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奶牛场粪便好氧堆肥工艺优化研究

奶牛场粪便好氧堆肥工艺优化研究

作者：杨林华中科技大学

学位级别：硕士

随着畜禽养殖业的规模化发展,产生的大量粪便和污水对周围地区特别是大中城市郊区及乡镇的环境产生了巨大压力。利用畜禽粪便生产有机肥既可减少污染物排放,又实现了对废物的资源化利用,是目前畜禽粪污处理和资源化研究的热点。宜昌市... 详细信息

随着畜禽养殖业的规模化发展,产生的大量粪便和污水对周围地区特别是大中城市郊区及乡镇的环境产生了巨大压力。利用畜禽粪便生产有机肥既可减少污染物排放,又实现了对废物的资源化利用,是目前畜禽粪污处理和资源化研究的热点。宜昌市某奶牛场采用槽式翻堆工艺将奶牛粪便生产成有机肥,然而随着原材料涨价等原因,其生产工艺面临着成本过高、发酵周期过长、产品养分较低等问题,本课题拟通过工艺优化解决技术问题。本文分析了畜禽粪便的危害、处理技术以及畜禽粪便堆肥技术的发展和原理,通过对奶牛场现有工艺和产品进行分析,提出了研究技术路线和优化实验方案;在不同初始条件下进行了堆肥实验以及相关理化特性分析;基于翻堆通风方式研究了堆肥供氧效果;最后进行了经济分析和提出了工艺优化方案。研究结果表明: (1)初始含水量为65%堆肥原料,添加5‰武汉产菌剂或2‰上海产菌剂均能实现快速堆肥,堆肥周期在26天左右,且堆肥腐熟后养分较高;(2)翻堆只能起到混合和疏松物料的作用,槽式翻堆堆肥工艺主要供氧机制为自然通风;(3)本文进行的实验研究和经济分析表明,工艺优化后可以达到降低生产成本、提高生产效率的效果。

关键词：奶牛场粪便高温好氧堆肥槽式翻堆工艺优化

改性沸石修复渗沥液污染土壤的生态毒理学研究

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改性沸石修复渗沥液污染土壤的生态毒理学研究

作者：李林蔚华中科技大学

学位级别：硕士

我国很多旧垃圾填埋场由于防渗系统的缺失或不完善，垃圾渗沥液严重污染了土壤。选题土壤的生态修复及其毒理学评价的研究很有必要。本文根据生态毒理学及相关实验手段，在实验室条件下利用改性沸石模拟了污染土壤异位化学修复，着... 详细信息

我国很多旧垃圾填埋场由于防渗系统的缺失或不完善，垃圾渗沥液严重污染了土壤。选题土壤的生态修复及其毒理学评价的研究很有必要。本文根据生态毒理学及相关实验手段，在实验室条件下利用改性沸石模拟了污染土壤异位化学修复，着重研究采用梨形四膜虫生态毒理学实验评价该修复方法对渗沥液污染黄棕壤的修复效果。主要研究内容和结论如下：（1）沸石单一改性条件研究：梨形四膜虫24hLD50诊断实验结果表明，当利用微波单一处理时，15g沸石投加量的效果最佳，3min的微波处理时间效果相对而言较为理想;当利用酸处理时，多组四膜虫致死率高于未添加沸石对照组，甚至接近100%全死亡，四膜虫24hLD50与沸石的投加量没有明显的相关性，比较发现8mol/L的酸处理效果较好。微波处理的土壤修复效果明显好于酸处理方式。（2）微波-酸联合改性条件研究：四膜虫死亡率的测定结果表明，先进行微波处理后进行酸处理沸石修复的效果优于先酸处理再微波处理，15g沸石投加量的修复效果最理想，先酸处理后微波处理各组致死率均为100%死亡;慢性毒性实验结果表明，沸石先经酸处理后经微波处理的OD600变化很缓慢，无明显的对数生长期，直接进入稳定期，而先经过微波处理后进行酸处理的沸石相比之前的改性方案具有较好的修复效果。（3）改性沸石-牛粪联合作用条件研究：四膜虫急性毒性研究表明，添加牛粪后四膜虫的致死率出现了大幅度下降，当牛粪的添加量一定时，沸石添加量越多，致死率越低;慢性毒性研究表明，经微波处理沸石与牛粪的共同作用，各组四膜虫的OD600均有较大幅度的上升，并有较长的对数生长期，证明该修复条件下土壤浸出液的生物慢性毒性较低。（4）微生物学与分子生态学研究：经改性沸石修复后某些种类微生物开始成为优势菌，可知改性沸石能改变土壤微生态环境，为一些微生物提供较好的生存条件;各组在DNA水平间的差异不大，DNA片段大都集中在1375~2027bp。

关键词：土壤修复沸石梨形四膜虫毒性诊断

CuMg@Fe3O4活化过一硫酸盐降解对乙酰氨基酚的研究

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CuMg@Fe3O4活化过一硫酸盐降解对乙酰氨基酚的研究

作者：张婷婷华中科技大学

学位级别：硕士

过一硫酸盐(PMS)高级氧化技术(AOPs)因其能产生多种氧化性极强且存活时间更长的反应活性物种,能够持续不断地降解难降解有机污染物,被认为是降解顽固型有机污染物的较好策略,但是该技术尚存在能耗大、易腐蚀设备以及易造成二次污染等不... 详细信息

过一硫酸盐(PMS)高级氧化技术(AOPs)因其能产生多种氧化性极强且存活时间更长的反应活性物种,能够持续不断地降解难降解有机污染物,被认为是降解顽固型有机污染物的较好策略,但是该技术尚存在能耗大、易腐蚀设备以及易造成二次污染等不足。因此,本研究尝试性地以把复合材料CuMg@FeO作为催化剂,构建了PMS/CuMg@FeO非均相高级氧化体系,并以对乙酰氨基酚为模型污染物,对该体系对对乙酰氨基酚的降解效能、活化机理、降解途径及生物毒性展开研究,主要研究内容及结果如下:(1)通过共沉淀法制备Cu@FeO和CuMg@FeO两种催化剂,并对催化剂的催化性能进行比较,采用SEM、FT-IR、XPS表征手段,分析两种催化剂的形貌变化及结晶情况。研究发现,与Cu@FeO相比,加入非过渡金属Mg金属以后,CuMg@FeO催化性能得到极大的提升,结晶度更高,且催化剂表面粗糙,有层状结构出现,比表面积更大。(2)探究了各影响因素及水质参数对PMS/CuMg@FeO体系降解对乙酰氨基酚的降解效能的影响。对乙酰氨基酚在该体系中的降解符合伪二级动力学模型,体系对温度的依赖性较低,其表观活化能为22.14 kJ/mol,影响该体系的主要反应因素有PMS浓度、催化剂投加量以及pH,其中pH对体系的降解效能的影响最为显著,pH为6、9时,对乙酰氨基酚的降解速率及去除率较极酸、中性及极碱条件下好,通过优化实验降解对乙酰氨基酚(1 mM)的最佳反应条件为PMS浓度为2 mM、催化剂投加量为2g/L、反应温度为30℃。对水质参数的研究表明,HCO以及HA对降解对乙酰氨基酚呈一定的抑制作用,而Cl对降解对乙酰氨基酚呈促进作用。(3)通过离子强度实验、淬灭实验、EPR及XPS分析,对反应过程中CuMg@FeO活化PMS的机制进行了探究。研究发现,在溶液中PMS与催化剂之间的反应为外球面反应,反应的活性物种主要有O、·OH、SO,其中,O起主导作用。CuMg@FeO在活化PMS过程中,Cu(Ⅰ)和Fe(Ⅲ)据发生了价态变化,且Fe的价态变化更大。(4)通过GC-MS检测,提出一条可能的降解途径,发现体系中的反应活性物种主要进攻酚羟基对位的基团,从而形成对二苯酚进而被进一步氧化成小分子有机化合物,该过程包括羟基化、脱氨基化、碳碳双键氧化断裂和单键断裂等多种作用,同时通过生物毒性及PMS残留情况进行研究,结果表明,与其他体系相比,使用PMS/CuMg@FeO体系降解对乙酰氨基酚,其出水产生毒副产物的潜能降低,进而减少对水环境造成的二次污染。

关键词：高级氧化过一硫酸盐对乙酰氨基酚降解机理毒性潜能

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二次性分段好氧技术应用于垃圾填埋的研究

二次性分段好氧技术应用于垃圾填埋的研究

作者：黎小保华中科技大学

学位级别：硕士

针对目前生活垃圾厌氧填埋处理技术存在的填埋场选址难、降解过程缓慢、稳定化时间长、产气率低、渗滤液难处理等有关问题,本论文探讨了将好氧技术与传统的厌氧填埋技术相结合的生活垃圾处理新途径,使其达到提高填埋场的有效利用率,加... 详细信息

针对目前生活垃圾厌氧填埋处理技术存在的填埋场选址难、降解过程缓慢、稳定化时间长、产气率低、渗滤液难处理等有关问题,本论文探讨了将好氧技术与传统的厌氧填埋技术相结合的生活垃圾处理新途径,使其达到提高填埋场的有效利用率,加快垃圾生物降解速度、提高气体产量和产率、加速填埋场稳定化、降低填埋场渗滤液处理难度等效果。对此,本论文主要做了两个方面的工作:一是在生活垃圾进入填埋场之前进行好氧生物预处理效果的实验研究;二是在填埋过程中实现“厌氧—好氧”生物反应器填埋的工艺思路探索及模拟实验的设备研制。 1)好氧生物预处理效果的实验研究探索生活垃圾填埋处理中采用好氧生物预处理工艺对高含水率和高有机物混合垃圾的发酵预处理作用的减湿和减量效果,期望对好氧生物预处理技术提高填埋工程效益的技术路线思路提供一定的依据。将计量垃圾混合均匀,测定原料特性值后,进行模拟好氧堆肥,测定过程中与垃圾填埋预处理有关的减湿和减量等部分技术指标;同时采用费用-效益分析方法,综合评价“有无”好氧生物预处理工艺的垃圾填埋处理方案的技术经济效果。研究表明,好氧生物预处理一是可以降低含水率、减少重量、减小体积,使后续填埋处理减量化;二是使渗滤液的NH3-N含量降低,从而有可能降低填埋过程中渗滤液的处理难度。同时从方案比较结果来看,填埋之前采用好氧生物预处理的填埋处理方案的经济指标优于没有采用预处理的传统垃圾填埋处理方案。 2)“厌氧—好氧”生物反应器填埋的工艺思路通过垃圾填埋场工程设计实践,在总结传统卫生填埋存在的问题的基础上,结合国内外卫生填埋技术的发展趋势以及目前国内外卫生填埋技术的研究热点,在集成现有技术基础上,提出开发投资少、运行费用低的“厌氧—好氧”生物反应器填埋新技术。同时参阅了大量文献资料,对生物反应器填埋场的结构特点和

关键词：生活垃圾填埋好氧生物预处理 “厌氧—好氧”生物反应器

基于技术标准编制的填埋气体收集与利用系统研究和应用

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基于技术标准编制的填埋气体收集与利用系统研究和应用

作者：解莹华中科技大学

学位级别：硕士

我国大多数已建生活垃圾填埋场普遍存在填埋气体导排设施落后、收集效率低下等问题,并缺乏深入详细的技术导则和国家层面技术标准指导。为控制我国填埋气体有效导排并促进填埋气体回收利用项目的开展,需要对填埋气体收集及利用系统建设... 详细信息

我国大多数已建生活垃圾填埋场普遍存在填埋气体导排设施落后、收集效率低下等问题,并缺乏深入详细的技术导则和国家层面技术标准指导。为控制我国填埋气体有效导排并促进填埋气体回收利用项目的开展,需要对填埋气体收集及利用系统建设进行技术导则和国家技术标准研究,为我国填埋气体收集与利用工程提供参考和设计依据。本文基于技术导则和技术标准编制的需要,在对国内外垃圾填埋气体收集与利用工程建设现状、技术发展及相关标准进行分析对比的基础上,结合国内外已有的设计要求和经验,并以填埋场实例进行分析和设计应用,形成了主要研究内容及成果和结论如下: (1)对填埋气体导排、输气系统工程中竖井(沟)布置、竖井(沟)结构、输气管网布置与敷设、冷凝液排放等设计内容进行分析和总结,提出填埋气体收集、输气系统优化设置的相关设计参数及工程设计建议。 (2)提出抽气设备的控制与选择原则,并对填埋气体产气量估算模型进行对比:IPCC(政府间气候变化委员会)一阶衰减模型、美国landGEM模型及UNFCCC(联合国气候变化框架公约)方法学工具等比较适用于我国垃圾填埋气体产气量估算。 (3)提出火炬设备控制及选择的原则。填埋气体发电作为适用于我国的主要利用方式,提出发电设备的选择原则。 (4)研究成果提炼后形成《生活垃圾卫生填埋技术规范》CJJ17-2011、《生活垃圾卫生填埋技术导则》RISN-TG011-2010的技术条文内容。 (5)以生活垃圾填埋场实际工程为例,采用研究成果及归纳的技术条文对实际运用效果进行分析,结果表明:采取的措施及设计方法合理有效,UNFCCC方法学工具估算结果较为准确,适用于我国填埋场填埋气体产气量计算。

关键词：填埋气体导排收集估算模型回收利用发电

基于类水滑石CuCo@MgAl-LDH活化过硫酸盐降解苯酚的效果及机理研究

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基于类水滑石CuCo@MgAl-LDH活化过硫酸盐降解苯酚的效果及机理研究

作者：郎洁华中科技大学

学位级别：硕士

去除有机污染物是解决水体污染的主要目标之一。基于过硫酸盐(PS)的高级氧化技术(AOPs)降解有机废水以其处理设备简单,处理效果好等优点引起国内外广泛关注,已成为当下研究的热点,此技术尚存在热活化能耗大、碱活化易腐蚀设备、过渡金... 详细信息

去除有机污染物是解决水体污染的主要目标之一。基于过硫酸盐(PS)的高级氧化技术(AOPs)降解有机废水以其处理设备简单,处理效果好等优点引起国内外广泛关注,已成为当下研究的热点,此技术尚存在热活化能耗大、碱活化易腐蚀设备、过渡金属离子活化引起二次污染等不足。本研究尝试性提出利用非均相的水滑石结构(LDH)镁铝载体负载铜钴氧化物催化剂代替均相的铜钴离子催化活化过硫酸盐,形成PS/CuCo@MgAl-LDH体系降解模拟含酚废水,多相催化剂CuCo@MgAl-LDH催化活性高,可以降低反应活化能,不需加热即可降解有机污染物,同时水滑石结构载体大大降低了离子浸出,避免了二次污染。主要研究内容与结果如下:(1)通过水热合成法制备CuCo@MgAl-LDH,利用比表面积分析(BET)、扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)和傅里叶红外(FT-IR)等分析方法对样品的表面性质、形态、晶体结构进行表征。结果发现CuCo@MgAl-LDH具有镁铝水滑石特征峰,比表面积大,晶型完整。(2)通过研究温度(10℃0℃)对PS/CuCo@MgAl-LDH体系降解苯酚的影响,发现苯酚的降解符合一级动力学方程lnk=﹣7981.1/T+24.086,R2=0.96,苯酚降解速率与温度呈正相关,苯酚的活化能Ea=66.35KJ/mol。通过反应前后CuCo@MgAl-LDH的XRD分析、催化剂的重复利用实验及MP-AES测定,证明CuCo@MgAl-LDH性质稳定,金属离子浸出低,催化剂重复三次利用降解效果基本无下降。(3)通过研究初始p H=32范围内对PS/CuCo@MgAl-LDH体系降解苯酚的影响发现,在较大p H(32)范围内体系对苯酚降均具有较高活性,同时,还研究了腐殖酸(HA)、Cl、Br、NO、CHCOO、SO、CO、HCO、HPO等阴离子对该体系降解苯酚的影响,结果发现:卤素离子对体系降解苯酚几乎没有影响,腐殖酸及各种其他阴离子对降解苯酚表现出不同的抑制作用。(4)通过自由基抑制实验、荧光实验、离子强度实验、拉曼光谱(Roman)、全反射傅里叶红外光谱(ATR-FTIR)、X-射线光电子光谱(XPS)、电子顺磁共振(EPR)分析,证实PS/CuCo@MgAl-LDH体系降解苯酚的作用机理是自由基反应,体系中SO·、·OH、O·三种自由基共存。在p H=5时,体系主要以SO·为主,在p H=7时,体系主要以SO·、·OH、O·三种自由基为主,在p H=10时,体系主要以·OH、O·两种自由基为主。

关键词：高级氧化过硫酸盐催化镁铝类水滑石含酚废水

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生活垃圾生物预处理及产物堆肥化研究

生活垃圾生物预处理及产物堆肥化研究

作者：刘晓华中科技大学

学位级别：硕士

生活垃圾的堆肥化处理既可以解决城市垃圾的出路问题,达到资源回收利用和无害化的目的,又可以作为一种生物预处理技术用于垃圾减量化,目前是垃圾处理领域的研究热点。研究目的:依托宜昌黄家湾填埋场进行垃圾堆肥现场实验,以预处理减容... 详细信息

生活垃圾的堆肥化处理既可以解决城市垃圾的出路问题,达到资源回收利用和无害化的目的,又可以作为一种生物预处理技术用于垃圾减量化,目前是垃圾处理领域的研究热点。研究目的:依托宜昌黄家湾填埋场进行垃圾堆肥现场实验,以预处理减容、减量效果和腐熟周期缩短为评价指标,优化工艺参数,为城市生活垃圾堆肥化处理提供实验依据。研究方法:现场实验运行,取样监测过程参数变化,跟踪监测堆肥发酵过程中水分、有机物、氮、磷的转化过程,监测堆肥物料的腐熟度(植物毒性实验和耗氧速率),综合分析堆肥的通风、翻堆操作对堆肥腐熟周期的影响,进行实验结果分析。研究内容:(1)生活垃圾堆肥一次发酵(生物预处理)过程研究;(2)生活垃圾堆肥二次发酵(预处理产物后续堆肥)过程研究;(3)堆肥过程中控制参数的优化研究;(4)堆肥腐熟指标和参数研究。研究结论:(1)经过生物预处理后,垃圾减重率可达10%-34%,减容范围在20%以上,挥发性有机物降解率在16%-51%,可见,生物预处理可显著地降低生活垃圾的含水率,提高其热值,更有利于后续的卫生填埋或者焚烧处理;(2)以生物预处理减容、减量效果为评价指标,得出现场生物预处理优化运行参数:每天通风8小时,每半小时通风;垃圾进仓时加水2t调节含水率;预处理时间为15d。(3)通过对二次堆肥物料腐熟度的监测,得出了现场二次发酵通风和翻堆的优化参数:每半小时通风8分钟,每天开风机8小时,当温度降低到35℃时,停止通风;两天翻堆一次,当温度降低到35℃时,停止翻堆。(4)通过现场试验,对种子发芽指数、氨态氮与硝态氮之比和耗氧速率进行了监测,证明其作为腐熟度评判指标的可行性,为课题组编制国家标准《堆肥质量要求》提供了实验依据。

关键词：生活垃圾堆肥生物预处理二次发酵工艺优化

厌氧—好氧生物反应器填埋技术试验研究及数值模拟

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厌氧—好氧生物反应器填埋技术试验研究及数值模拟

作者：周传斌华中科技大学

学位级别：硕士

生物反应器填埋技术是对传统填埋技术的改进,是国内外研究的热点。目的:基于生物反应器填埋技术,研究一种符合循环经济理念和生态工程原则的厌氧-好氧生物反应器填埋工艺。内容及方法:(1)利用自制的生物反应器填埋模拟装置进行工艺调... 详细信息

生物反应器填埋技术是对传统填埋技术的改进,是国内外研究的热点。目的:基于生物反应器填埋技术,研究一种符合循环经济理念和生态工程原则的厌氧-好氧生物反应器填埋工艺。内容及方法:(1)利用自制的生物反应器填埋模拟装置进行工艺调试运行,研究厌氧—好氧反应器填埋的最佳生物转化条件、厌氧阶段渗滤液降解规律、填埋产气规律及好氧阶段脱水脱臭规律及其影响因素;(2)采用分子生物学方法研究反应器微生物生态;(3)根据试验数据,结合微生物动力学及物料衡算等进行数值模拟;(4)基于试验结果探讨工程应用的主要技术经济指标。结果:(1)基于渗滤液回灌的厌氧填埋,每日回灌1次,每次10～13L;8周左右垃圾挥发性有机固体成分由40.5%下降至20%;渗滤液pH值6周后可自调节至6.7以上,COD浓度17周后降至峰值的6%,BOD5/COD降为0.1,NH3-N呈波动趋势;累计甲烷产量为44%。(2)基于强制通风的好氧填埋,通风量为6～8×10-3m3/min,每日通风10h;通风23d后,垃圾层产生的恶臭浓度降为19,氨气浓度降为0.33mg/m3;垃圾层水分降至11%;通风尾气导入渗滤液调节池中可去除80%的NH3-N浓度;垃圾基本达到农用堆肥标准。(3)厌氧-好氧反应过程经PCR扩增ITS片段得到RISA图谱分析,厌氧阶段有4个优势类群,一些兼性菌类群在厌氧-好氧阶段均起到重要的作用。结论:本文研究的厌氧-好氧生物反应器填埋技术能够加速生活垃圾稳定化过程,大幅降低渗滤液的处理难度,能快速稳定地产气,垃圾经过好氧通风后,填埋体产生的恶臭气体浓度可以达到相关标准,水分大量去除,垃圾开采利用后填埋场地可循环使用。厌氧-好氧生物反应器填埋工艺在技术经济上是可行的,但还应通过进一步的中试才能应用于工程实际。

关键词：城市生活垃圾生物反应器填埋厌氧-好氧数值模拟