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。     

两级自养反硝化实现垃圾渗滤液的深度脱氮

针对目前生物工艺难以解决垃圾渗滤液深度脱氮的问题,探究了短程硝化反硝化-厌氧氨氧化-硫自养反硝化(两级自养)工艺处理高氨氮、低C/N比垃圾渗滤液的脱氮效果。结果表明, 当进水垃圾渗滤液中氨氮平均浓度为2 560 mg·L⁻¹,COD值为4 000~5 000 mg·L⁻¹时,经过短程硝化反硝化-厌氧氨氧化处理后,总氮去除负荷可达1.19 kg·(m³·d)⁻¹、总氮去除率可达93.1%(出水TN=176.3 mg·L⁻¹)、COD去除率可达52.2%。但是,厌氧氨氧化反应器出水中${\rm{NO}}_x^{-} $-N浓度为154.5 mg·L⁻¹,仍未达到我国生活垃圾填埋场垃圾渗滤液处理排放标准(TN≤40 mg·L⁻¹)。在厌氧氨氧化反应器之后串联硫自养反硝化,整体工艺最终出水${\rm{NH}}_4^{+} $-N、${\rm{NO}}_2^{-} $-N、${\rm{NO}}_3^{-} $-N平均浓度分别为1.9、0.6、9.7 mg·L⁻¹,TN≤15 mg·L⁻¹,进水总氮去除率为99.5%。在短程硝化反硝化-厌氧氨氧化-硫自养反硝化两级自养深度脱氮反应系统中实现了垃圾渗滤液深度脱氮。     

垃圾填埋场地下水污染修复技术优选研究

结合国内外地下水污染场地的修复经验,综合考虑当地社会经济条件、地下水脆弱性、污染物特征等因素,采用层次分析法建立了修复技术优化指标体系;在此基础上运用多准则决策分析模型(MCDA)进行地下水污染修复技术优选排序,构建垃圾填埋场地下水污染修复技术筛选模型;并以湖北省某简易垃圾填埋场为例进行应用研究。结果表明:在备选的5种场地地下水修复技术(监测自然衰减技术、渗透反应格栅、多相抽提技术、抽出-处理技术、原位微生物修复技术)中,抽出-处理技术、原位微生物修复技术较为理想。综合考虑该污染场地条件、地下水污染治理要求及附近受体分布情况,得到最佳修复方案为:高污染风险区域采用抽出-处理技术和原位微生物修复技术组合;低污染风险区域采用监测自然衰减技术。     

新型破碎压榨联合生物工艺处理餐厨垃圾中试研究

采用新型破碎压榨预处理、油液渣三相分离的联合生物工艺(CBP)处理广州市餐厨垃圾,研究该工艺对餐厨垃圾减量率、产乙醇量、回收油脂和高蛋白酒糟的效能。结果表明:1)新型破碎压榨预处理后,餐厨垃圾减量率达90%以上,且压榨渣的干基低位燃烧值为4 885 kJ/kg,达到GB/T 18750—2008《生活垃圾焚烧炉及余热锅炉》的垃圾焚烧标准。2)在偏酸性(pH为3.62)和含盐量较高(盐分浓度为8.03 g/L)的环境下,酵母代谢工程菌(噬污酵母)在24 h内对餐厨垃圾总糖转化为乙醇的效率高达91.78%,说明酵母代谢工程菌具有耐盐耐酸性及糖醇转化的高效性。3)联合生物加工工艺对餐厨垃圾的油脂回收率为89.78%,对高蛋白酒糟的回收率为98.39%,且产品特性达到GB/T 25866—2010《玉米干全酒糟(玉米DDGS)》高脂型一级标准;对乙醇回收率为94.99%,且产品特性达到GB/T 394.1—2008《工业酒精》一级标准。联合生物加工工艺对餐厨垃圾处理具有减量化程度高、发酵周期短、产品回收率高且品质好的优势。     

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 derived 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。     

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。     

不同臭氧催化氧化体系处理老龄垃圾渗滤液的效果及能耗分析

老龄垃圾渗滤液因其成分复杂且可生化性差,故传统技术无法对其进行有效降解,且利用臭氧催化氧化体系处理垃圾渗滤液缺乏系统性评估报道。为解决上述问题,采用臭氧/过二硫酸盐(${{\rm{S}}_2}{{\rm{O}}_8^{2 - }}$,PS)、臭氧/过一硫酸盐(${\rm{HS}}{{\rm{O}}_5^ -} $,PMS)和臭氧/过氧化氢(H₂O₂)氧化体系,探讨了处理老龄垃圾渗滤液的可行性,考察了初始pH、温度、O₃及H₂O₂、Na₂S₂O₈、KHSO₅的投加量等因素对其处理效果的影响,并对其能源效率进行了分析。结果表明,优化条件下,O₃/PMS、O₃/H₂O₂和O₃/PS的单位数量级能耗(electrical energy per order,EE/O)分别为1 007.5、1 233.7、662.6 kWh·m⁻³,O₃/PMS氧化体系处理老龄垃圾渗滤液的效果与O₃/H₂O₂氧化体系相似,且优于O₃/PS。由综合处理效果与能耗评估结果可知,O₃/H₂O₂氧化体系最佳,在温度为25 ℃,pH=6,O₃和H₂O₂投加量分别为3 g·h⁻¹和2 125 mg·L⁻¹,反应时间为60 min条件下,能耗最低,EE/O降至443.9 kWh·m⁻³,且TOC去除率和反应速率常数分别为27.1%和0.005 3 min⁻¹,BOD₅/COD也由0.18增至0.26。综合上述结果,基于臭氧体系的高级氧化法能耗较高,可将臭氧催化氧化与低成本的生物处理技术相结合,从而实现对污染物高效经济降解。上述研究结果可为臭氧高级氧化技术的工程化应用提供参考。     

德国的循环经济:从垃圾经济到可持续生产与消费体系

循环经济产生的本质是国际社会在寻求解决资源环境与经济增长矛盾过程中提出来的一种新的经济发展模式。这种新的发展模式最大的特征是通过物质的循环利用提高资源效率,保护生态环境,建设资源节约和环境友好型社会。德国循环经济实践是在其处理资源环境与经济发展关系的过程中,在环境保护战略与政策的发展演变中,在探索可持续发展的实践中产生和发展起来的。     

济南市建筑垃圾处置管理展望

分析了济南市建筑垃圾产生和处置现状,结合相关政策法规及建筑垃圾处置发展趋势,指出了济南市建筑垃圾处置管理存在问题,提出了建筑垃圾分类和资源化综合利用是必然的发展趋势,为今后济南市建筑垃圾的可持续发展管理提供支撑。