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。     

调理剂和通风方式对污泥生物干化效果的影响

采用了自主设计的污泥生物干化实验室模拟系统,研究了调理剂、物料配比和通风方式等实验条件对脱水污泥生物干化的影响效果。研究结果表明,与锯末相比,秸秆有利于反应物料温度的上升,含水率下降程度更大;利用秸秆调节污泥初始含水率在60%和65%的实验条件下时,物料的平均含水率分别下降了7%和6%,当初始含水率65%时,生物堆体的温度和含水率没有明显的变化;与连续通风相比较,间歇通风的实验条件有利于生物堆体的温度的升高和干化效果;在该实验中,最佳的生物干化条件是以秸秆为调理剂,初始含水率调至65%以下,以间歇方式进行通风。     

城市生活垃圾机械生物处理效果

采用机械生物处理工艺研究了淋洗水解、脱水与好氧生物干燥对城市生活垃圾的处理效果.结果表明:在淋洗水解及压榨脱水机械生物处理阶段,控制淋洗液与生活垃圾重量比2∶1,停留时间1.2 ～1.4 d条件下,生活垃圾可以减量49.7％.而过程中产生的淋滤液COD为32 939 mg/L、pH为5.1、COD∶N∶P=261∶5∶3.6,可以进行厌氧消化处理或作为碳源进行资源化利用.在好氧生物干燥阶段,通风量采用0.08 m3/min,2～3d堆体温度可升至73℃,7d左右即可产出LCV高达15 000 kJ/kg左右的高品位垃圾衍生燃料(RDF),其产率为38.2％,氯元素含量低于0.5％,重金属含量较低,满足燃料要求.     

生物沥浸污泥深度脱水后自然干化与焚烧处置效果及影响因素

脱水污泥的干化效果对污泥后续焚烧处置及资源化有重要影响。比较了生物沥浸处理后深度脱水污泥与常规脱水污泥的水分蒸发速率差异,以评价其干化效果。在此基础上,对城市污泥生物沥浸示范工程中得到的有机质含量为44％（干物质计）,干基高位热值为9250kJ／kg,含水率≤32％,颗粒粒径≤8mm的污泥样品,采用小型循环流化床焚烧炉（内径600mm,高度6500mm,污泥给料量200kg／h）进行焚烧处置初步研究。结果表明,在同样干化时间下,生物沥浸后脱水污泥相对于常规脱水污泥有较快的水分蒸发速度。在保证污泥颗粒在流化床炉内达到较好的流化状态前提下,该生物沥浸污泥可以在流化床炉内实现自持焚烧,相应流化床炉温可以被恒定维持在850℃左右。焚烧后残渣热灼减率为2．36％。同时发现,污泥有机质含量、污泥含水率、污泥的颗粒破碎度、流化床布风板风量等因素共同决定着城市污泥的自持焚烧效果。此研究将为城市污泥生物沥浸后期焚烧资源化应用提供必要的参数支持及合适的运行建议。     

剩余污泥生物干化处理及产物土地利用潜力

以昆明地区污水处理厂脱水污泥为对象进行生物干化处理,考察了典型工况条件下污泥干化处理效果,探究了微生物活性及其有机质代谢,并对干化处理产物的土地利用潜力进行了评价分析。结果表明,采用污水厂脱水污泥进行处理时,混合物料初始含水率以65%左右较为适宜,采用底部间歇曝气+顶部间歇抽风的通风方式,堆体自热升温至60℃以上,高温期持续时间长达30 h;干化处理120 h时,含水率降低至50%以下,水分净去除率达到16%。干化进程中,混合料中DOC质量浓度呈降低趋势,但SCFAs组分及其浓度波动明显。伴随着堆体温度的变化,常温、中温或嗜热微生物发生更替,微生物活性及其生化代谢差异明显。干化产物中可溶性磷以及氮钾质量分数均较高,重金属Cd、As、Hg满足GB4284-2018 B级标准限值,Cr、Pb等其他重金属质量浓度满足A级标准限值,种子发芽指数GI值高达90%,污泥干化产物具备园林绿化、矿山修复等方面土地利用前景。本研究结果可为污水厂污泥处理处置及资源化利用提供参考。     

餐厨垃圾和绿化废弃物换向通风好氧堆肥

以某高校餐厨垃圾和绿化废弃物为原料,利用一种换向通风的堆肥降解装置对其进行好氧堆肥处理,研究了2个进气温度(35℃、45℃)和3个通风速率(1.5、2.5和4 m3/h)6个处理组对堆肥原料理化性质(堆体温度、含水率、pH值、有机质含量、C/N、种子发芽指数)的影响。餐厨垃圾和绿化废弃物进行15 d好氧堆肥后,pH值上升到7左右,有机质含量达到20%~80%,C/N都降到20以下,种子发芽指数均大于50%。经过1个月腐熟,其含水率≤30%。上述指标符合有机肥料标准(NY525-2011)的要求,该堆肥产物可用于园林绿地,具有显著的经济效益和生态效益。本研究结果表明,将城市餐厨垃圾和绿化废弃物混合后进行好氧堆肥是废弃物处理的高效工程,具有良好的发展前景。     

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。     

我国典型村镇春季生活垃圾的理化特性对比

选取了12个省份所在的72个典型村镇进行垃圾样品采集,系统分析了我国典型村镇春季生活垃圾组成及理化特性在不同方面对村镇春季生活垃圾组成与特性进行了对比,对村镇舂季生活垃圾组成成分与理化特性进行了相关性分析,結果表明,春季村镇生活垃圾组成中以厨余类(31.39%)和灰土类(22.05%)为主,其次为橡塑类(13.84%)和纸类(14.58%),有害类(0.39%)含量最低。在舂季,村镇生活垃圾容重变化范围在82.50·398.86 kg·m~(-3)之间,平均值为256.25 kg·m~(-3);含水率在41.03%·77.53%之间,平均值为54.03%;湿基低位热值在1 056~7 553 kJ·kg~(-1)之间,平均值为3 611 kJ·kg~(-1)。村和镇的春季生活垃圾组成与理化特性无明显差异;南方地区村镇春季生活垃圾含水率高于北方地区,湿基低位热值低于北方地区;不同经济区域之间村镇春季生活垃圾组成随经济发展水平存在一定规律。村镇舂季生活垃圾湿基低位热值与厨余类、含水率存在显著负相关性,与橡塑类、纸类有显著正相关性。     

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。     

辅料比例对餐厨垃圾好氧堆肥及微生物特性的影响

添加不同质量米糠为堆肥辅料与餐厨垃圾混合进行好氧堆肥,通过调节堆体含水率和C/N,旨在考察不同辅料比例条件下堆肥理化特性变化规律及微生物酶活变化情况。结果表明,餐厨垃圾∶米糠质量比分别为3∶1、4∶1和5∶1的堆体均能进入高温阶段,高温阶段持续5~6 d,其中3∶1处理升温最快,最高温度可达70.9℃。堆体pH上升至7.5~8.5,初期水萃COD/TN快速下降至10左右,周期结束时含水率和有机质削减量分别为21%~30%和27%~37%。5∶1处理C/N下降最多,GI50%,达到基本腐熟,而其他2个处理腐熟效果不佳。在堆肥过程中,与水解进程相关的蔗糖酶活性高峰出现在升温阶段,而与氧化还原过程相关的脱氢酶活性随时间不断增大,腐熟度增加。     

污泥干化焚烧联用系统最佳运行工况研究

污泥干化焚烧联用系统将污泥焚烧产生的能量用于污泥干化,可实现污泥处理的节能降耗。对于污泥干化焚烧联用系统的运行,进厂污泥负荷、初始含水率、热值、污泥干化目标含水率是最大的影响因素。为实现污泥干化焚烧联用系统的低能耗和安全稳定运行,结合国内某污泥干化焚烧处理工程,建立了污泥干化焚烧联用系统能量和物料平衡模型,在此基础上研究了变工况条件下污泥干化焚烧联用系统的运行模式,分析了运行负荷、污泥热值、进厂污泥含水率、入炉污泥含水率发生波动时,对污泥干化单元和污泥焚烧单元所产生的影响,并提出了对应的运行策略。     

接种菌剂对城市污泥生物干化过程中干化效果和氮素转化的影响

以广州某污水处理厂压滤污泥为原料,木屑为调理剂,添加接种菌剂和碳源,采用间歇强制通风方式进行了周期8 d的生物干化实验,研究了不同接种菌剂量对生物干化过程中温度、含水率、pH、挥发分以及氮素形态转变的影响。实验共设4组,接种菌剂添加量分别为0、2‰、4‰和6‰,其他条件相同。实验结果表明,在接种菌剂添加量为4‰时,综合生物干化效果最好。堆体温度和pH在初期升高最快,含水率降低到51.73%,挥发分降低到42.04%。在氮素转化方面,污泥中的氮素在初期最容易向氨氮转化,而后期则较多的向硝氮转化。污泥的总氮含量从40.3 g/kg降低到27.6 g/kg,氮损失率为31.51%。     

碳氮比对堆肥过程NH3挥发和腐熟度的影响

通过强制通风静态堆肥试验,研究了不同碳氮干质量比(简写为C/N)处理(17.6、24.0、32.4、40.3)对猪粪堆肥NH3挥发和腐熟度的影响.结果表明:(1)不同C/N处理间NH3变化存在极显著差异.低C/N处理的NH3挥发明显大于高C/N处理;(2)当C/N为17.6、24.0、32.4和40.3时,其氮素的损失率分别为32.19%、20.80%、13.65%和7.66%,说明C/N越低,其氮素损失越大;(3)低C/N堆肥盐分过高,会抑制种子发芽率,而高C/N会导致堆肥肥料养分含量不达标.相比之下,C/N为24.0和32.4的处理较有利于减小氮素的损失和促进堆肥的腐熟.因此,综合考虑各方面因素,堆肥的C/N控制在25～30为宜.     

不同添加剂下污泥堆肥化处理氮素变化研究

研究采用了高温好氧堆肥的方法,将城市生活污泥与不同比例花生壳、干污泥混合,在密闭反应器中堆肥,研究堆肥过程中氨气挥发量以及各种形态氮素含量的变化情况。结果表明,初始含水率调整在60%左右,综合堆体温度、含水率下降、氨气挥发量及氮素转化损失量,在污泥处理中添加8.3%花生壳+41.7%干污泥的处理效果最佳,其单位时间氨气挥发量为对照处理的1/5,全氮损失8.9%。在实际生产中,可以将堆肥产物干污泥循环使用,再辅以少量花生壳等干物料进行污泥堆肥,可达到降低成本的效果。     

造纸污泥生物干化特性及其影响因素实验研究

采用自主设计的污泥生物干化实验装置,研究了造纸污泥生物干化特性及其影响因素。重点研究了物料配比和评价参数（温度、pH值、含水率、挥发性固体、ATP含量和淀粉分解菌数量等）的变化规律。结果表明：通过正交实验获得生物干化的最优物料配比为：淀粉（25g／500g）、锯末（40g／500g）、接种量（15mL／500g）和磷酸二氢钾（5g／500g）。造纸污泥生物干化过程中,物料温度、pH值、含水率、挥发性固体、ATP含量和淀粉分解菌数量等指标变化规律性强,效果指示性明显,均可作为污泥干化效果的表征参数。在最优工艺条件下,污泥温度达到47．8℃,经过7d生物反应后,含水率降低到50．3％,挥发性固体降低到49．5％,生物干化效果显著。     

磁场处理对市政污泥脱水性能的影响

为研究磁场对市政污泥脱水性能的影响,通过自主研制的磁场装置,开展了4种不同含水率(99.15%、97.41%、95.52%和93.73%)的市政污泥的磁场处理实验。实验结果表明:市政污泥经过磁场处理后脱水性能显著改善;高含水率下的污泥在磁场作用下脱水性能改善效果比低含水率好,在4种含水率下市政污泥的毛细吸水时间最大依次降低了90.5%、65.8%、61.6%和51.6%;通过实验数据优化分别得出4种含水率下污泥的最佳磁场处理强度和最佳磁场作用时间,且磁场强度、磁场作用时间与市政污泥含水率均呈二次多项式的关系;磁场处理对污泥离心脱水有影响,市政污泥经过磁场处理比未经过磁场处理的离心脱水含水率降低了约0.6%;建议在市政污泥脱水工艺中可考虑磁场与其他预处理工艺联合处理的方法以前达到更好的脱水效果。     

水分快速分析仪测定城市污泥的含水率

污泥含水率是污水处理、污泥处理及污泥处置利用等环节的重要评估指标。本研究采用快速测定法对不同类型城市污泥含水率进行测定,考察了污泥含水率、质量、颗粒度对测定结果影响,并与国标重量法进行比较。结果表明:污泥质量对快速法测定结果影响较小,原始污泥测定结果标准偏差在0.01%~0.05%之间,常规脱水污泥和生物沥浸脱水污泥测定结果标准偏差均为0.03%;相比国标法,脱水污泥含水率越低,快速法测定结果误差越大,常规脱水污泥和生物沥浸脱水污泥测定结果相对误差分别为-2.09%和-3.49%;脱水污泥颗粒度越大,快速法测定结果偏差越大,常规脱水污泥和生物沥浸脱水污泥总体样本标准偏差分别为0.43%和1.25%。另外发现,在相同干化条件下,生物沥浸脱水污泥相对于常规脱水污泥有较快的水分蒸发速度。针对城市污泥,为缩短测定时间和提高工作效率,待测污泥优选质量≤4 g和颗粒度≤3 mm,且建议只在生产运行中使用,室内科研实验优选国标法。     

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)。     

生物淋滤改善城市污泥的脱水性能

污水处理过程中产生大量剩余污泥,使得污泥脱水逐渐成为污泥处理的关键环节。本研究采用生物淋滤方法处理城市污泥,改善污泥脱水性能。通过污泥比阻、滤饼含水率和离心脱水率的变化评价生物淋滤改善剩余污泥脱水性能的效能。综合考虑污泥脱水性能改善效果和运行成本,生物淋滤优化条件为:硫粉投加量3 g/L;Fe2+投加量4 g/L;接种物投加量(接种物与供试污泥的体积比,mL/mL)0.4。在优化条件下,污泥体系被酸化至pH为2.0左右需要36～48 h,淋滤污泥的比阻由1.26×1014 m/kg降至8.14×1012 m/kg,降低了93.54%,滤饼含水率从98.39%降至73.68%,同时污泥离心脱水率从72%提高到83%。回调淋滤污泥pH至6.0,污泥比阻继续降至8.27×1011 m/kg,污泥比阻降低99.34%,污泥从难脱水状态转化为易脱水状态。通过污泥体系中铁离子和污泥絮体特征的变化,分析生物淋滤改善污泥脱水性能的机理。作为底物投加的Fe2+在微生物氧化作用下快速转化为Fe3+。生物氧化产生的Fe3+的絮凝作用可能是生物淋滤改善污泥脱水性能的主要机理。     

利用废弃物衍生燃料的热化学处理法制富含氢气合成气

为了探讨利用热化学方式从城市垃圾中制取富含氢气合成气过程的要素影响,解析氢气发生特性及其与主要影响要素之间的关系。在分析了城市生活垃圾组分特性的基础上,将其加工成组分均一的废弃物衍生燃料(refuse de-rived fuel,RDF),并在700、800和900℃等3个温度条件下,分别开展了RDF的热解、气化及水蒸汽气化等实验。研究表明,RDF的加工不但可有效降低垃圾含水率,还可将垃圾热值提高近1倍。温度和添加水蒸汽是从RDF中制取富含氢气合成气过程中的关键影响要素。其中,温度对氢气生成起到至关重要的决定作用,温度的提高对促进H2浓度的提高有利,同时,在气化过程中添加水蒸汽,可有效促进CO和H2等有价气体组分生成。在900℃的高温水蒸汽气化处理过程中,可获得H2浓度最高为34.13%的合成气。另外,800℃热解过程所产生的合成气热值最高,达到14 509 kJ/Nm3。