生物炭促进餐厨垃圾发酵产己酸效能及机理研究

研究了餐厨垃圾制备的水热炭和热解炭对餐厨垃圾发酵产己酸的影响,分析了生物炭的理化性质及微生物群落结构。结果表明:空白组己酸最大产量仅为1.65 g COD/L,投加5 g/L水热炭和热解炭对产己酸均有促进作用,己酸最大产量分别为3.64,24.24 g COD/L,为空白组的2.2,14.7倍;而过量水热炭和热解炭(10 g/L和20 g/L)反而对产己酸具有抑制效应。生物炭理化性质对比分析表明:热解炭可促进直接种间电子传递,比表面积更大的热解炭可为产己酸功能菌群提供更大面积的附着位点,富集己酸功能菌,促进乙醇和丁酸转化成己酸。微生物群落分析表明:5 g/L热解炭组产己酸功能菌Clostridium_sensu_stricto_12、Caproiciproducens和Clostridium_sensu_stricto_11的相对丰度分别为35.6%、2.0%和1.7%。     

中国餐厨垃圾管理现状研究

基于网络报道,对截至2015年9月的全国100多座城市(区)的餐厨垃圾管理情况进行了信息搜索和汇总整理,由此对国内餐厨垃圾管理规定、各省市餐厨垃圾处理能力、国内餐厨垃圾处理设施整体建设进度、餐厨垃圾处理工艺技术应用、不同项目的建设投资进行了统计分析,并从设施建设、收运体系、监管体系、收费制度4个方面对国内餐厨垃圾管理的发展趋势进行了展望。     

基于固液分离预处理的餐厨垃圾厌氧发酵

研究不同预处理方法所获餐厨垃圾浆料的半连续式厌氧发酵效果,评价该类餐厨垃圾的产甲烷资源化潜能.结果表明,固液油三相分离预处理后的液相餐厨垃圾作为进料较固液混合相餐厨垃圾在厌氧发酵时具有更高的VS去除率,实际产甲烷潜能和甲烷转化率,分别为91.2％,531.5mLCH4/gVS和54.3％,表明液相餐厨垃圾半连续中温湿式...     

餐厨垃圾特性及处理技术研究

餐厨垃圾是城市生活垃圾的主要组成部分.餐厨垃圾中有机物含量丰富、水分含量高,容易腐烂并产生臭味气味,会对环境卫生造成恶劣影响.介绍餐厨垃圾的主要组成成分、特性以及对环境产生的危害.综述餐厨垃圾常规处理方法,包括粉碎直排、堆肥填埋、厌氧发酵及好氧发酵.重点考察厌氧发酵过程中氢能源产生的影响因素.综合比较各种处理方法的特点、适用条件、处理效果、影响因素等方面.综上得出厌氧发酵是一种对环境危害较小,同时可回收能源的处理方法,具有广阔应用前景.其研究重点在于提高餐厨垃圾的氢气产量、氢气浓度、产氢速率等指标.     

餐厨垃圾水热炭对全(多)氟烷基化合物的吸附性能

以高湿餐厨垃圾为对象,通过水热碳化结合高温活化制备水热炭(AC).采用多种表征手段对水热炭的理化性质进行刻画,并对一类全球关注的新污染物——全(多)氟烷基化合物(PFAS)进行吸附实验及动力学分析,以期为“以废治污”提供新思路.结果显示,经过活化处理的水热炭具有较高的比表面积(206.97m²/g)和疏水表面特性,有利于与PFAS的吸附结合.在环境相关浓度下(～40μg/L),PFAS在AC上的吸附分配系数(log K_d)在2.3 8～6.49L/kg范围内,高于其他生物炭的报道结果,说明AC对目标PFAS具有良好的吸附性能.吸附过程较符合Langmuir等温吸附模型及Elovich动力学模型,证明PFAS在AC上的吸附从机理上近似单分子层化学吸附过程.此外,对于PFCA和PFSA,log K_d值与全氟烷基链长呈正相关,表明疏水作用在AC与PFAS的吸附过程中发挥重要作用.     

餐厨垃圾资源化处理工艺研究

为了寻找一种对餐厨垃圾进行无害化、资源化的处理工艺,在调查研究分析国内外各种技术的基础上,采用高温燕煮消毒、微生物固一液发酵等综合处理的工艺将餐厨垃圾中的油生产生物柴油、水中水回用或排放、微生物发酵产生沼气、沼渣转化成为高蛋白饲料或生物肥料.从而真正的实现了餐饮垃圾的无害化、资源化、减量化,并将大大推动社套、经济和生态各方面的可持续发展.     

餐厨垃圾堆肥理化特性变化规律研究

餐厨垃圾主要包括厨余和泔脚,二者的化学组成、物料结构以及初始微生物量均存在差异. 对厨余和泔脚分别与相同质量比的木屑混合堆制的一次好氧堆肥过程进行了比较研究. 结果表明,在相同好氧堆肥条件下,二者的特性变化不同:与厨余堆肥系统相比,泔脚堆肥系统初始水溶性w(C)/w(N)高,堆肥pH较低,高温持续时间长,CO₂释放率高,NH₃挥发少,氮素损失低,堆制后堆肥含氮量升高; 但泔脚一次堆肥所需时间偏长,应采取有效方法加速其堆肥进程. 厨余堆肥系统升温快,堆肥周期短, 但生物可利用碳的短缺造成系统氮素损失量大,可采用在厨余堆肥中添加适当碳源等措施来减少氮素损失.      

餐厨垃圾规范管理研究

餐厨垃圾的规范管理不仅仅是环境保护或市容环境卫生问题,泔水猪、地沟油等敲响了食品安全的警钟.为此,从处理技术和管理制度两个层面出发,研究如何规范管理餐厨垃圾颇具现实意义.     

餐厨垃圾资源化技术研究探析

餐厨垃圾成分复杂,不便于收集、运输、处置,以餐厨垃圾为原料进行资源化处置,即减少了污染物的排放,又获得了清洁能源,餐厨垃圾合理处置是目前亟待解决的环境问题。文章阐述了目前餐厨垃圾的处理现状及研究进展,介绍了餐厨垃圾的中处置技术:堆肥技术、制燃料酒精、制氢、制沼气以及提取生物降解性塑料的技术。从餐厨垃圾资源化和环境保护的角度出发,对目前存在的问题提出了处置对策及建议。     

大粒径厨余垃圾水热碳化制备炭燃料

开展了不同温度条件（150～300℃）下大粒径（>2 cm）厨余垃圾水热碳化实验,研究了水热炭的理化性质、燃烧特性和关键元素迁移规律.实验结果表明,当水热温度过低,厨余垃圾颗粒尺寸影响水热碳化效果;大粒径厨余垃圾碳化需更高的水热温度;水热温度250～300℃产生的水热炭具有高热值(24.48～26.9 MJ·kg^-1)、高燃料比（0.44～0.56）、高含碳量（59.6%～65.6%）和低含灰量（8.51%～4.35%）的特点.随着水热温度提高,水热炭中碳含量升高、灰含量下降;水热炭的着火温度、燃烬温度、挥发分释放特性指数VI、可燃性指数CI和综合燃烧特性指数CP均上升,提高了燃烧稳定性;同时水热炭中K、Na浓度降低,有利于降低水热炭燃烧结焦;N、S在水热炭中分布比例下降,这将减少水热炭燃烧的烟气污染物排放.因此,水热碳化能实现大粒径厨余垃圾的燃料化利用.     

餐厨废物水热反应减重的关键影响因素及运行参数研究

运用水热炭化工艺,研究不同温度（170~270 ℃）、停留时间（0~100 min）、料液比（1∶1、1∶3、1∶9）对餐厨废物水热反应减重的影响,并对运行参数进行优化。结果表明：升高温度,餐厨废物的减重率也随之提高,且减重率均在91%以上;随着停留时间的延长,减重率在20~40和80~100 min时会有小幅度的增长,在0~100 min的停留时间内减重率从83.90%增至86.80%;料液比的增加会使减重率下降,料液比为1∶9、1∶3、1∶1时,对应的减重率分别为91.60%~91.87%、86.20%~87.00%、83.90%~88.10%。液相产物COD测定结果表明,反应温度和料液比是影响液相产物COD的主要因素,随着反应的进行,液相产物COD先是逐渐减小并趋于平稳,后略有增加。试验得到的水热炭高位热值为30.50~31.90 MJ/kg,高于国家标准煤热值29.30 MJ/kg。

     

不同菌剂制备餐厨垃圾液态有机肥过程物质转化规律研究

采用商品化的餐厨垃圾降解菌剂和自主筛选的抗酸化复合菌剂制备餐厨垃圾液态有机肥,对比分析不同菌剂对餐厨垃圾制备液态有机肥过程中固液两相物质转化的影响,阐明餐厨垃圾制备液态有机肥过程中有机质、糖类、粗蛋白等物质的转化规律。结果表明:2组菌剂均可降低餐厨垃圾中的有机质和粗蛋白浓度,提高液相游离氨基酸浓度;其中接种抗酸化复合菌剂效果更佳,处理后餐厨垃圾固相有机质、粗蛋白浓度下降比例分别为1.17%、15.41%,分别是餐厨垃圾降解菌剂组浓度下降比例的3.66和1.66倍;反应96 h时,液相游离氨基酸浓度达到770.6 mg/L,是餐厨垃圾降解菌剂组浓度的1.24倍;前48 h时,抗酸化菌剂组液相中总糖和还原糖利用率均达到91%以上,而餐厨垃圾降解菌剂组均仅为28.52%。抗酸化复合菌剂可有效促进餐厨垃圾中大分子有机物转化为可溶性小分子有机物以及游离氨基酸,有望为餐厨垃圾高值化液态有机肥的制备提供技术支撑。     

水热/臭氧预处理促进餐厨垃圾中典型废弃油脂厌氧发酵产甲烷

为了缓解餐厨垃圾中大量未降解油脂包覆微生物,对厌氧发酵产生严重抑制的问题,本文采用水热或臭氧预处理有效降解油脂,预处理进行厌氧发酵.扫描电子显微镜和傅里叶变换-红外光谱分析表明,经过水热或臭氧预处理后,厌氧发酵过程油脂降解程度提高.经过臭氧预处理的火锅废油厌氧发酵甲烷产率提升至(854.20±10.28)mL·g-1(...     

餐厨垃圾和剩余污泥厌氧混合发酵过程的动态膜强化特性研究

比较了厌氧动态膜生物反应器（DMBR）与完全混合式反应器（CSTR）在处理餐厨垃圾（FW）和剩余污泥（WAS）时的发酵产气过程,验证了高负荷餐厨垃圾和剩余污泥混合发酵时DMBR系统运行的稳定性,考察了动态膜（DM）基材孔径（300目、200目和100目）对DMBR运行性能及其固液分离效果的影响.结果表明：一体式DMBR能够强化餐厨垃圾和剩余污泥混合发酵的高负荷稳定运行,DMBR过膜滤液中平均总挥发性脂肪酸（TVFA）为86.1 mg·L^-1,低于CSTR排泥中TVFA的浓度（527.3 mg·L^-1）.当动态膜基材孔径为300目时,DMBR过膜滤液中总有机物（TCOD）为（1.6±1.1）g·L^-1,相应的固液分离效果优于200目（（3.2±1.9）g·L^-1）和100目（（32.0±1.3）g·L^-1）动态膜基材,即当动态膜基材孔径为100目时,DMBR过膜滤液中TCOD比300目动态膜基材高6.7倍.与200目动态膜基材孔径相比,300目动态膜基材相应的跨膜压差增长缓慢,反洗频率和运行能耗均较低,而100目动态膜基材孔径过大,固液分离效果较低.因此,在高负荷餐厨垃圾和剩余污泥混合发酵系统中,选用300目动态膜基材形成的动态膜过滤效果最优.此外,本文还对比分析了有机废物和废水处理领域中较优的动态膜基材孔径及DMBR的应用情况,为拓展DMBR在有机物处理领域的应用提供依据.     

食物垃圾和废纸联合厌氧消化产甲烷

以食物垃圾和废纸为原料,通过批式中温(35℃)联合厌氧消化产甲烷实验,考察了原料比例(以VS计为:100:0、83:17和62:38)和酸化阶段pH(未调节和调节pH=7.2)对消化稳定性及消化性能的影响.实验结果表明,与单独利用食物垃圾以及未调节酸化阶段pH的厌氧消化相比,调节酸化阶段pH=7.2的食物垃圾与废纸联合厌氧消化能够避免挥发性脂肪酸抑制、保证消化稳定性并提高消化性能.在调节酸化阶段pH为7.2,且食物垃圾和废纸的原料比例为83:17和62:38的2组厌氧消化实验中,产甲烷稳定时液相pH稳定在7.4～8.0,液相产物中总VFA浓度稳定在500～900 mg·L-1,其中丙酸浓度为100～550 mg·L-1,未检测出乙醇;累积产甲烷量(以VS计算)分别为347和247 mL·g-1,生物气中的甲烷含量稳定在70%～80%.最高可达81.6%;以1gVS相当于1.1g COD进行计算,COD去除率分别为93.2%和80.5%,用于产甲烷的COD分别占总进料COD的90.0%和64.0%.食物垃圾和废纸的最佳中温厌氧消化产甲烷条件为:原料比例83:17,酸化阶段调节pH=7.2.     

厨余垃圾水热处理的腐殖化特性研究

以模拟厨余垃圾为对象,考察了水热过程中反应温度、反应时间及无机弱酸对腐殖质形成与转化的影响,总结了腐殖质的生成机理,并通过红外光谱分析进行了验证.实验表明,水热处理后厨余垃圾腐殖化程度明显增高,在205℃、50 min工况下厨余垃圾的腐殖质含量达到39.52%,腐殖化率(胡敏酸与富里酸比值)达到1.31,腐熟度很高.在一定范围内,反应时间和温度升高能提升水热腐殖化强度.加0.01%的硫酸水热处理过后的腐殖质含量比未加酸要略高,而腐殖化率增加更为明显,表明氢离子对水热过程的腐殖质的形成及腐殖化率的提高有一定的促进作用.结合红外光谱分析推测,腐殖质的形成主要来自于一些糖类降解产物的缩合反应,以及这些小分子降解产物同难降解有机物如木质素的聚合反应.     

餐厨垃圾厌氧消化过酸化系统微生态特征的宏基因组学分析

过酸化失稳是困扰有机废物厌氧消化（AD）过程高效稳定运行的一大难题.为探析不同诱导方式造成过酸化的AD系统微生态特征差异,在餐厨垃圾中温AD反应器中分别引入负荷扰动（R2）、温度及搅拌扰动（R3）以诱发系统过酸化,利用宏基因组学测序技术,对比考察稳定与酸化系统微生物群落结构及主要产甲烷功能路径差异.结果表明,两种方式均成功诱发系统过酸化失稳,过酸化系统中挥发性脂肪酸（VFA）过量富集（R2、R3系统中分别高达（12.53±1.96） g·L^-1和（8.00±0.81） g·L^-1）的同时,丙酸等多碳VFA组分比例大幅升高.R2、R3系统酸化后其产甲烷菌及相关酶受到高浓度VFA的显著抑制,酸积累程度更高的R2受抑制更为明显.且经相关性分析发现,多碳酸尤其是丙酸是抑制产甲烷作用的关键因素.与R2相比,R3具有更高的耗氢能力,耗氢微生物如可耗H₂产酸的Treponema属和氢营养型产甲烷菌Methanoculleus属、Methanospirillum属等相对丰度显著高于R2.酸化系统均以乙酸营养型产甲烷为主要的产甲烷途径,并以Methanosaeta属为主要的乙酸型产甲烷菌.酸化系统中更高含量的乙酸产甲烷途径的AK-PTA酶有利于促进对乙酸的利用,增强厌氧消化微生物菌群对高浓度乙酸的耐受 能力.本研究中的相关结果可为提高有机废物AD微生态抗酸化能力提供理论依据和数据支撑.     

矿物材料对餐厨垃圾厌氧消化的影响研究

在试验的基础上研究了3种矿物材料膨润土、斜发沸石、粉煤灰对富含钠离子的餐厨垃圾厌氧消化过程的影响.结果表明,在发酵温度为35℃、底物固含量(TS)为10%、添加物用量为1%(质量分数,以消化底物计)时,膨润土、沸石粉、粉煤灰对含盐餐厨垃圾的厌氧发酵消化液中的钠离子具有良好的吸附性能,吸附率分别为13.75%、10.11%、7.99%.在未使用无机矿物的情况下,当钠离子浓度为3000～4000mg·L-1时,含盐餐厨垃圾的的厌氧消化过程受到Na 离子的明显抑制.从产气量分析,3种矿物材料均能明显促进餐厨垃圾的厌氧消化过程,与空白对照试组相比,膨润土、斜发沸石、粉煤灰分别使产气量提高了131%、82%和45%.三者对甲烷气产量的促进影响强弱顺序是,膨润土＞斜发沸石＞粉煤灰.初步讨论了这3种矿物材料提高餐厨垃圾厌氧消化甲烷产量的作用机理.     

水口山某废石场重金属垂向分布特征及浸出毒性

多金属矿区因采冶活动遗留的废石存量大,其重金属污染问题已备受关注.目前对废石场中重金属的分布特征和浸出毒性研究较少.本研究以湖南省水口山矿区某废石场为对象,垂直钻孔并取样分析7种重（类）金属,包括Pb、Zn、As、Cd、Cu、Ni和Cr的垂向分布特征和浸出毒性,并结合主量元素（Fe、Mn、Al和Mg）浸出行为、物相表征和统计学分析等方法,研究了重金属垂向迁移特征及其影响因素.结果表明,所有废石样品的7种重（类）金属含量均显著高于湖南省土壤背景值,污染累积指数从高到低依次为Cd、Pb、As、Cu、Zn、Cr和Ni.聚类分析将重金属分为3类,第1类是As、Fe和Pb,主要与方铅矿、黄铁矿有关,第2类是Cd、Zn和Cu,主要与闪锌矿有关,第3类是Cr和Ni,与自然风化有关.浸出毒性进一步发现,Cd、Zn、As、Cu和Ni的浸出浓度随深度增加而逐渐降低.其中,Cd和Zn表现出高浸出风险,且浸出行为显著相关,与闪锌矿转化为硫酸锌有关.Pb和Cu显示出0~0.5 m范围内的局部高浸出风险,而As和Cr属于低浸出风险.Pb和As浸出行为的差异性与As受Fe吸附有关.废石中的黄铁矿氧化降低pH促进重金属的释放迁移,而生成的次生铁（氢）氧化物能通过吸附稳定重金属;废石中的方解石有利于升高pH而降低重金属迁移风险.研究结果可为开发针对废石堆场的重金属污染防控技术和生态修复技术提供数据支撑和理论依据.