通风量对有机废弃物生物干化的影响

通过有机废弃物生物干化实验,研究了通风量对生物干化效果的影响。实验以果蔬、厨余和园林垃圾几种典型有机废弃物作为原料,设置3个梯度的通风量,对其温度、含水率和有机质含量变化对比发现:通风量会显著影响生化干化指数、空气利用率以及干化后物料的低位热值。低通风量下温度升高明显,且空气利用率较高,但携带水汽能力较弱,难以有效带走物料水分;高通风量下难以维持高温,热量损失较大,但物料最终含水率最低。当通风量为48 L/（kg·h）时,果蔬与园林协同干化的最终含水率能降低到13.97%,生物干化指数为2.34,物料的低位热值最终达到13932 kJ/kg,较初始热值提升了322%,能够基本满足制备垃圾衍生燃料（RDF）的条件,且能够在相对更低的能耗下提高生物干化效果。     

外加碳源对厨余垃圾生物干化效果的影响

为降低厨余垃圾含水率,选择木本泥炭和玉米秸秆作为辅料,研究其作为外加碳源对厨余垃圾生物干化效果的影响.结果表明,各处理生物干化过程中最高温度可达70℃以上,添加秸秆和木本泥炭处理可不同程度地缩短进入高温期的时间.经21d生物干化后,纯厨余处理和分别添加木本泥炭与秸秆的处理含水率分别降低了15.25%,20.3%和28.0%,有机质分别降解了26.8%,15.1%和19.3%,有机质和含水率之间存在显著的正相关关系,尤其添加秸秆处理利用较少的有机质降解实现了最大水分去除.纯厨余生物干化渗滤液产生率分别为0.16kg/kg,添加木本泥炭处理仅为0.04kg/kg,添加秸秆处理未产生渗滤液.纯厨余处理、添加秸秆和木本泥炭处理生物干化过程累积水分去除率分别为0.40,0.54和0.42kg/kg,水分去除率和温度存在显著正相关关系.作为主原料的厨余垃圾初始低位热值为266kJ/kg,经生物干化后含水率有所降低,低位热值仅提高到1331kJ/kg.添加木本泥炭处理干化产品热值可达6331kJ/kg,添加秸秆处理热值可增加至8400kJ/kg.     

一种厨余垃圾的机械生化处理技术的工程应用

机械生化处理技术(EMBT,eco-mechanical biological treatment)是在欧洲广泛应用的MBT工艺基础上发展起来的生活/厨余垃圾资源化处理新技术。以某厨余垃圾处理示范项目为依托,对EMBT工艺的工艺特点、设计经验和处理效果进行总结。该项目占地面积约5 000 m2,平均垃圾处理成本约140元/t。厨余垃圾经过处理产生的主要资源化产品为沼气和垃圾衍生燃料(RDF,refuse derived fuel)。原生垃圾产气量在60 m3/t以上,甲烷浓度为65%左右。RDF产品有3种:生物水解系统固相物料含水率约40%,低位热在7 536 k J/kg以上;生物干化后的高热值物料,含水率约20%,低位热值在12 560 k J/kg以上;机械预处理分选出的高热值塑料、织物。RDF产品可通过洁净焚烧、工业窑炉协同处理等技术实现高效、生态的热能利用。     

通风温度对生活垃圾生物干化脱水的影响

以高含水率生活垃圾为研究对象,研究了不同的通风温度(室温、40℃低温、55℃中温、65℃高温)对生物干化的影响。结果表明,通风温度变化对堆体温度影响较小;高温通风(65℃)能有效地降低垃圾含水率,但不利于有机物的降解,产物的挥发性固体(VS)和可生物降解物质(BDM)值最高,稳定度最低;经过15 d的干化作用,4组反应器垃圾含水率显著降低,水分去除率分别为77.99%,79.37%,79.85%,79.47%;另外还伴随着厨余和纸张的降解;通风温度与热值提升呈正相关关系,各组出料的湿基低位热值分别为7 202 kJ/kg,9 276.4 kJ/kg,9 358.5 kJ/kg,10 064 kJ/kg,分别提高了72.2%,122.7%,123.7%,140.6%。     

低温对亚硝化颗粒污泥系统的影响特性

考察了温度变化对亚硝化颗粒污泥反应器的长期和短期影响特性,结果表明:在进水ρ（NH₄+-N）为（35.8±5.2）mg/L、水力停留时间为2.0 h以及运行温度为7~17℃的条件下,反应器保持着95%的亚硝化率和0.18~0.25 kg/（m3·L）的NH₄+-N去除负荷;反应器中较低的ρ（DO）∶ρ（NH₄+-N）（<0.25）是实现亚硝酸盐氧化细菌（NOB）有效抑制的关键因素;长期低温运行造成颗粒污泥比NH₄+-N氧化速率（SAOR）从（237±14）g/（g·d）下降至（93±11）g/（g·d）,但颗粒污泥中氨氧化细菌（AOB）的活化率（实际SAOR与最大SAOR之比）从48%升至约85%。批式实验结果表明,在7.1~28℃的短时温度变化内,亚硝化颗粒污泥NH₄+-N氧化反应的温度系数（θ）和活化能（E_a）分别为1.042~1.063,29.7~41.9 kJ/mol,均显著低于同等条件下絮体污泥的数值,表明颗粒污泥AOB比絮体污泥AOB具有更好的抗温度冲击能力。该研究结果可为基于颗粒污泥的高效城市污水亚硝化技术提供参考。     

中国淡水生态系统甲烷排放基本特征及研究进展

本文基于中国境内的湖泊、水库、河流等淡水系统CH₄排放研究的相关成果,对203个湖泊（595个样点）、46个水库（221个样点）、112条河流（441个样点）,总计1257个样点的CH₄通量数据进行统计分析,探讨了中国淡水系统（湖泊、水库、河流）CH₄排放的一般特征,总结了当前研究进展,并进一步估算和评估了中国淡水系统CH₄排放总量水平.结果表明：1）中国湖泊CH₄排放通量平均为（1.17±1.87） mg/（m²·h）,蒙新湖区（（3.84±0.57） mg/（m²·h））和东北湖区（（2.62±3.54） mg/（m²·h））较高,青藏湖区（（1.94±4.13） mg/（m²·h））次之,东部湖区（（0.81±0.90） mg/（m²·h））较低,云贵湖区（（0.19±0.26） mg/（m²·h））最低;湖泊CH₄排放通量呈显著的纬度模式,高纬度地区湖泊CH₄排放高于低纬度地区;2）水库CH₄排放通量（（1.25±1.78） mg/（m²·h））与湖泊相似,水库消落带较高的排放通量（（4.34±4.45）mg/（m²·h））对水库CH₄排放具有重要贡献;3）河流CH₄排放（（0.82±1.14） mg/（m²·h））略低于湖库,长江水系CH₄排放通量（（0.98±2.38） mg/（m²·h））和黄河水系（（0.85±0.75） mg/（m²·h））相近,高于海河水系（（0.54±0.93） mg/（m²·h））,辽河、珠江水系研究较少,数据变异性极大;4）受降水、温度、径流稀释等影响,淡水系统CH₄排放呈显著的季节变化,其中湖库排放夏季高于秋季,冬春季较低,而河流则春秋季高于夏冬季;5）基于外推法估算全国湖泊、水库、河流CH₄排放总量分别约为0.96,0.29,0.76Tg/a,相当于全国湿地系统排放的75%.由于较大的时空变异性以及监测数据分布的不均匀性,目前估算存在较大的不确定性,但淡水系统CH₄排放在全球气候变化中的贡献仍不容小觑.     

喀斯特城市湖库pCO2及CO2通量空间格局研究

为探索典型喀斯特城市湖库二氧化碳分压（pCO₂）及其交换通量（F）空间格局,以我国贵阳市阿哈湖水库（AHa）、松柏山水库（SBS）、百花湖（BHH）和红枫湖（HFH）为对象,探索了区域气象水文基础数据、碳酸盐平衡参数及环境因子,进而评估表层水体pCO₂及其F空间变化.结果表明,受原位新陈代谢和水文调节,AHa的pCO₂为（861.6±462.8）μatm,显著高于SBS （223.6±213.1）μatm、BHH （139.3±63.6）μatm和HFH （126.2±50.9）μatm （P<0.05）,且各湖库水-气界面二氧化碳（CO₂）交换速率（k值）在（2.05~3.82） cm/h范围内.AHa的F值为（6.23±9.59） mmol/（m²·d）,具有向大气排放CO₂的潜力;SBS、BHH和HFH的F值分别为（-5.86±5.25） mmol/（m²×d）、（-8.63±1.03） mmol/（m²·d）和（-7.58±1.10） mmol/（m²·d）,表现为大气CO₂汇.湖库表层水体pCO₂与环境因子叶绿素a （Chla）和氨氮（NH₄⁺-N）具有显著相关性（P<0.05）,说明喀斯特湖库碳酸盐耦合光合作用和人为输入极大影响了水体CO₂量级.     

大黑汀水库夏秋季节温室气体赋存及排放特征

以北方典型富营养化水库-大黑汀水库水体为研究对象,在2018年夏季和秋季采用顶空平衡法对其表层35个点位水体溶解的二氧化碳（CO₂）、甲烷（CH₄）和氧化亚氮（N₂O）浓度进行测定,并对水库水-气界面扩散通量进行了估算.结果表明夏季和秋季大黑汀水库表层水体的CO₂、CH₄和N₂O整体上均表现为过饱和状态,夏季表层水体CO₂溶存浓度和扩散通量均值分别为（72.75±67.49）μmol/L和（810.62±790.64）μmol/（m²·h）;秋季CO₂溶存浓度和扩散通量均值分别为（394.64±104.13）μmol/L和（4822.81±1250.00）μmol/（m²·h）;夏季CH₄平均浓度和扩散通量分别为（0.19±0.12）μmol/L和（3.04±2.10）μmol/（m²·h）,秋季CH₄平均浓度和扩散通量分别为（0.41±0.26）μmol/L和（5.16±3.23）μmol/（m²·h）;夏季N₂O溶存浓度和扩散通量均值分别为（0.03±0.01）μmol/L和（0.31±0.10）μmol/（m²·h）,秋季N₂O溶存浓度和扩散通量均值分别为（0.03±0.01）μmol/L和（0.25±0.15）μmol/（m²·h）.相关性分析结果表明大黑汀水库夏季表层水体CO₂及N₂O浓度主要受水温、水深和电导率影响,CH₄浓度主要受水深及电导率影响;水库秋季表层水体CO₂溶存浓度主要受水温、水深和TDS影响,CH₄浓度主要受水温、水深和TDS影响,N₂O浓度主要受水深影响.     

潘家口水库温室气体溶存、排放特征及影响因素

以大型深水水电类水库潘家口水库为例,于2020年春季（5月）、夏季（8月）在研究区设置33个采样点,采用顶空平衡-气相色谱法和经验模型法对水柱温室气体浓度和水-气界面扩散通量进行了观测及估算,并分析了潘家口水库温室气体浓度及通量的主要影响因素.结果表明：春季潘家口水库水-气界面CH₄、CO₂、N₂O平均通量分别为（1.11±1.60）μmol/（m²·h）,（1333.31±546.43）μmol/（m²·h）,（76.65±19.54）nmol/（m²·h）.夏季潘家口水库水-气界面CH₄、CO₂、N₂O平均通量分别为（0.62±1.13）μmol/（m²·h）,（746.08±1152.44）μmol/（m²·h）,（141.18±256.02）nmol/（m²·h）.潘家口水库温室气体排放呈现出大的时空异质性,空间上春季和夏季各温室气体通量均表现为干流大于支流;季节上CH₄与CO₂扩散通量表现为春季大于夏季,而N₂O扩散通量夏季大于春季.统计分析表明CH₄扩散通量主要受电导率、风速等环境因子影响,CO₂扩散通量受风速、pH及DOC影响,N₂O扩散通量主要受水柱NO₃^--N、NO₂^--N的影响.     

通风方式对高含水率垃圾生物干化的影响

以高含水率混合收集生活垃圾为研究对象,研究了不同的通风方式(间隙通风10min/20min、间隙通风5min/25min、40℃热空气通风和间隙-连续通风)对生物干化影响.结果表明,40℃热空气通风和间隙-连续通风可提高产物含水率下降幅度、单位质量垃圾水分去除率、单位有机物降解脱水容量、产物低位热值;但堆体高温持续时间短,VS消耗量小,并且有机物稳定化程度低.经过18d的干化试验,4组试验产物含水率分别为39.6%,34.4%,23.7%,24.5%,相应的单位去除率(以原生垃圾质量计)为0.437,0.476,0.523,0.517kg/kg,低位热值为11954,12994,15760,14801kJ/kg,与原生垃圾相比,热值分别提高了121%、140%、191%及173%,以40℃空气通风产物热值最高.     

不同储存条件下餐厨垃圾的变化特征及其厌氧消化产气潜力

餐厨垃圾在储存、运输过程中容易腐败变质,对其资源化利用有一定影响。考察了不同条件下储存时餐厨垃圾pH和细菌总数的变化规律,研究了室温以及5℃条件下,不同储存时间的餐厨垃圾的厌氧发酵产气潜力。结果表明:随储存温度的降低,餐厨垃圾pH值的下降趋势有所减缓,在5℃条件下,8 h内可使餐厨垃圾的pH维持在6.0以上;15℃下餐厨垃圾储存8 h以内,细菌总数小于1.0×10~6cfu/g。室温(30℃)新鲜垃圾的累积产气量最高,达到1 422 mL。在5℃下储存4 h内的餐厨垃圾,其厌氧发酵累积产气量与新鲜餐厨垃圾的产气结果相当,而在5℃下储存8 h时,产气量与新鲜垃圾相比下降了3%,之后,随着储存时间的延长,累积产气量逐渐下降。     

不同碳源农林废弃物与厨余垃圾协同堆肥对腐熟度和臭气排放的影响

针对北京市生活垃圾分类后厨余垃圾含水率高,在堆肥过程中存在酸化严重、升温慢、渗滤液产率高、产品品质差和臭气排放严重等问题,研究了玉米秸秆、园林剪枝和西瓜秧作为外加碳源对厨余垃圾堆肥腐熟度和臭气排放的影响,其中3种辅料添加比例均为15%,采用机械强制连续通风,通风速率为0.5 L/（kg DM·min）。堆肥周期为16 d,每4 d翻堆1次。结果表明:纯厨余垃圾单独堆肥酸化严重,未升温,添加辅料高温期（>55℃）持续时间超过10 d。碳源辅料影响有机质降解难易程度,西瓜秧添加在堆肥前期升温迅速,园林剪枝在堆肥中期温度较高,玉米秸秆在堆肥中后期温度较高。添加玉米秸秆、园林剪枝和西瓜秧可分别减少95%、39%和17%的渗滤液生成。秸秆和西瓜秧处理的种子发芽率指数（GI）第12天达到100%,比园林剪枝缩短4 d。与西瓜秧相比,添加秸秆减少了66.6%硫化氢（H₂S）和86.3%甲硫醚（Me₂S）排放,园林剪枝减少了82.3% Me₂S排放。影响厨余垃圾堆肥腐熟度和臭气排放的主要理化因素为pH和温度。     

AnMBR用于餐厨垃圾和剩余污泥共发酵的性能研究

通过连续实验和活性实验,系统地研究了厌氧膜生物反应器（AnMBR）在不同有机负荷（OLR）条件下处理餐厨垃圾和剩余污泥的效率、稳定性及动力学特征.结果表明,AnMBR在各工况下（OLR：3.22~12.92gCOD/（L·d））能够稳定运行.其中在OLR为6.48gCOD/（L·d）时运行性能最优,其甲烷产量为（4335±2）mL/d,甲烷产率为（361.2±0.2）mLCH₄/gCOD_removal,COD的去除率维持在（98.6±0.9）%,pH值稳定在7.71±0.03.当OLR超过12.92gCOD/（L·d）,反应器内挥发性脂肪酸（VFA）达到了6108mgCOD/L.膜污染以滤饼层污染为主;利用高通量测序（HTS）探究了系统中微生物的演变情况,Levilinea菌是优势细菌属,在OLR为6.48gCOD/（L·d）时其相对丰度最高（20.1%）,Methanosarcina菌是优势古菌属,随着OLR增加相对丰度均维持在67%以上;比产甲烷活性实验表明随着OLR的增加,产甲烷菌对乙酸的降解能力不断提高.研究结果将为AnMBR处理餐厨垃圾和剩余污泥共发酵系统的最优工况选择提供参考依据.     

近5年我国部分城市群生活垃圾特性

城市生活垃圾处理处置日益成为世界范围内一个普遍关注的问题,生活垃圾特性是终端处理方式选择的重要依据.从全国超30个城市共采集400余个生活垃圾样品,分析了垃圾的物理组成、污染物含量和热值等基础物化特性.并以深圳为例分析了采样时间和垃圾分类措施等对生活垃圾物化特性的影响.通过偏最小二乘法建立了垃圾组成与热值间的关联模型,并对模型进行了校验.结果表明,湿基中厨余类仍是垃圾中占比最高的组分,大多数样品的占比在40%～60%之间;可燃组成中橡塑类和纸类占比较高,分别在20%～30%和10%～20%之间;无机物占比通常不超过5%;垃圾含水率在50%～60%之间. 2019年实施垃圾分类后生活垃圾中厨余类占比明显降低,橡塑类占比增加,其他组分变化不大,垃圾热值得到一定的提升.生活垃圾中S、 Cl和N这3种污染元素的含量均在1%以下,其平均值规律为：N>Cl>S;垃圾样品中的Hg、 As、 Cr、 Cd和Pb含量随组分及采样时间没有明显的变化规律,垃圾中Pb、 Cr含量受到环境背景值的影响.模型分析发现橡塑类和垃圾水分是生活垃圾热值的主要影响变量,85.96%的样品实测值与预测值之间的偏...     

含厨余垃圾的混合污水污泥热解性能及逸出气体分析

为解决厨余垃圾进入市政管网导致的污泥处理问题,利用厨余垃圾制备初沉污泥(PS),与污水处理的残余污泥(RS)混合制备了不同厨余垃圾比例的混合污水污泥(MSS)。采用TG-FTIR评估了含厨余垃圾的混合污水污泥的热解性能及逸出气体特性。质量损失可分为3个阶段:初步脱水阶段、主要分解阶段及连续轻微分解阶段。PS含量的增加导致反应速率提高和热解特性参数CPI增加,反应时间缩短,从而提高了污水污泥的热解性能。不同温度下PS和RS之间的相互作用存在差异,低温区(<300℃)基本不存在相互作用,中温区(300~550℃)为相互促进,高温区(550~850℃)为相互抑制。FTIR主要检测出CH₄、CO₂、H₂O、CO、CO、SO₂ 6种气态产物及官能团,表明CO₂是主要的气态产物,且随着PS含量的增加,逸出气体及官能团的产生均增加。相互作用不仅体现在质量损失过程中,也体现在产物演化过程中,PS50RS50呈现最明显的相互促进效果,可认为是最适合的比例。随着温度增加,产物普遍在500~600℃内达到最大值,可认为是最佳的热解温度。     

北京市垃圾分类后厨余垃圾与分类前生活垃圾性质变化分析

2020年5月1日起,北京市正式实施了《北京市生活垃圾管理条例》。为了解北京市垃圾分类后厨余垃圾与分类前生活垃圾性质变化,对居民区垃圾分类收集点厨余垃圾桶内的垃圾进行了采样分析,并与北京市分类前混合收运的生活垃圾性质进行比对。结果表明,北京实施垃圾分类后,厨余垃圾桶内厨余组分占比逐渐增加,实施1年后,厨余组分占比可达99%;含水率和容重较分类前明显增加,可燃分和热值明显降低,故不适宜采用焚烧处理;pH和C/N呈下降趋势,电导率呈小幅度增长趋势,有机质、总氮(以N计)、总磷(以P₂O₅计)和总钾(以K₂O计)含量上升,垃圾资源化利用潜力增大。Cd、Pb、Cr、Hg、As、Cu和Zn 7种危害较大的重(类)金属元素中,除As外其余的金属元素含量均呈下降趋势;Na、Ca、Mg、Fe、Mn等金属元素,除Na外均呈下降趋势。故垃圾源头分类可以有效控制厨余垃圾中金属含量,使其种子发芽指数升高,减小对植物的生物毒害作用,降低环境风险。该研究结果可为北京市垃圾资源化利用和处理设施规划提供参考和依据。     

餐厨垃圾厌氧发酵影响因素研究

用L9(34)正交试验法研究了温度、含固率、接种率和pH对餐厨垃圾厌氧发酵产沼气量的影响,确定了考察因子的主次以及最优工艺条件,并针对影响较为显著的因素(温度、接种率和pH)进行了单因素验证试验。实验结果表明:在温度为55℃、pH值为7、接种率为30％、含固率为8％时,厌氧发酵产沼气的产率最大为633.8 mL/gVS...     

厨余垃圾静态生物干化的过程特性及其微生物群落演替

提出厨余垃圾协同园林绿化垃圾及返料的静态生物干化工艺,并探讨了静态生物干化过程的温度、含水率等指标的变化规律,利用宏基因组学技术对生物干化过程中的微生物群落结构的演替进行了探究。结果表明,静态生物干化技术升温速率快,4 h内即可让物料从室温升至65 ℃以上。料堆的含水率在48 h内由36%迅速降低至20%左右。该过程中主要作用的菌门有厚壁菌(Firmicutes)和放线菌(Actinomycetes)。属层面分析则发现,主导的菌属有芽孢杆菌属(Bacillus)、糖单孢菌属(Saccharomonas)、葡萄球菌属(Staphylococcus)和高温放线菌属(Thermoactinomycetes)。静态生物干化工艺使物料主要处在高温发酵段,微生物群落结构和代谢通路相对稳定,保证了工业化操作的稳定性和高效率,是一种具有广泛应用潜力和前景的生物干化新策略。