厨余垃圾全组分高值安全利用成套技术及应用

【基本情况】“餐厨垃圾全组分高值安全利用成套技术及应用”(以下简称“本项目”)来源于“十二五”国家科技支撑计划“密闭式生活垃圾与餐厨垃圾收运装备与智能调控系统开发”(项目编号:2012BAC25BO1)、“区域化餐厨垃圾联合处理及生物燃气产业化技术研发、商业模式构建与工程示范”(项目编号:2014BAC27B00)和国家自然科学基金“餐厨垃圾干式厌氧发酵优势菌群健康演替调控技术基础”(项目编号:51578008),起止日期为2013年1月1日—2019年12月31日。本项目成果由北京工商大学、河南艾尔旺新能源环境股份有限公司、宁波开诚生态技术股份有限公司、苏州腾康环保科技有限公司、江苏绿博生物科技有限公司共同研发。针对当前我国厨余垃圾杂质分离难、资源化产品附加值低的问题,研究了厨余垃圾全组分资源化、高值化利用技术,建立多元化、功能性、低碳有机质资源化再生产品体系;通过厨余垃圾资源化处理示范工程建设,实现科技成果应用推广,提升厨余垃圾资源化处理与利用的技术水平,促进我国厨余垃圾资源化处理产业发展。

生物-非生物添加剂协同促进餐饮业厨余垃圾厌氧消化——产气效能及微生物菌群动态变化

围绕当前餐饮业湿热除油厨余垃圾(FORFW)厌氧消化甲烷产率不高、“酸积累”和“氨抑制”导致过程不稳定的问题,基于生物-非生物协同强化湿热除油餐饮业厨余垃圾厌氧消化的课题组的前期发现,通过三因素三水平中温厌氧消化正交试验系统探究并优化接种比、铁类添加剂添加量和酵母菌添加量3个条件参数,同时借助高通量测序阐明生物-非生物添加剂协同促进FORFW产甲烷的内在微生物机理.研究发现,3个条件参数对FORFW厌氧消化的甲烷产率影响由高至低为接种比>酵母菌添加量>铁类添加剂添加量.接种比1.5、铁类添加剂0.5%(质量分数)、活化酵母菌3%(质量分数)为较优的使用条件.在上述条件下,FORFW的挥发性固体(VS)去除率为40.1%,累积甲烷产率为237.5mL/gVS.体系中甲烷鬃毛菌属(Methanosaeta)、互营单胞菌属(Syntrophomonas)和Syner-01属相对丰度明显增加,实现了乳酸来源的丙酸高效转化.其中,甲烷鬃毛菌属与厌氧绳菌科细菌互营产甲烷,互营单胞菌属参与互营丁酸氧化,Syner-01属参与互营乙酸氧化和氨基酸氧化.因此,FORFW的甲烷产率得到了切实保证.

NH_(3)和H_(2)S降解功能菌的分离鉴定及降解特性研究

为了减少厨余垃圾堆放时恶臭气体的排放,本研究利用富集驯化、定性初筛和定量复筛法从厨余垃圾中分离筛选到2株对NH3和H2S均具有高效降解作用的菌株CN5和CS2。通过16S rDNA序列分析,分别鉴定为肠球菌属(Enterococcuss sp.)和假单胞菌属(Pseudomonas sp.)。通过单因素实验,确定两株菌的最佳除臭条件为:培养温度为35℃、pH为7、碳氮比25∶1、碳源为蔗糖、氮源为氯化铵,对NH_(3)和H_(2)S的降解率均能达到85%左右。菌株CN5和CS2在2∶3的混合状态下生长状况最好,p H值稳定,OD_(600)最大值为1.342。通过氨氮含量和硫酸盐含量测定实验发现,最终氨氮含量为50.5 mg/L,菌剂对氨氮降解率为85.3%;硫酸盐含量为302.7 mg/L,菌剂对硫酸盐生成率为89.2%。结果表明,从厨余垃圾中筛选得到的2株菌对NH_(3)和H_(2)S具有良好的降解能力,且两菌株相互之间具有协同作用。

NH_(3)和H_(2)S除臭菌剂的制备及其对厨余垃圾堆肥除臭效果和机理探究

为了缓解厨余垃圾因降解或腐烂产生的恶臭气体所造成的污染,本研究分别从污泥和厨余堆肥中分离筛选出8株对NH3和H2S具有除臭效果的菌株,混合制备成复合微生物除臭菌剂,研究其除臭效果、堆肥过程中的理化性质和微生物群落的变化。由响应面分析得出菌剂对于NH_(4)^(+)-N降解率的最佳条件为温度27℃、pH 6.21、接种量14%时,NH_(4)+^(-)N的降解率为92.55%;菌剂生成SO_(4)^(2-)的最佳条件是温度29℃、pH 6.61和接种量5%时,SO_(4)^(2-)的最大生成量为173.57 mg/L。厨余垃圾堆肥添加菌剂后NH_(3)的去除率为55.32%,H_(2)S的去除率为61.72%,同时含水率、C/N、pH均有降低,加速了堆体温度的上升,延长了高温持续时间。菌剂的添加有利于微生物群落结构的改变,增加了去除NH_(3)和H_(2)S的微生物丰度,加快了对NH_(3)和H_(2)S的代谢转化过程,抑制了NH_(3)和H_(2)S的释放,对于厨余垃圾恶臭气体的控制有着良好的应用潜力。

湿热处理参数对餐厨垃圾脱水和脱油性能的影响

为了改善餐厨垃圾脱水和脱油性能,提高处理效果,对餐厨垃圾湿热工艺中的温度和加热时间等主要影响因素进行了2因素5水平的完全试验,分析了湿热处理产物的比阻、脱水率和可浮油含量等指标的变化规律,构建了餐厨垃圾固相脂质浸出反应动力学模型,研究了湿热处理参数对餐厨垃圾脱水和脱油性能的影响机理.结果表明,湿热处理初期,垃圾脱水率下降,加热40min后,脱水率开始上升,且温度越高,上升越快,180℃加热100min达最高;随着温度的升高和加热时间的延长,餐厨垃圾脱油性能呈上升趋势,温度越高,上升趋势越明显;当温度达到160℃,加热时间达80min时,垃圾固相油脂基本浸出完全,继续升温和加热,部分油脂发生水解等化学反应,可浮油量开始降低;垃圾固相脂质浸出符合一级反应动力学.

餐厨垃圾湿热处理对其脱出液的影响

为探明湿热处理后餐厨垃圾脱出液水质、水量的变化规律,有效提高其处理效率,对不同湿热条件下单位餐厨垃圾脱水量、脱出液的pH、总悬浮固体(SS)、溶解性COD(SCOD)、氮的存在形式及其浓度、油脂含量的变化规律进行了试验研究。结果表明,随着温度的上升和加热时间的延长,餐厨垃圾脱出液pH值有所下降,并且在温度达180℃、加热时间为40 m in时pH<4.5,故在生物处理前需进行调节;湿热处理使餐厨垃圾脱出液的SCOD值大幅上升,180℃下加热100m in后达最高值(为211 400 mg/L);湿热处理使SS值呈下降趋势;湿热处理初期有机氮浓度增加,达到180℃且加热时间>60 m in后有机氮开始向氨氮转化。另外,湿热处理使餐厨脱出液的可浮油含量增加,有利于废油脂的分离、回收。

含盐量对餐厨垃圾堆肥理化特性变化规律的影响

为了探索含盐量对餐厨垃圾好氧堆肥的影响,利用4组卧式堆肥反应器进行了试验,堆料的含盐量分别为0%、1%、1.5%和2%,分析了含盐量对堆体温度、pH值、含水率、可溶性碳氮比等好氧堆肥过程理化参数的影响规律。结果表明:堆料的含盐量越高,高温期维持的时间越短,不利于灭菌;含盐量大于1.5%时,体系pH基本低于5.5,微生物活性明显受到抑制;堆肥结束时,不同含盐量的4个反应器内堆料的含水率由56.12%分别降为41.63%、43.57%、39.04%、36.18%,含盐量越高,水分降低越多;水溶性C/N比分别由初始的30下降到9、10、15和17,含盐量越高,水溶性C/N比下降越缓慢。

餐厨垃圾高效好氧堆肥过程参数的影响因素研究

为了考察环境温度、初始含水率、通风量和填料量等因素对餐厨垃圾堆肥进程的影响,分别选用3组卧式反应器进行了4因素3水平完全试验和正交试验,对堆料温度、水溶性COD和pH值等餐厨垃圾好氧堆肥过程参数在不同条件下的变化规律进行了研究.结果表明:环境温度、通风量、初始含水率和填料量等不同影响因素对餐厨垃圾好氧堆肥过程均具有显著影响.环境温度、通风量、含水率和填料量等4因素对堆肥减量化率的影响显著性顺序为含水率>环境温度>填料量>通风量.

餐厨垃圾好氧堆肥过程参数的变化规律分析

为了探明餐厨垃圾好氧堆肥机理，促进好氧堆肥技术在我国餐厨垃圾处理领域的应用和推广，通过理论分析和实验研究，对餐厨垃圾堆体温度、pH值、可溶性碳氮比、含水率和有机质等好氧堆肥过程参数随时间的变化规律进行了研究．结果表明，堆制过程中，餐厨垃圾堆体温度先升后降．升温阶段较短，高温期维持了6d，基本可以满足灭菌要求；堆体pH值产生一定波动，但总体仍保持在4．5～8．0；堆肥初期，堆体碳氮比相对较高，随着生物反应的加快，碳源消耗较快，碳氮比开始正常下降．另外．堆体含水率和有机质含量的变化和控制对于堆肥效果具有显著意义．

物理组成对厨余垃圾堆肥恶臭组成及排放特征影响

为向生活垃圾(MSW)源头分类的环境绩效系统评估和恶臭防治提供基础数据,基于现场调研,探究了《北京市生活垃圾管理条例》(以下简称“《条例》”)实施前后的厨余垃圾堆肥厂恶臭组成及排放特征变化。结果表明,《条例》实施前后,厨余垃圾堆肥厂各单元的恶臭相对组成及比例变化明显:含氧化合物、蛋白质源含硫化合物和植物及果蔬来源的萜烯(主要柠檬烯)释放增加,三者质量占比由《条例》实施前的48.12%~72.20%、0.25%~0.39%和1.17%~3.16%分别增长为64.22%~92.65%、0.56%~43.54%和2.35%~9.58%。含硫化合物(甲硫醚、二甲基二硫醚和二甲基三硫醚)和萜烯成为除含氧化合物以外的重要嗅味贡献物质,嗅味贡献率分别由2.43%~17.20%和0.36%~3.11%增长为20.72%~45.69%和4.11%~27.90%。含氧化合物和萜烯是主要的臭氧污染前体物(臭氧生成潜势贡献率28.96%~88.28%和7.53%~31.40%)。含氧化合物主要是醇(乙醇、正/异丙醇)、乙酸乙酯、2-丁酮和正己醛。相应地,源于塑料袋、泡沫塑料、杀虫剂等的芳香族化合物的质量占比、嗅味影响和臭氧生成潜势贡献均有不同程度下降,分别降为1.16%~12.13%、0.65%~12.64%和3.59%~57.70%,尤其一类致癌物苯的释放减少使芳香族化合物总的致癌毒性降低。综合表明《条例》实施带来了厨余垃圾堆肥厂的恶臭组成及环境生态影响的显著改变。

改性沸石对餐厨垃圾释放的恶臭气体吸附研究

通过课题组的前期调研发现,餐厨垃圾处理过程中释放出的恶臭气体以氨气和甲硫醇居多,实验以改性沸石为吸附剂对混合恶臭气体甲硫醇和氨气进行吸附性能变化研究。利用不同浓度的磷酸溶液对沸石进行浸渍改性,考察烘干温度、浸渍浓度和浸渍时间对沸石结构和吸附性能的影响,探讨吸附机理。实验结果表明,改性之后的沸石物理结构发生了变化,烘干温度、浸渍浓度和浸渍时间对吸附效果的影响均呈现先增大后减小的趋势,沸石比表面积和表面酸含量共同作用于改性沸石对混合气体的吸附能力,其中在烘干温度为70℃、浸渍浓度为15%和浸渍时间为2.5 h条件下改性的沸石对混合气体的吸附能力最佳,此时氨气和甲硫醇的吸附量分别为224.727和4.527 mg/g,与未改性沸石相比增大了79.3%和143%。

餐厨垃圾管理的现状、问题及对策

针对我国餐厨垃圾产生量大、产生面广,餐厨垃圾含水率高、有机质含量高、容易污染环境的特点,分析研究了我国餐厨垃圾的产生现状、处理技术和工程概况,指出了当前我国餐厨垃圾管理中存在的主要问题,并提出了有关对策。

饮食业有机垃圾的产生现状及处理技术研究

研究了饮食业有机垃圾的产生现状及其组成,发现此类垃圾具有很高的回收利用价值.通过分析饮食业有机垃圾物理破碎、生物处理等就地处理技术的机理和影响因素,探讨了它们各自的特点,并利用物理化学原理,开发了一种以湿热处理为主要步骤的饮食业有机垃圾处理新工艺.

我国餐厨废油的产生现状、危害及资源化技术

餐厨废油包括煎炸废油、泔水油和地沟油等源自于餐饮业的废油脂,成分主要是烹调用植物油和食品中动物油脂,化学组成主要为脂肪酸甘油酯.煎炸废油来自于餐饮业的煎炸工序,由于反复高温煎炸,容易产生具有致癌作用的脂肪酸类聚合物,

餐厨废油高效分离回收工艺研究

为了提高餐厨垃圾废油分离回收效率,系统分析了餐厨废油的存在形式及提高其分离回收效率的途径,通过试验研究,探讨了湿热温度、处理时间等湿热处理参数对餐厨垃圾废油脂分离回收效率的影响。结果表明,160℃湿热处理80 min时,餐厨垃圾固相内部油脂液化浸出效果较佳。进而,开发了湿热水解处理脱出液的重力分离—粗粒化两段脱油工艺,并设计了粗粒化油水分离器。

含油量对餐厨垃圾好氧堆肥的影响

为了探索含油量对餐厨垃圾好氧堆肥的影响，本研究利用4组卧式堆肥反应器进行了试验，分析了含油量对堆体温度、pH值、含水率、可溶性碳氮比等好氧堆肥过程参数的影响规律。结果表明：含油量较高日寸好氧堆肥反应速率较慢，反应体系所达最高温度随着含油量的增高而下降，

餐厨废油高效分离回收技术研究

为了提高餐厨垃圾废油分离回收效率，系统分析了餐厨废油的存在形式及提高其分离回收效率的途径，通过试验研究，探讨了湿热温度、处理时间等湿热处理参数等参数对餐厨垃圾废油脂分离回收效率的影响结果表明，160℃湿热处理80min时，祭厨垃圾I习相内部油脂液化浸出效果较佳.进而，开发了了湿热水解处理脱出液的重力分离——粗粒化两段脱油工艺，并设计了粗粒化油水分离器。

喷钙脱硫钙基吸着剂经济性评价方法探索

炉内喷钙脱硫是最适合我国国情的烟气脱硫技术之一，其运行费用取决于钙基吸着剂的成本.本文用理论与工程实践相结合的方法，介绍一种通过研究钙基吸着剂吸硫反应动力学特性来预测吸着剂的吸硫性能及其经济性的方法，从而为选用质优价廉的吸着剂探索了新的途径.

2种典型餐厨垃圾资源化处理工艺的环境影响分析

为了评估餐厨垃圾资源化处理工艺对环境的影响,运用生命周期评价的方法,比较了2种典型的资源化处理工艺——好氧堆肥和湿热处理对环境的影响。结果表明,2种餐厨垃圾资源化处理工艺对全球变暖、生态毒性、酸化和富营养化的影响各有不同。其中,好氧堆肥对全球变暖的贡献较大,碳排放为337.7 kg CO_2eq./t。湿热处理为163.1 kg CO_2eq./t。在环境影响负荷方面,湿热处理工艺中的高能耗加重了毒性的影响。但由于其对环境的酸化、富营养化的不利影响较小,湿热处理的环境影响负荷总值是好氧堆肥的62.5%。总体上,湿热处理是一种对环境影响较小的餐厨垃圾处理工艺。

湿热-离心法分离餐厨废油脂

为了提高餐厨垃圾中废油脂分离回收效率,采用湿热-离心法分离餐厨废油脂,通过试验探讨了加热时间、温度以及离心转速等处理参数对餐厨废油脂分离回收效率的影响;同时,将其与湿热-重力法进行比较,以确定有利于餐厨废油脂分离回收的适宜工艺条件.结果表明:湿热-离心法较湿热-重力法更有利于餐厨废油脂的分离;随着温度升高和加热时间延长,餐厨垃圾脱油性能呈上升趋势,温度越高,趋势越明显;120℃下湿热处理80 min,餐厨垃圾固相内部油脂液化浸出效果最佳,最佳离心转速为2 500 r/min时,餐厨垃圾废油脂分离回收率最高.