国北方城市研究了一年中不同季节的城市生活垃圾成分特点,对影响厌氧发酵过程的相关成分如总有机碳（TOC）、总氮（TN）、蛋白质、脂肪和还原糖等进行了测定分析。通过厌氧消化实验,测得不同季节城市生活垃圾pH值、日产气量、沼气甲烷含量、甲烷累积量、挥发性脂肪酸（VFAs）和氧化还原电位（ORP）等参数的变化规律,分析相应变化的影响因素。结果表明,二、三季度的含水率分别为64．81％和67．50％,高于一、四季度,一季度发酵原料中蛋白质和脂肪含量分别为12．56％和8．86％,明显高于其他3个季度。一季度甲烷累积量最高,达到17616mL,单位发酵原料的产气量为204．8mL／g,也是4个季度中最高的,说明蛋白质、脂肪等有机成分含量对厌氧发酵过程及结果影响比较明显。为进一步的城市生活垃圾厌氧消化制取生物燃气的工艺条件提供依据。     

餐厨垃圾两相厌氧发酵产甲烷相恶臭排放规律

为了研究餐厨垃圾两相厌氧发酵产甲烷相恶臭排放规律,在中温（35℃）条件下,以餐厨垃圾为发酵底物进行中试规模的两相连续式厌氧发酵试验,并对一个周期内不同时间段产甲烷相产生的气体进行采样,分析其臭气浓度和物质浓度,结合各组分的阈稀释倍数,筛选出主要的恶臭污染物。结果表明,在发酵系统稳定运行阶段,产甲烷相产生的臭气浓度较大,都在23万以上;产甲烷相产生的恶臭物质主要包括硫化物、萜烯类、含氧类和芳烃类四类化合物,其中质量浓度最高的恶臭物质是硫化氢,超过了150 mg/m3;产甲烷相的主要致臭物质是硫化物,其中贡献最大的是硫化氢,其阈稀释倍数都在26万以上,其次为乙硫醇﹥甲硫醇﹥乙硫醚,这3种物质的阈稀释倍数都在4 000以上;除了这4种硫化物,丁醛对恶臭的贡献也比较大,其阈稀释倍数也在4 000以上。     

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.     

温度和初始pH对农业固体废物暗发酵产氢的影响

以猪粪、鸡粪、玉米秸秆、餐厨垃圾和厨余垃圾等5种农业固体废物为底物,采用修正的Gompertz模型,研究了典型农业固体废物暗发酵产氢动力学和代谢产物变化规律,探讨了不同温度和初始pH条件下的主要产氢代谢途径。结果表明：温度和初始pH对农业固体废物暗发酵产氢具有显著影响;高温组累积产气量和氢气百分含量显著高于中温组。在55 ℃高温且pH为6.0的条件下,餐厨垃圾暗发酵产氢效果最佳,累积产气量和氢气百分含量最大,为1 100 mL和73.58%,最大产氢速率和产氢潜力分别为37.11 mL·h⁻¹和660.30 mL;厨余垃圾暗发酵产氢效果次之,鸡粪产氢潜力最差。在暗发酵产氢末期,以鸡粪为底物的代谢产物的氨氮浓度最高,过高的氨氮浓度可能抑制了产氢过程。VFA分析表明：不同底物和条件下丁酸浓度均最高,且含有少量乙醇、乙酸、丙酸等;暗发酵产氢代谢途径是以丁酸型发酵为主的混合型发酵。通过温度、初始pH等非生物性控制因素的优化调控,显著提高了农业固体废物暗发酵产氢潜力和底物利用效率,为生物制氢的技术研发与工程应用提供参考。     

城市生活垃圾与园林废弃物的共热解特性

为实现城市生活垃圾减量化、无害化和资源化,采用热重分析天平和实验室固定床热解反应器进行城市生活垃圾（MSW）与园林废弃物共热解实验,研究了不同热解终温、松树枝和柳树枝添加比例对热解产物产率影响,并利用气质联用色谱分析仪（GC-MS）对热解油进行表征分析。实验结果表明：MSW、松树枝和柳树枝的热解过程均可以分为3个阶段,主要包括脱水、热解、炭化;MSW、松树枝和柳树枝单独热解时最大失重速率分别出现在321.48、358.23和377.83℃;MSW与松树枝共热解DTG曲线在热解反应第2阶段有2个析出峰,分别在342.32℃和471.48℃,比MSW单独热解时,失重率增加了7.29%。当城市生活垃圾与松树枝、柳树枝的添加量分别为3：1时,热解液体产物产率明显升高,热解油中醇类、羧酸类、醛类等含氧有机物的含量降低,热值增加,热解油中氧含量降低,且松树枝对共热解焦油的脱氧效果更为显著,热解油品质得到提升。     

Comparison of aerobic and anaerobic biotreatment of municipal solid waste

To increase the operating lifetime of landfills and to lower leachate treatment costs, an increasing number of municipal solid waste (MSW) landfills are being managed as either aerobic or anaerobic bioreactors. Landfill gas composition, respiration rates, and subsidence were measured for 400 days in 200-L tanks filled with fresh waste materials to compare the relative effectiveness of the two treatments. Tanks were prepared to provide the following conditions: (1) air injection and leachate recirculation (aerobic), (2) leachate recirculation (anaerobic), and (3) no treatment (anaerobic). Respiration tests on the aerobic wet tank showed a steady decrease in oxygen consumption rates from 1.3 mol/day at 20 days to 0.1 mol/day at 400 days. Aerobic wet tanks produced, on average, 6 mol of carbon dioxide (CO2)/kg of MSW as compared with anaerobic wet tanks, which produced 2.2 mol methane/kg of MSW and 2.0 mol CO2/kg methane. Over the test period, the aerobic tanks settled on average 35%, anaerobic tanks settled 21.7%, and the no-treatment tank settled 7.5%, equivalent to overall mass loss in the corresponding reactors. Aerobic tanks reduced stabilization time and produced negligible odor compared with anaerobic tanks, possibly because of the 2 orders of magnitude lower leachate ammonia levels in the aerobic tank. Both treatment regimes provide the opportunity for disposal and remediation of liquid waste.     

Characteristic analysis for odor gas emitted from food waste anaerobic fermentation in the pretreatment workshop

Gas chromatography–mass spectrometry, olfactometry, and other related methods were applied for the qualitative and quantitative analysis of the characteristics of odorous gases in the pretreatment workshop. The composition of odorous gases emitted from municipal food waste was also investigated in this study. The results showed that the tested gases are mainly composed of aromatic gases, which account for 49% of the total volatile organic compounds (VOC) concentrations. The nitrogenous compounds comprise 15% of the total concentration and the other gases comprise the remaining 36%. The level of odor concentration ranged from 2523 odor units (OU) m^?3 to 3577 OU m^?3. The variation of the total chemical composition ranged from 19,725 µg m^?3 to 24,184 µg m^?3. Among the selected four sampling points, the discharge outlet was detected to have the highest concentration in terms of odor, total chemical, sulfur compounds, and aromatics. The correlation analysis showed that the odor concentrations were evidently related to the total chemical composition, sulfur compounds, and aromatics (P < 0.05, n = 5). The odor activity value analysis identified the top three compounds, hydrogen sulfide (91.8), ethyl sulfide (35.8), and trimethylamine (70.6), which contribute to air pollution complaint of waste materials.

Implications: Currently, the amount of food waste has rapidly increased, which leads to difficulty in waste management and more odorous gases released as air pollution. In processing of food wastes by anaerobic fermentation, odorous gases are generated, which significantly affect the workers and occupants in the plant. In the pretreatment workshop for anaerobic decomposition, the odorous gases are generated because of the stacking and decomposition of food wastes. The gases emitted mainly consist of organic gases because the food wastes are mainly organic materials. The other odors that comprise 1% of the gases are S-compounds, aromatics, esters, alkanes, and limonene, which result in unpleasant odors that are harmful to the health.     

城市生活垃圾卫生填埋场恶臭的防治技术进展

恶臭污染已成为垃圾处理和处置过程中的严重公害。在分析中,介绍了填埋场各区域恶臭的控制措施,综述了卫生填埋场恶臭的常规防治技术,重点讨论了生物技术在填埋场脱臭中的应用,这些防治技术对各类环境卫生设施,如垃圾收集站、中转站、焚烧场、堆肥厂及粪便处理厂的臭气治理均有借鉴意义。     

城市生活垃圾降解率分析研究

针对城市生活垃圾降解率研究不足的现状,结合室内物理模拟实验,对垃圾温度和垃圾降解率的变化规律进行分析研究。研究结果表明,填埋初期垃圾填埋体温度升高较快,服从三次曲线变化规律;温度对垃圾降解率有重要的影响,单一温度下垃圾降解率随时间变化近似符合微生物生长曲线;不同温度下,温度高,垃圾降解率快,试验证明41.00、45.00℃垃圾降解率最快,垃圾降解率相差不大,可以认为温度高于41.00℃时垃圾降解率可以按照41.00℃时垃圾降解率计算。