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。     

餐厨垃圾发酵废液组分表征

餐厨垃圾发酵废液是在利用餐厨垃圾发酵产乙醇的过程中蒸馏后产生的废液。为研究分析餐厨垃圾发酵废液的组成成分,利用国家标准方法对其常规水质指标、无机离子进行了检测,并利用三维荧光光谱技术和固相萃取-GC/MS技术对其有机物组分进行了分析。结果表明:餐厨垃圾发酵废液为SS=1 000 mg/L,COD=60 000 mg/L的高悬浮物、高浓度有机废液,TN和TP含量分别为700 mg/L和180 mg/L,废液可生化性好;其金属阳离子和无机阴离子以Na+、Cl-为主,浓度分别为1 200 mg/L和2 200 mg/L;有机物组分以芳香族蛋白质类物质为主,约占有机物总量的80%;在可挥发性有机组分中,餐厨垃圾发酵废液中以酸类和醇类物质为主,易于生物降解,且有可回收利用价值。     

含油量对餐厨垃圾厌氧发酵的影响

在35℃条件下,研究了不同含油量（0％、1％、2％、3％、4％、5％）餐厨垃圾中温厌氧消化过程中日产气量、甲烷含量、总固体（TS）、挥发性固体（VS）、干物质产气率等的变化,为后续餐厨垃圾连续发酵的预处理提供参考。结果表明：5％含油量餐厨厌氧发酵周期最长,累计产气量最大,为5800mL。在消化过程中,沼气中甲烷含量先上升后下降,最高可达76％;于物质产气率随含油量增大而增大,依次为497．4、506．1、543．8、554．4、590．7和600．1mL／gTS;5％含油餐厨垃圾的TS和VS去除率最大,分别为34．4％和42．9％。     

餐厨垃圾的高温厌氧消化处理研究

在55℃条件下,研究了餐厨垃圾高温厌氧消化过程中pH、VFA、总磷、产气量以及COD、TS和VS的变化,结果表明：在消化过程中pH先下降后上升,总VFA浓度增大,而其中游离态VFA浓度先增大后减少。消化过程总产气量为43 211 mL,整个过程消耗TS的平均产气率为158.98 mL/g TS,COD去除率为38.76％,总磷去除率达到98.87％,底物TS和VS去除率分别31.71％和50.24％。经过厌氧消化处理,沼渣中不含对人体和许多动物有害的沙门氏菌、痢疾杆菌、大肠杆菌及粪大肠杆菌,而富含有机质、氮、磷和钾等的营养物质和芽孢杆菌、防线菌等有益菌种。     

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.     

餐厨垃圾厌氧产氢综述

针对餐厨垃圾厌氧产氢过程,从工艺、单组分底物厌氧产氢和过程机理研究阐述了国内外进展,并对未来研究发展方向进行了展望.研究成果表明,餐厨垃圾厌氧发酵产氢过程可行,但影响因素多,系统不稳定,大部分研究停留在实验室小试阶段.尚需针对餐厨垃圾厌氧发酵产氢优势菌种选育、生态因子调控、代谢机理、反应器改进和系统控制模拟等方面开展研究,为该技术的大规模应用提供研究基础.     

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.     

餐厨垃圾与活性污泥混合厌氧发酵研究

为实现固体废弃物的能源化利用,对餐厨垃圾与污水处理厂活性污泥进行混合厌氧发酵,通过单因素实验考察了餐厨垃圾与活性污泥的物料配比、TS质量分数、接种量及温度等因素对产气性能的影响,在此基础上利用正交实验探索多因素共同作用对混合厌氧发酵产气特性及产甲烷量的影响。结果表明,多因素对累积产甲烷量的影响顺序为接种量TS质量分数温度物料配比,混合厌氧发酵的最佳条件为物料配比4∶6(质量比)、TS质量分数6%、接种量55%(质量分数)、温度40℃。三次函数可以用于模拟最佳条件下混合厌氧发酵过程中日产甲烷量与发酵时间的关系,模型拟合效果较好(P0.001),达到极显著水平,R~2为0.832,拟合结果可靠性高。     

国内成功运营的餐厨垃圾处理厂臭气排放特征研究

选择目前国内成功运营的餐厨垃圾资源化处理厂为采样点,采用气相色谱．质谱联用（GC／MS）技术对该厂的主要工段,如卸料室、破碎室、湿热反应器出气口、好氧发酵仓、厌氧发酵区以及厂界的臭气进行了定性和定量的分析。结果表明,6个采样点共检测出包括芳香烃、硫化物、卤代物、烯烃、烷烃、醇、醛、酮和酯在内的9类66种物质,各采样点臭气总浓度分别为：11．738、18．390、30．917、25．097、4．737和2．635mg／m3。其中湿热反应器出气口处恶臭气体浓度最高,其芳香烃、硫化物、卤代物、烯烃、烷烃、酮及酯类物质均高于其他检测点,需对该工段进行重点监测和控制。恶臭排放特征分析表明,各点的H2S浓度均超过嗅觉阈值,除厂界外甲硫醇和二甲二硫检测值均超过嗅觉阈值。     

含盐量对餐厨垃圾干式厌氧发酵的影响

在中温(35℃)和高温(55℃)条件下,研究了不同含盐量(质量分数分别为0、1%、2%、3%、4%、5%)对餐厨垃圾干式厌氧发酵过程中日产气量、累积产气量、总固体(TS)、挥发性固体(VS)、沼气成分的影响。结果表明,在中温和高温条件下,当含盐量为3%(质量分数)时累积产气量均达到最高值,分别为1 244、1 419mL。此时,TS、VS的去除率也最高,中温时的去除率分别为43.2%、45.6%,高温时的去除率分别为48.3%、50.9%。餐厨垃圾干式厌氧发酵过程中沼气的甲烷含量逐渐升高,第28天时达到最高;含盐量为3%时中温和高温厌氧发酵条件下甲烷含量最高,分别为78.7%(体积分数,下同)、90.0%。     

高压热水液化厨余垃圾的可行性研究

以高压热水为反应媒体处理厨余垃圾,得到液、气、固3种产物,并用GC-MS、GC-TCD和元素分析的方法对产物进行了表征。结果表明该技术处理厨余垃圾在实现减量化（达90.6%）和无害化的同时,可以达到资源化的目的。得出最优反应条件为：反应温度400℃,压力21.2 MPa,反应时间为40 min,优化的条件下固、液、气3种产物收率分别为21.5%、55.0%和5.2%。此外,对主要典型产物的形成机理进行了探讨。     

园林废弃物与餐厨厌氧沼渣混合热解特性及动力学分析

为了探究园林废弃物和餐厨厌氧沼渣的热解特性以及2者混合热解的交互作用。采用热重分析法对餐厨厌氧沼渣、园林废弃物及其不同比例的混合样品热解特性进行了分析,并研究了混合比例和升温速率对热解过程的影响。结果表明,园林废弃物与沼渣单独热解时,园林废弃物热解反应活性高且能耗低,热解终温为400 ℃左右;沼渣热解反应活性低且能耗高,热解终温为600 ℃左右。混合热解实验中,随着园林废弃物添加比例升高,样品热解残余率不断下降,综合热解指数不断增大,园林废弃物与沼渣混合热解适宜的添加比例为50%,热解终温为600 ℃左右。采用Coats-Redfern积分法对园林废弃物、沼渣及混合样品进行动力学分析,园林废弃物和餐厨厌氧沼渣反应活化能分别为12.08和1.79 kJ·mol⁻¹,混合样品实际活化能均略高于理论值。这说明,2者混合热解过程中存在一定抑制作用,但对热解过程影响不大。本研究结果可为园林废弃物与餐厨厌氧沼渣混合热解处理提供参考。     

药用虎杖剩余物的化学组成与热解特性

为了探索药用虎杖加工剩余物资源的合理化利用途径,以药用虎杖的秸秆、根和药渣为研究对象,利用热重分析法(TGA)研究了三者的热解特性及其动力学规律,利用Py-GC-MS技术研究了秸秆、根和药渣在快速裂解条件下的产物分布及热裂解机理。结果表明：虎杖秸秆、根和药渣的热解过程主要分为干燥、主失重和炭化3个阶段;采用Coats-Redfern法对三者的热解动力学进行了分析,获得了虎杖秸秆、根和药渣的热解动力学机理函数,热解动力学机理分别为三维扩散Jander机理、2级化学反应机理和二维扩散Valensi机理,其热解活化能分别为113.87、64.49和28.16 kJ·mol-1。快速热裂解产物表明,中药加工剩余物在热裂解制备乙酸、糠醛及酚类化合物等精细化学品方面具有一定的开发前景。     

餐饮垃圾提油中试实验的加热釜参数选择

为了选择适宜的水蒸气直喷加热餐饮垃圾预处理提油工艺的加热温度,通过中试规模提油实验,研究了加热釜不同加热温度（60~120℃）下的提油量,以及加热釜的热能利用率。结果表明,加热釜加热温度为90℃时,每吨湿餐饮垃圾,提油量为（33±1）kg粗油脂,提纯出的粗油脂含水率小于3%,油脂回收率约为62.7%,且此时可获得较大利润,加热釜热能利用率约63.9%~78.6%。该中试实验研究为餐饮垃圾湿热提油工艺的应用提供了理论数据支持。     

废弃植物中药渣的热解特性及动力学研究

采用热重分析法(TGA)对丹参中药渣的热解特性及其动力学规律进行了研究。分析了不同升温速率(10、30和50℃/min)和不同粒径(0.85~0.6、0.3~0.18和0.125~0.1 mm)药渣的热解特性。结果表明,药渣热解可分为3个阶段:预热干燥阶段、主热解阶段和碳化阶段,随升温速率的升高,热重(TG)和微分热重(DTG)曲线向高温侧移动,药渣的最大失重速率也显著增加;与大颗粒相比较小颗粒的挥发分产量较大。采用Coats-Redfern法和Flynn-Wall-Ozawa(FWO)法对药渣热解的动力学进行分析,选出了较为合理的机理函数,并计算得出药渣热解活化能为62~72 kJ/mol。     

湿热预处理对北京市典型餐厨垃圾生物制氢潜力的影响

采用北京市2种典型餐厨垃圾,研究不同湿热预处理温度（40、80、120和160℃）和时间（30、60、90和120 min）对2种典型餐厨垃圾理化性能的影响。在此基础上,阐明餐厨垃圾厌氧产氢潜力。结果表明,湿热预处理温度、时间对餐厨垃圾可浮油脱出量具有显著影响,ρ（SCOD）、ρ（TOC）与VS/TS呈负相关。餐厨垃圾处理厂的厨余垃圾经120℃湿热预处理30 min后,可浮油脱出量最大达17 mL·kg-1,ρ（SCOD）、ρ（TOC）分别为150.99、57.91 g·L-1;食堂的餐饮垃圾经160℃湿热预处理30 min后效果最佳,可浮油脱出量最高达99 mL·kg-1,ρ（SCOD）、ρ（TOC）分别为120.69、62.58 g·L-1。餐饮垃圾经160℃湿热预处理30 min,在中温（35±1℃）、高温（55±1℃）厌氧制氢,高温比产氢率和最大产氢速率分别可达40.58 mL·g-1 VS、29.20 mL·h-1,与未经预处理组比提高0.78、2.02倍,中温产氢启动时间缩短1倍以上。可见,湿热预处理能显著改善餐厨垃圾理化性质,提高微生物的底物利用效率,提高餐厨垃圾厌氧制氢量及产氢效率。     

不同氧浓度下脱脂餐厨垃圾燃烧特性及动力学研究

利用热重分析法和Coats-Redfern积分法,对不同氧浓度下脱脂餐厨垃圾的燃烧特性进行研究,得到了各试样的着火温度、燃烬温度及综合燃烧特性指数,并通过燃烧动力学分析得到各试样的活化能。实验结果表明,燃烧温度从室温升至1 000℃时,脱脂餐厨垃圾燃烧过程可分为3个失重阶段:水分析出阶段、挥发分析出及燃烧阶段和固定碳燃烧阶段;随着氧浓度的升高,脱脂餐厨垃圾最大失重率以及燃烧特性指数等燃烧特性参数都有显著变化。根据Coats-Redfern积分法计算得低温和高温阶段的活化能分别为83.76~91.2 k J/mol和95.25~141.7 k J/mol。     

油田采油污泥的热解动力学及其热解效果研究

以新疆克拉玛依油田采油污泥为对象,分别采用热重分析仪和小型流化床热解反应器研究了含油污泥的热解过程及其热解效果。结果表明,油泥热解主要经历了失水、轻质组分挥发、重组分快速热解失重和缓慢失重4个阶段,热解过程基本符合一级动力学方程,提高热解的升温速率,可使油泥的最大失重速率D_max、失重速率峰值温度θ_max、升温终点的最大失重率都随之增加,表现在动力学上,反映出表观活化能和碰撞频率因子的同时升高,即提高油泥热解转化率的同时也影响了热解效率。失水油泥用流化床热解,在热解温度600℃、反应时间3 min时,油泥回收率可达到87%。     

采用正交实验优化湿热法处理厨余垃圾的工艺条件

实验采用3因素3水平的正交实验设计方法,研究了湿热法处理厨余垃圾并使其饲料化的加工工艺中,时间、温度、加水量对厨余垃圾饲用价值的影响,选取粗蛋白、粗脂肪、粗纤维、粗灰分、钙和盐分为评价指标,确定反应的最佳工艺条件。实验结果表明,反应的最佳工艺条件为温度100℃、加水量50%、反应时间30 m in。