青岛市餐厨垃圾现状调查及分析

通过问卷与实地跟踪形式调查青岛市4个主城区餐厨垃圾现状并提出关于餐厨垃圾管理和处置的建议,力求为该市餐厨垃圾的资源化利用提供参考.调查结果显示:餐厨垃圾产量为265.00 t/d,含水率为74.93％、含油率为6.06％、营养物为12.22％(质量分数);54.4％的调查餐饮单位将餐厨垃圾分为剩饭菜、废油和生活垃圾3类排放,需进一步加强餐厨垃圾分类放置的管理工作;所调查餐饮单位中有64.4％的剩饭菜、54.3％的废油由政府统一收运,统一收运率有待进一步提高;正规回收的餐厨垃圾为197.66 t/d,被用于堆肥或进行填埋处置.     

我国餐厨垃圾厌氧处理技术现状分析及建议

随着我国餐厨垃圾排放量的持续增加,已造成严重的环境污染防控压力。为促进我国餐厨垃圾的资源化利用和无害化处理处置,在文献调研的基础上,梳理了我国大中型餐厨沼气工程的发展现状,分析了导致沼气产率低、沼气回用量大等餐厨沼气亟待解决的低经济效益难题的根本原因,并结合实际情况提出餐厨垃圾厌氧消化技术相关的建议,以期为我国提高餐厨垃圾的资源化、无害化处理能力和水平提供参考。     

酸化餐厨垃圾厌氧消化产氢研究

分析了餐厨垃圾酸化过程中的pH、挥发性脂肪酸(VFA)产量及含水量等参数的变化,考察了酸化餐厨垃圾厌氧消化过程中的产氢情况,并探讨了调节初始pH对酸化餐厨垃圾产氢的影响.结果表明,餐厨垃圾的酸化是一个前期极为快速的过程,经过1d的酸化,新鲜餐厨垃圾的pH就从6.0左右下降到4.5左右,而后pH缓慢下降,经过5～6 d的酸化,pH下降到4.0以下;餐厨垃圾酸化过程中,产生的VFA主要是异戊酸,其浓度变化与VFA的浓度变化趋势较为一致;酸化时间为1、3、4、5、6d的餐厨垃圾体系产生的氢气的最高体积分数呈递减趋势,产氢量也呈现出相同的变化趋势;初始pH对酸化餐厨垃圾体系的产氢影响是很大的,调节到相同初始pH的不同体系,产氢的结果可以相近.因此,pH是酸化餐厨垃圾厌氧消化产氢过程中必须控制的关键因素之一.     

餐厨垃圾不同“收集-处理”模式的碳排放估算对比

为明确我国餐厨垃圾不同处理模式下碳排放情况,以中国南方某城市为研究对象,结合实地调研数据,对比研究了集中式好氧堆肥、集中式厌氧发酵和分散式好氧堆肥3种处理模式下的碳排放量。结果表明,集中式好氧堆肥的碳排放总量最高,而集中式厌氧发酵碳排放总量最低。此外,分散式好氧堆肥的主要优势在于可减少收集运输过程的碳排放且可避免其他温室气体的无组织排放;在先进节能手段和控制电耗的措施下,相比于集中式好氧堆肥模式,分散式模式可实现760.91 kg的碳减排(以CO_2计)。然而,餐厨垃圾厌氧发酵模式因其可实现有机质产沼气,总碳减排空间是好氧堆肥的22倍,是一种绿色、低碳的餐厨垃圾处理方式,对实现餐厨垃圾资源化、无害化和减量化具有现实意义。     

竹叶与餐厨垃圾厌氧共消化工艺

将黄金竹和毛竹的竹叶分别与餐厨垃圾厌氧共消化,通过分析消化过程中的产气量、pH、COD、NH4+-N和VFAs变化,探讨添加不同竹叶对餐厨垃圾厌氧消化效果的影响.实验结果表明,添加毛竹叶显著增强了餐厨垃圾的厌氧消化能力.毛竹叶+餐厨垃圾组的总产气量是餐厨垃圾对照组单独厌氧消化总产气量的3.28倍,甲烷总产量为10.1 L,COD去除率高达83.0％.而添加黄金竹叶对餐厨垃圾厌氧消化的影响则不明显,可能因为黄金竹叶在消化过程中释放了大量挥发性脂肪酸(VFAs),造成体系酸中毒.     

氧化铁对不同有机负荷下餐厨垃圾厌氧消化产气的影响

进行了餐厨垃圾(FW)和接种污泥(Ⅰ)基于不同VS比(分别为FW/I=1,FW/I=3,FW/I=5)下的中温厌氧消化实验,对比了不同有机负荷下未添加氧化铁和添加氧化铁对餐厨垃圾厌氧消化产气的影响。结果表明,在FW/I=1时,餐厨垃圾厌氧消化体系的产气情况主要由接种污泥决定,添加氧化铁仅能在较小的程度上促进体系产甲烷能力提升;而在FW/I=3时,添加氧化铁可以帮助餐厨垃圾厌氧消化体系从低速产甲烷过程快速进入高速产甲烷,快速降解有机质实现稳定化;而对于FW/I=5时添加氧化铁可以解除由于有机负荷过高造成的酸抑制并恢复体系的产甲烷能力。因此,在实际应用厌氧消化技术处理餐厨垃圾中可以通过添加氧化铁来提高其有机负荷(OLR),提高处理效率,保证餐厨垃圾厌氧消化的正常运行和促进甲烷的产生。     

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。     

餐厨垃圾处置方式及其碳排放分析

在综述填埋、好氧堆肥、粉碎直排、厌氧消化产沼气及综合处置等5种餐厨垃圾处置方式原理与特点的基础上,分别罗列出各种处置方式的优缺点、应用场合以及今后仍然需要研究的方向。着眼于餐厨垃圾资源化与碳减排,厌氧消化产沼气被定位为今后餐厨垃圾处置的主要应用方向,特别是与市政污水处理剩余污泥共消化更是今后研究与应用的主流。餐厨垃圾处置全生命周期碳排放分析亦表明,厌氧消化产沼气与其他4种处置方式相比,在资源回收与碳减排方面优势明显,这就决定了厌氧消化今后在餐厨垃圾处置技术中将处于首选位置。餐厨垃圾与剩余污泥厌氧共消化产生的沼气量具有"1+12"的能量转化效果,这种方式可以使污水处理厂演变为"能源工厂"的角色,而且还能省去餐厨垃圾单独处置所需的各种设施。     

广州市餐厨垃圾不同处置方式的经济与环境效益比较

对广州市餐厨垃圾采用填埋、焚烧、综合处理3种处置方式的经济和环境效益进行了对比分析。结果表明,对于一座日处理能力为500t的餐厨垃圾处理厂而言,如果采用制取沼气和提炼生物柴油的综合处理方式,则年处置费用约为3833万元,年运输成本约为1825万元,年总收益(主要为出售生物柴油和发电)为7093万元,年净收益可达1435万元;一座日处理能力为500t的餐厨垃圾处理厂通过综合处理提炼的生物柴油若替代普通柴油使用,则每年可减少CO2排放量达110000t,而且餐厨垃圾厌氧发酵过程中产生的CO2也能被有效回收并加以利用。总体来说,综合处理方式既实现了餐厨垃圾的资源化有效利用,也达到了低污染排放的目的,经济与环境效益均达最佳。     

利用米曲霉发酵餐厨垃圾产水解酶促进污泥厌氧消化

将米曲霉接种到餐厨垃圾中生产水解酶,并利用此生物酶强化污泥厌氧消化。对比分析了富含水解酶的餐厨垃圾(实验组)、中温灭活富含水解酶的餐厨垃圾(对照组A)和未发酵餐厨垃圾(对照组B)分别与剩余污泥厌氧共消化情况;考察了实验组对污泥厌氧体系的促进效果;并运用3种模型对反应体系中底物的产甲烷潜力进行了拟合。结果显示,实验组甲烷含量最高可达71.51%;挥发性固体单位累计甲烷产量为(308.46±19.47) mL·g~(-1),相比对照组A和对照组B显著提高(P0.05),分别是对照组A和对照组B的1.56倍和1.31倍。修正的Gompertz模型优于一级动力学模型和Cone模型,能够很好地预测厌氧消化体系的最大甲烷产量,更适宜于拟合富酶餐厨与剩余污泥厌氧共消化体系。     

餐厨垃圾连续堆肥处理系统中试研究

餐厨垃圾是影响城市环境重要的污染源,其处理尤其是就地堆肥处理近年来受到重视.为了利用园林绿化基质作为餐厨垃圾堆肥的水分调节材料,按照1:1体积比进行连续堆肥,研究添加园林绿化基质对餐厨垃圾堆肥过程中理化指标的影响,为餐厨垃圾无害化处理提供科学依据和技术指导.结果表明,物料堆肥升温启动迅速,第3天就达到50℃,高温持续10 d以上,达到无害化要求;堆肥最终减容率达到53％以上,减量化效果明显;物料总氮和总磷含量呈升高趋势,总有机质含量降低,肥料营养元素含量在6％以上,符合有机肥国家标准(NY525-2002).总的来说,园林绿化基质作为调理剂与餐厨垃圾联合堆肥方法可行,减量化效果好,品质符合标准.     

微生物燃料电池与好氧堆肥协同处理餐厨垃圾

实验主张将餐厨固体垃圾和餐厨废水分开处理,并研究微生物燃料电池(MFC)作为餐厨废水和堆肥渗滤液处理工艺的可行性,通过调节不同的有机负荷,分析其生物产电的潜力和处理效率。对于餐厨废水而言,3 000 mg/L是较为理想的处理浓度,输出电压最高,始终维持在0.5 V以上;高于此浓度时电压输出特性与底物浓度呈现反相关,输出电压略低于0.5 V。极化曲线,电化学阻抗分析等也都表明3 000 mg/L是较为理想的处理浓度。而且在各种浓度下经MFC处理后的餐厨废水去除率均在90%左右,出水COD均低于400 mg/L。至于堆肥渗滤液,虽然在产电性能、去除效果上较餐厨废水稍差一些,但整体上与餐厨废水呈现出相似的规律。以上结果表明,餐厨垃圾中的废水可以通过MFC有效的去除和实现能量的回收。     

新型复合菌种降解餐厨垃圾

餐厨垃圾占我国目前的城市垃圾结构的比例为30%~50%,采用微生物技术是实现餐厨垃圾减量化,资源化和无害化的有效方法。本研究引进日本东北大学选育的复合菌种,利用菌种将餐厨垃圾发酵分解成有机肥料,探究复合菌种降解效果及产出物的可用性,并对中试微生物处理机操作条件进行优化。结果表明,复合菌种处理餐厨垃圾减量率85%以上,升温快速,高温维持时间较长,腐熟时间较短,腐熟彻底。Fluent软件模拟结果显示:中试采用七叶桨搅拌器优于五叶桨,搅拌转速为6 r·min-1时,经济性和混合效果均较佳。     

响应面法优化黄粉虫幼虫处理餐厨垃圾饲养条件的研究

研究了黄粉虫幼虫处理餐厨垃圾的方法.首先在饲养温度、饲料含水量和饲养密度等条件下进行单因素实验,然后,以利用率为指标,运用响应面法优化了黄粉虫幼虫处理餐厨垃圾的饲养条件,结果表明,最佳饲养条件为饲养温度26.7℃、饲料含水量14.5％、饲养密度4.1头/cm2.在此饲养条件下,黄粉虫对餐厨垃圾利用率理论值为38.72％,实际餐厨垃圾利用率为38.88％,相对误差为0.41％,说明利用黄粉虫幼虫处理餐厨垃圾具有较好的效果.     

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。     

基于生命周期分析的餐厨垃圾肥料化利用环境风险评价研究

餐厨垃圾肥料化利用过程的风险因子主要产生于原料运输与存储、预处理、堆肥、废物填埋和肥料化产品施用5个过程,其风险影响包括地表水和地下水污染、恶臭污染、土壤盐碱化和影响作物生长以及由此引起的人体健康损害.基于生命周期全过程分析,以好氧堆肥为代表的餐厨垃圾肥料化利用的环境风险为研究对象,系统地分析了餐厨垃圾堆肥过程中的潜在风险,归纳并提出风险源项估算以及环境风险影响评价的具体方法和相关参数,通过南京市餐厨垃圾示范性项目案例,说明餐厨垃圾肥料化利用风险评价方法的具体应用.     

餐厨垃圾厌氧发酵特性的研究

为了实现餐厨垃圾低成本现场能源化处理,利用单相法,采用正交试验法,研究了接种率、温度和含水率对餐厨垃圾厌氧发酵过程中运行特性的影响。结果表明,接种率、含水率、发酵温度以及它们之间的交互作用对餐厨垃圾产气效果影响显著,其中以接种率与温度的交互作用影响最为显著,其次是含水率。采用单相法进行55℃高温厌氧发酵,保证65%左右的接种率和90%以上的含水率,完全可以实现餐厨垃圾现场处理。     

不同园林废弃物对污泥和餐厨垃圾厌氧消化的影响

将甘蔗叶、小心叶薯和合欢按不同的物料配比加入到污泥和餐厨垃圾中,考察了3种园林废弃物对污泥和餐厨垃圾厌氧消化处理的影响.实验结果表明,添加小心叶薯、甘蔗叶和合欢可显著提高污泥厌氧消化的沼气总产量以及甲烷总产量.当污泥与甘蔗叶以5:3的湿质量比混合时厌氧消化效果最佳,此时沼气总产量、甲烷总产量分别为污泥对照组的22.4、37.7倍.然而,甘蔗叶对提高餐厨垃圾厌氧消化效果的作用有限,合欢对餐厨垃圾厌氧消化具有明显抑制作用,添加合欢后沼气总产量比餐厨对照组低48％.     

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。