垃圾填埋场污泥坑原位修复工程实践

垃圾填埋场内污泥坑的存在严重影响填埋场竖向扩建和填埋堆高。对某垃圾填埋场内污泥坑进行现场勘察取样、原位测试与室内实验,获得污泥的分层及沿深度变化的物理、力学特性,并针对不同分层的污泥,提出表层垃圾清除、污水抽排、泥水混合污泥土工管袋脱水、流塑、软塑污泥原位固化综合处理方法。对污泥坑抽排污水过程中垃圾堆体边坡进行渗流稳定分析,发现渗滤液水位快速下降将导致污泥坑垃圾边坡滑移失稳,在污泥坑治理过程中应采取相应措施。根据污泥坑上覆80~120 m垃圾堆体沿原位固化污泥滑移稳定分析,获得污泥坑原位固化处理强度指标,不排水抗剪强度Cu为40 kPa。     

剩余污泥厌氧共消化技术研究现状及应用趋势

污水处理厂碳中和运行目标使得剩余污泥厌氧消化产CH4途径重获新生。然而,剩余污泥量取决于进水中有机物（COD）浓度,而我国污水碳源低的特点决定了不可能仅靠剩余污泥转化能源便完全满足碳中和运行目标。研究显示,多种外源有机废弃物与剩余污泥厌氧共消化可以取得“1+1>2”的能量转化效果,这就为我国污水处理厂碳中和运行提供了一种潜在能量来源。在简述剩余污泥厌氧共消化技术特性的基础上,对7种典型外源有机废弃物与剩余污泥共消化试验研究进行了归纳,同时列举国外6个业已实现碳中和运行的污水处理厂共消化应用实例,充分说明外源有机废弃物与剩余污泥共消化的工程应用前景。虽然我国目前环境政策限制了污泥厌氧共消化的工程化进程,但污泥与餐厨垃圾、市政修剪花草/树木、旱厕粪便等几种基质共消化将会是共消化的未来研究方向,更是综合解决市政有机固体废弃物的现实需要。     

天然气全氧燃烧尾气生活垃圾气化热力学分析

基于Aspen Plus模拟平台,运用吉布斯能最小化原理,以天然气全氧燃烧尾气（后续称为烟气）作为气化剂,选取反应温度和烟气流量与生活垃圾量比（E/M）作为影响因素,气化炉温度变化范围为400~1 500℃,E/M范围0~3.0,对几种典型生活垃圾（木屑、纸屑、塑料、橡胶和厨余）气化进行模拟计算。模拟结果表明,以烟气作为生活垃圾气化剂,可制备富氢产品气,产品气为中热值燃气。温度在800℃左右时,H2的体积分数达到峰值46.75%,反应温度大于800℃时,反应温度的增加对提升产品气的热值、CO的含量有一定作用,但H2的含量和产品气产率有所下降,反应温度过高增加气化的能源投入,反应温度应控制在800~1 000℃范围。高温烟气的过量导致产品气热值和品质下降,E/M宜控制在0.4~1.0区间范围。     

盐度对模拟餐厨垃圾发酵液产聚羟基脂肪酸酯工艺的影响

利用餐厨垃圾发酵液生产聚羟基脂肪酸酯(PHA)可以在废物处理的同时实现有价资源回收。为探究发酵液中盐分对产PHA菌群富集过程的影响,以模拟餐厨垃圾发酵液为底物,研究了盐度存在下污泥理化性质、富集过程主要指标及菌群PHA合成能力等变化。结果表明,未经盐度富集的菌群易受到盐度抑制,在15 g·L⁻¹的盐度条件下,污泥PHA最大合成量可降至39.9%。富集过程中盐度的增加有利于污泥沉降性的提升,低盐度(5 g·L⁻¹)下菌群分泌胞外聚合物量最多,达49.8 mg·g⁻¹(以VSS计),对菌群保护能力最强。不同盐度条件下的富集系统皆能保持较好的生态选择压力,但盐度对微生物生长的抑制随着浓度的增大而增强。经过盐度存在下长期富集后的污泥,在高盐度(10、15 g·L⁻¹)底物条件下,仍能获得较高的PHA最大合成能力,但其较低的生长活性不利于最终PHA产量的提升,短期富集下,高盐度会抑制PHA的合成;而低盐度(5 g·L⁻¹)有助于提高PHA合成能力,最高达50.5%。     

纳米零价铁和零价铁对餐厨垃圾暗发酵制氢过程铁离子和酶活性的影响

通过投加不同浓度的纳米零价铁(NZVI)和零价铁(ZVI),考察了暗发酵制氢过程中铁离子组成和浓度变化、氢化酶和脱氢酶活性,研究了2种添加剂强化餐厨垃圾高温((55±1) ℃)暗发酵制氢的作用机制。结果表明：投加NZVI和ZVI均可提高餐厨垃圾暗发酵制氢性能;当投加100 mg·L⁻¹ ZVI时,产氢效果最佳,最大产氢潜力和最大产氢速率分别为425.72 mL和66.32 mL·h⁻¹,是投加NZVI实验组的1.64倍和1.34倍,代谢途径是以乙醇型发酵为主的混合型发酵;在投加NZVI和ZVI后,暗发酵制氢末端产物的Fe²⁺和Fe³⁺浓度升高,投加300 mg·L⁻¹ NZVI和100 mg·L⁻¹ ZVI实验组Fe²⁺浓度最大,是未投加实验组的2倍和1.87倍;与反应前相比,Fe²⁺显著升高,Fe³⁺由于微生物利用与转化浓度降低,同时可有效提高氢化酶活性。投加100 mg·L⁻¹ ZVI不仅可提高氢化酶活性,还可提高脱氢酶活性。以上结果可为提高餐厨垃圾等复杂有机废物的高效能源化提供参考。     

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.     

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,2~3 d堆体温度可升至73℃,7 d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。     

热处理时间对餐厨垃圾高温干式厌氧发酵的影响

餐厨垃圾中有机物大部分以大分子的形式存在,对其进行热处理,破坏大分子有机物的存在形式,将会影响其干式厌氧发酵的过程。实验对餐厨垃圾进行了热处理(100℃),处理后将其在含固率(TS)20%、接种率25%的条件下进行高温55℃厌氧发酵。实验结果表明,热处理后,餐厨垃圾的理化性质发生显著变化,累计产气量、TS和VS的去除率均增大。当热处理时间为15 min时,餐厨垃圾的SCOD值最高,为59.49 g/L,比未处理时提高了3.3倍。同样该条件下,累计产气量也最高,为2 782.8 mL,与未处理相比累积产气量提高58.30%,第二产气高峰比未处理提前3天。各发酵瓶发酵前后TS、VS去除率的变化趋势与累计产气量的变化基本一致,累计产气量越大,TS、VS的去除率越大。     

电化学氧化法处理垃圾渗滤液纳滤浓缩液

实验利用电化学氧化法处理垃圾渗滤液纳滤浓缩液,以提高废水的可生化性。研究考察了水力停留时间、进水流量、循环流量、电流强度和原水氯离子浓度对有机物去除的影响。研究结果表明,电化学氧化法的最佳运行条件如下:水力停留时间为 3 h,进水流量为1 m3/h,循环流量为15 m3/h,电流强度为420 A。在上述条件下,原水COD浓度从3 100 mg/L降到1 311.3 mg/L,去除率达到57.7%,BOD/COD值由0.03提升至0.31。氯离子对电解有促进作用,但原水氯离子浓度超过5 000 mg/L,不需要外加工业盐。     

不同好氧预处理方式对餐厨垃圾产甲烷的影响

为了研究不同好氧预处理方式对餐厨垃圾厌氧消化产甲烷的影响,通过建立3个模拟厌氧生物反应器,研究了传统厌氧生物反应器C1、上层好氧预处理-厌氧生物反应器C2和底部好氧预处理-厌氧生物反应器C3 3种不同操作条件下的产甲烷过程。结果表明,挥发性有机酸的累积使C1始终处于产甲烷滞后阶段;而C2、C3的好氧预处理通过加快易水解酸化组分和过量挥发性有机酸的好氧降解,有效缓解了酸性抑制,产甲烷滞后时间明显缩短至10 d内。第32天C2停止上层曝气后,在27 d内甲烷浓度达到了50%以上,同时,产甲烷速率迅速上升,并在第81天可达到峰值773 mL/(kg·d)。C3在第11天停止底部曝气后,虽然经过22 d的时间甲烷浓度即上升至50%,但之后产甲烷速率经历回落阶段后再次逐渐上升,在实验结束时仅达到517 mL/(kg·d)。上层曝气的好氧预处理方式所需曝气时间相对较长,但其产甲烷启动快,与底部曝气相比,其后期的甲烷化过程更稳定并可达到较高的产甲烷速率。