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固体废物处理及处置大作业学 院： 环境与化学工程学院 专业班级： 环境工程07级（01）班 学生姓名： 姚婧婧 学 号： 40704040131 授课教师： 张洛红 对机械生物法处理城市固体废物工业单位的效益评价摘要:对法国门德城市的固体废物（MSW）机械生物处理（MBT）单位进行评估，其主要在大规模的减排，沼气排放量减少和废物的生物稳定性处理等方面进行。 MBT的单位包括机械排序操作，一个有氧旋转生物反应器，在露天隧道进行强制通风过程（稳定），成熟的平台和卫生垃圾填埋场细胞中分离废物的处置。在整个工厂，结果表明：干物质减少 18.9和氧化的有机质减少39.0。含量占46.2的沼气生产的减少还有待观察。关于生物处理步骤，已有明显的减少：沼气潜力减少88.1和氧化有机质含量下降57.7。不过，通常被认为稳定指数（沼气力，呼吸速率指数）仍高于由德国或奥地利填埋规定提供的值。质量平衡执行的每个处理步骤线表明，有几个阶段需要改进（特别是机械分拣操作）一些可能含有可生物降解物质的垃圾组分可能进行填埋时很少或没有经过生物处理。1简介 1999年4月欧盟填埋指令（99/31/EC）确立了垃圾填埋要求和逐步减少填埋前期残留在城市生活垃圾（MSW）中的可生物降解有机物。会员国不得不制定战略以确保在15年期间逐步减少下降到只有1995年35的产量。其目的是的减少对堆填区空间的需要，限制沼气和渗滤污水排放，并减少关闭后的管理时间。法国（于1997年9月9日通过和修改于2006年1月19号）规定了在现场勘查开采停止后对所产生的渗滤液和和沼气的回收处理（30年）。根据这一法规的内容，若干战略已经制定出来。在法国通过焚化 （43，瓦特/瓦，2004年城市生活垃圾），源分离回收 （13，瓦特/ W）和城市生活垃圾有机组分（6，瓦特/ w）的堆肥等主要的战略，来尽量减少堆填（38，瓦特/瓦特）。考虑到大量焚烧处理剩余垃圾，法国已经实现了垃圾填埋指令的指标。不过， 主要是因为其公众的积极接受程度， 机械生物处理（MBT）作为焚烧残余垃圾的选择已于日前通过审议。在目前，六个厂的运作和众多项目已全面展开。首先在奥地利和德国发展的机械生物处理技术的目的就是尽量减少沼气和渗滤污水的产生，减少浪费，在废弃物沉积过程中减少气味，减少填埋场的沉降，减少填埋场现场善后的持续时间 1,2。MBT也可以被视为一个预处理，提高初始沼气的生产3。MBT剩余垃圾包括：（1）机械预处理阶段来理清如纸张、金属和塑料等可回收材料及（ii）在厌氧控制和/或有氧的条件下以减少和稳定可生物降解有机质的生物阶段。废物生物稳定性指标的使用对于许多研究者来说是很感兴趣的，以此来预测潜在的环境影响和堆填区废物的影响4-13。有机物质浸出液中所含的信息，例如是可以用作垃圾降解指标的 9,14,15。奥地利和德国对于废物的生物处理堆填值已经设置了限值4。这些指标中的多一些是全球性的参数，如热值（h06000KJ/ kgDM），总有机碳含（TOCeluate18），经过浸出程序后的洗脱液中总有机碳含量（TOCeluate250mg/L）。生物稳定性的测试已经被提出用来衡量生物反应。生物稳定性的最常用指标是呼吸速率指数（RI）和沼气潜力（BP）。在德国和奥地利，关于呼吸速率指数的测试是进行4天有氧培养的“Atmungsaktivitt”（德国和奥地利的AT4分别为5或7gO2 /kgDM）。最近，一个动力学的呼吸指数（直接还原铁1000mgO2kgVS-1h - 1）测试通过阿达尼（Adani）等已经在意大利发展。6根据意大利对废物生物填埋处理的规则16。废物生物稳定性也可以采用生物潜力，对应厌氧条件下沼气生产的测量控制。最常见的程序是“Gasbildung”GB21 测试，设计测量在滞后期之后超过21天的沼气产量，其中为20NLkgDM - 1 17。 在法国，没有确定的标准来规定允许剩余垃圾进入填埋场。但是，在大规模的减少与稳定条件下，为了估计填埋预处理的效益，必须考虑到用机械生物处理。在2004年，法国环境机构ADEME 启动一个研究项目，研究机械生物处理在城市生活垃圾填埋过程中的影响。过去的研究报道了一个长达的1年的研究，这项研究是在法国门德的一个废物处理厂进行的18。填埋以前，在法国这个厂是机械生物处理的首次运作，它已经在2003年开始运作。通过对每个特定的处理步骤和整个装置的部分权衡进行性能评估，本文报道了在2004年9月和2005年3月两个废物采样后的互补数据。在有机碳平衡和沼气与生物甲烷潜力减少方面引起了特别的关注。 2材料和方法 2.1工业机械生物处理单元的说明 被调查的机械生物处理工厂坐落于法国洛泽尔省芒德市的郊区，在洛泽尔省地区它已被用于处理剩余收集的城市固体废物和稳定填埋垃圾。其处理容量为25万t/年的MSW。该装置已由德阿劳若莫赖斯等描述出来18，并显示了一个概要图。 1。残留的垃圾是由一个旋转筛进行机械预处理（筛1）并配备刀子撕开垃圾袋形成两个直径系列的孔：70和450mm的。超大孔径（450毫米），所谓CFS1（粗孔筛1）直接填埋在一个特定的单元格（单元3）。孔径小的（ 50毫米。有色金属是从一个环状磁分离器超过50毫米的部分重新分离出来的。最后，筛2的材料50毫米，无有色金属及所谓的BFS2（筛2的捆装部分）被捆装及填埋在一个特定的单元内（单元2）。孔径50毫米，即所谓的FFS2（筛2的细孔）传送到生物处理平台。在前期处理阶段， FFS1组分（70毫米）和FFS2（50毫米）是每天传送至车间段的部分稳定，以区分生物处理。该生物处理由一个密集的好氧工艺热发酵组成，且有一露天强制通风的隧道带和6周的停留时间， 和一个平均成熟期为15周被动的曝气段。在有可供选择的通气系统或吹起时段窗子底部排除装置处提供充足氧气。废物是机械的每2周从一个隧道转移到另一个隧道，来使其同质化及提高曝气。经过6周后，两类孔径即所谓的FFS1Stab和FFS2Stab分别转移到室外平台进行被动式通风，无搅拌的成熟。经过15 周成熟，优良的部分称为FFS1Mat，和FFS2Mat 一起被掩埋在一个特定的填埋单元里（单元1，图1）。 2.2 废弃物采样与表征两种取样在2004年9月及2005年3月先后开展，每次时间都超过一周。在这项研究中，废弃物采样的进行是根据法国的标准程序XP X30 - 40819。样品制备是有详细文献的18。六馏分收集特性：进口垃圾合格的孔径FFS1和FFS2，粗孔径CFS1和筛1的中间孔径IFS1，捆在出口处筛2的孔径BFS2。在从强制曝气阶段到成熟阶段的转变过程中，有氧稳定组分收集的部分FFS1Stab 和FFS2Stab在6周后做完。同样，成熟部分FFS1Mat和FFS2Mat在从成熟的平台到垃圾填埋单元1的传输过程中要进行抽样。表1对完成分析及操作过程中的废物进行了总结。 2.2.1固体废物分离组件材料 （MODECOMTM程序） 根据法国的标准程序XP X30 - 408，即所谓的MODECOMTM程序,对MSW（进口），FFS1，FFS2，CFS1，IFS1及BFS2进行了表征 19。用本手册排序方法对在13个废旧物资的主要类别进行排序：易腐烂的废物（生活中未成熟的物质和食品废物）， 优质物质（20毫米）（主要是易腐烂），纸张，纸板， 纺织品，卫生纺织品，塑料，复合材料，不易分类的可燃材料，玻璃，金属，不易分类的不可燃材料，生活危险垃圾。 2.2.2固体废物化学表征 对于细组分（FFS1，FFS2，FFS1Stab，FFS2Stab，FFS1Mat和 FFS2Mat），确定的初始干物质（DM）和水分含量 要达到NF国际标准组织11465 20标准程序。经干燥的样品（在105C 下100克湿物质（WM）直到恒重量。对于异构粗组分（MSW，CFS1， IFS1和BFS2），MODECOMTM程序下由重达150公斤的样品潮湿分别对每个材料类的干物质含量进行测定（一节2.2.1），在70C用烤箱（1周）干燥样品，再称重一次。 挥发性固体（VS）的含量是由50克干品决定的，是用点火在550C下燃烧4小时的损失21来估计总有机物含量的，包括天然有机物和塑料。 对于粗组分，如前面所述18挥发性固体的确定是由重组后的样品完成的。 潜在的可降解有机物是通过对该氧化有机物的测量确定的（OOM），根据 标准程序AFNOR XP的U44 - 164 22,其主要组成为在22 2下浓度为7.0 0.4mol/L的nacl干样品（100DM）。连续三个氧化脱洗循环已经进行了，而OOM的含量计算作为最初和最终干物质的重量之差。对于粗组分，OOM的确定在对样品进行重组中完成了18。根据标准程序23，总有机碳浓度TOCDM是根据用的干爱AnalyticalTM TOC分析仪对干样品的测定。在切割磨RetschTM钐2000样品之前就被磨成粒径小于2mm。由于TOCDM测量值很难获得，三次重复获得的测量代表值可接受（标准偏差低于5）。对于粗组分，在最近的法国全国性废物表征进行中，混合废物中的TOCDM是由每个类别的TOCDM含量决定的24。除了对粗组分干物质的确定，所有的分析都重复进行了三次。2.2.3固体废物生物稳定性的表征：沼气 潜能（BP）和生物甲烷势（BMP）测试方法说明了， BP和BMP是由多个作者提供的25-29。类似的废物初步实验表明， 35C下潜伏期为90天， 滞后期后，就足以确定天然气生产总量。 BP和BMP在标准程序下由细组分FFS1，FFS2，FFS1Stab，FFS2Stab，FFS1Mat和FFS2Mat决定。干废物样品（10 gDM）磨碎到1毫米，根据ISO 11734 30准备将1L培养基引进到2公升的玻璃瓶中。进而从污水处理厂的工业厌氧消化污泥中获得接种，并在实验室培养31。然后在100毫升的接种液引入之前用氮气冲洗了几分钟瓶子。引入无废料样品空白来用相同的办法评估内源性沼气的接种生产。试验用气密橡胶瓶塞和塑料密封测试和空白瓶32,33，在35C下在黑暗中培育并且每天手动摇动。所有的测试和空白实验都进行了一式三份。沼气生产的监控是用一个数码管2085P带有BD针的压力传感器测量的。沼气定期排放防止压力超过2000毫巴（压力传感器的限制）。产气体积用标准状况（0。C 1at）理想气体的表达式来计算。定期分析气体组成，用装有专分离CO2的Poraplot U和用于O2 N2 CH4中之一的安捷伦气微热导色谱仪探测器来定期分析其体组成。由于其 非均质性，粗组分不能这样培养。在含有可生物降解的有机物，即易腐烂的废物，精细的元素， 报纸，纸板，复合材料，纺织品，卫生，纺织品及未可燃材料31的不同类型下，用同样的BP和BMP进行实验测定。BP和粗组分的BMP由废物部分不同类别的单位质量比例的甲烷增加量计算出来。 2.2.4固体废物生物稳定性的表征：呼吸指数RI4 该RI4测试是在20C下培养4天所消耗氧量的测定 34。20克湿润废物（地面至10mm）直接放到2升的广口瓶中且加满水，直到固体废物不能容纳为止 （见表3）。 OXITOP 试剂盒用于监测耗氧量。培养瓶子被密封，通过伸进瓶内的压力计来显示瓶内压力的变化。生物降解有机物质产生的二氧化碳由瓶内烧杯中的氢氧化钠溶液所吸收。因此， 所显示的压力成比例下降到消耗氧气的压力，随后转换成氧气的消耗。在20。C下黑暗中，取三份相同进行培养，每日更新顶空空气从而避免氧气的不足。如宾纳等的建议4，滞后期后监测期开始了。从RI4测试结果，表明了在4天的培养期中，每公斤干物质要消耗1g的氧气。 2.2.5自热容量SHC10 随着布林顿等人提出的程序，自热容量的程序也被确定 35。处理前后对精细组分进行稳定估计。废物样本（1.5升 潮湿的样本）被引入杜瓦绝热反应器中，由于有机有物的氧化作用，使温度升高，对此要做超过10天的记录比较外面的温度。目的废物磨碎到低于10毫米的粒子大小，加水至直到达到废水场容纳能力。这项测试是常用来估算堆肥成熟期的。 2.3质量平衡 在过去的研究报道中，质量平衡来自于2004年9月的报道 18。同样的方法是在2005年3月第二次报道中出现的。两次报道的结果被认为是用来计算平均值和标准偏差的。废物的初始质量（输入剩余垃圾）考虑到建立质量平衡，第一次质量684吨（WM）和第二次质量563 t（WM）,在不同的过程中，质量平衡被用来计算DM,VS, TOCDM，OOM，BP和BMP，并用来评估筛分操作和生物处理效率。由于参加的渗滤液及来自渗滤液的有机物是可以忽略的，不参与质量平衡中的计算。图1列出了为干燥物质平衡两组平均数据。 3结果 3.1垃圾组分的组成 3.1.1在最初的城市生活垃圾（MODECOMTM程序）中，DM、TOCDM和BP在不同的类别中的分布材料在干物质基础上，工厂收到的处理垃圾的主要组成有:9的易腐烂废物，21的细组分（450mm），主要是由文件（13），纸板 （24）和塑料（24）构成，如表2所示。这一结果表明 ，如包装用的纸箱和大型纸张等撕碎的大物质在第一次筛选操作中是没有效率的。大量可生物降解有机物（主要是论文和卡纸）具有高VS，OOM和TOCDM 含量（见表3），因此，没有任何生物预处理在单元3填埋。因此，掩埋在单元3的废物BP和BMP（CFS1）分别高达281 17NL kgDM - 1 和138 8NLkgDM - 1（见表3）。粗组分FFS1（70毫米）表现出较低的沼气和生物甲烷潜力：分别为215 43NLkgDM - 1和114 30NLkgDM - 1（见表3）。精细组分（20mm）的在逻辑上小部分占优势（见表2）。从这些结果可以得出结论，在机械生物处理城市生活垃圾中筛分作业必须同生物处理相结合。 3.1.3 在出路筛2和 ARB中废物DM和BP分布 表2显示，在纸板和纸张的含量在经过ARB和筛2后50 - 450mm的BFS2和在ARB的（见表2）入口70 450mmIFS1比例（30）几乎是相同的（表2）。此外，VS，OOM，和TOCDM 以及BP 、BMP的含量在这两部分液相当类似（见表3）。这些结果强调了在处理粉碎的报纸和硬纸板时ABR效率不高。在ARB中2天的停留时间被证明是太短而不允许一个粒子的尺寸通过生物降解和中等大小的有机材料机械粉碎减小到50毫米。 事实上，很难相信，2天的时间足够垃圾的稳定。 因此，一个潜在的大量可生物降解有机质被捆绑和填埋在单元2中（BFS2）如图所示为232 21NLkgDM 1的潜在的高沼气 和质量分数分别为79.7，36.0和41.9的高含量VS,OOM,TOCDM（表3）。 正如在FFS1中已经观察（70毫米），FFS2精细组分在逻辑上是主要的（50毫米）（见表2）。FFS2通过VS（76.2）， OOM（53.9）和TOCDM（32.5）来表征，这些分别高于在FFS1比例，如表3。此外，BP和BMP （分别为291 34NLkgDM - 1和135 21NLkgDM - 1，）也高于FFS1中的比例，从而确认由于停留时间很短ARB的可生物降解效率很低。这些数据也证实了FFS1中有更高的含量惰性材料，其中与FFS2相比（分别为3.2和 0.9）FFS1中有10.5的玻璃和6.0的未分类惰性材料。 3.1.4 生物稳定性 表3显示了各组分FFS1和FFS2的生物稳定性指标（BP90，BMP90，RI4和SHC10）的。新鲜组分FFS1和FFS2的特点是沼气能分别为215和291NLkgDM 1. 后6周的强制通风之后，FFS1Stab中的BP虽然下降至51 10NLkgDM 1,但仍高 于FFS2Stab（232 23NLkgDM - 1）。通过RI4和SHC10的获得结果，证实了与FFS1Stab相比，FFS2Stab有较低的生物稳定性。这些结果表明， 强制曝气阶段有效地降低FFS1的沼气能 （BP90减少76），但不同于FFS2（只有20 减少）。通过在每个部分的有机物的性质对这些观察作部分解释。事实上，FFS1是（70毫米）从城市生活垃圾进口的第一次筛选运作中产生的，因而包含了比例较大的易腐烂废物（11.0FFS1VS2.6% FFS2，表2）。 FFS2是（ 450毫米），32.6被堆积（BFS2）和填埋在单元2和31.0被填埋在单元1的为剩余的废料（FFS1Mat 和FFS2Mat）。 3.3 VS和TOCDM的质量平衡 表4和图2表明，对于100公斤有机物质（VS）的单元处理，20.7被填埋在单元1中（FFS1Mat和FFS2Mat），37.8的堆积在单元2中（BFS2）和17.2的在单元3（CFS1）。因此，整体处理填埋有机物质（VS）的质量减少了24.3。与一直未经处理直接填埋的所有垃圾相比， 2天的ARB的处理使vs量减少7.3，6个星期强制通风占使vs量减少11.7，而成熟期使vs量减少5.4 （见表4）。 平均损失为23.3 1.1的有机碳平衡也得到类似的结果，从而确定好VS和TOCDM之间的相关性含量。这两个参数 （VS和TOCDM）不能区分有机质（自然界中的碳（可能生物降解）或合成的起源），因此不能作为稳定性指标。但是，它们可以用来估计碳排放的处理线。在本案例中，碳排放量由处理1kgDM的垃圾TOCDM会损失82g C来计算。事实上，1公斤DM废物含有352克的有机碳（见表3）。该TOCDM损失为23.3，也就是说 82克。考虑到第一个办法，所有的C都作为二氧化碳被排放， 在进口垃圾中整体二氧化碳排放量约为300 克CO2/kgDM（或190克CO2/kgWM）。这个值与Amlinger等得到的值是可以相媲美的44，他估计在机械生物处理中产生的二氧化碳含量在120-185克CO2/kgWM这样一个范围内。碳（相对于二氧化碳）从ARB、强制通风、成熟这几个步骤得到的碳排放量分别为34克（相对 125克），29克（相对106克）和19克（相对70克）。 这种方式产生的二氧化碳不是通过石化得到的。因此，它不能算作一个温室气体排放44。为了确定相关的生物步骤引起的气体排放造成的环境影响，我们可以使用卡德纳等人提出的方法45。 3.4 OOM、BP、BMP的质量平衡在处理的单位中，计算OOM的整体减少（相当于潜在降解有机物）为39.0 1.1（表4 和图2）。此值低于由弗里克等人提出的55-60降解可生物降解有机物值7。将德国规定作为机械生物处理厂的稳定指标。2天的ARB的处理使OOM的减少10.4， 6周的强制通风使OOM的减少19.4，而成熟期使OOM的减少的9.2 （见表4），因此超过61的进口OOM被填埋。 它的（进口的OOM占27.2），大部份被填埋在单元2（堆），其余的稳定废弃物被填埋在单元1中（20.9）和单元3中（作为粗组分CFS1占12.9）。BP和BMP总体减少量估计分别为6.2 5.7和45.6 7.2（见表4）。因此，机械生物处理实现了对城市垃圾的合理稳定，这也是它的首要目标。在ARB的步骤、强制通风的阶段、成熟阶段，BP分别减少13.0，21.7和11.5。剩余的BP大部分集中在BFS2中，且要被堆积和填埋在单元2中（进口垃圾中267.4NLkg DM-1D代表31.3 NLkgDM潜在初步沼气）。其余（分别17.4和5.1）被填埋在单元3中（粗组分CFS1）和单元1（稳定废物）。 OOM、BP、BMP的参数也呈现非常类似的趋势，这表明这些参数有很好的相关性，可能被视为是废物生物稳定性的一个标志。事实上，这与阿舒尔等人46运用主成分分析所得的相关的OOM和BP90废物的稳定特点是等价的。 4 全面讨论 4.1筛1的效率 筛1的目的是要理顺没有受过良好生物降解的粗粒部分CFS1。然而，仍然发现进入工厂的城市生活垃圾中含有12.9的OOM和17.4%原始沼气能，这些都没有经过任何预处理被填埋在单元3（图2，表4）。表2显示，在CFS1中，由于文件，纸板和纺织品的存在，剩余部分BP占73。因此这被证明是在长期和中期来自单元#3的负责沼气排放的潜在材料的三大类型。在CFS1组分中，废料初始水分含量较低（24.5 4.6，表3）这可能会导致单元#3的生物活性较低。然而，沼气排放的潜在危险也确实存在。 4.2 ARB和筛2的效率在ARB和筛的2入口（IFS1）和出口（BFS2和FFS2），使用表3和表4给出的数据，计算出OOM和BP的减少量分别是19.5和21.4（在ARB入口，以OOM和BP基础的）的。因此，在ARB中实现了合理降解有机物。然而，筛2集中可生物降解的有机物到FFS2（50毫米）和BFS2的排序效率（”50毫米）仍然不足。事实上，图2已经表明，来自进口垃圾中的27.2OOM和31.3最终被堆积填埋在单元#2中，相应的49.3的OOM和51.3的BP都进入ARB中。这也证实了表2的显示，BFS2中金属分离较高浓度的可生物降解有机质之后，这些有机质主要有：4的易腐烂的废物、23的论文纸、6 的纸板、5的纺织品和9的卫生纺织品。表2 也表明，在BFS2残留的BP，主要是由于现存的文件、纺织品、卫生纺织品（BP的71）、纸板（11）和复合材料（11）也对堆积部分剩余沼气能有着重大的贡献。尽管有着相对令人满意的降解效率，但ARB对粗有机物质的分解效率却很低。仅2天的停留时间能对此做部分的解释；由于进入ARB的额外渗滤液的目的是为了达到良好的水分条件，另一个原因可能是废物的相对湿度较高，尽管在ARB中气温已达到65C，最初在IFS1中占35.8 2.0（在ARB入口），水分含量仍然很高， 2天的有氧处理后，在BFS2和FFS2中分别为34.0 2.1和58.4 2.4; （表3），在ARB的输出中，废物的水分含量相对较高，可能对筛2的效率有负面影响。 4.3 强制通风和成熟阶段的效率 在门德的机械生物处理厂，强制通风和成熟阶段的主要目的是进行可生物降解有机物质的降解以及生物稳定性较好的组分的前期填埋。通过以下这两个目标进行了评价：一方面通过考虑是OOM和BP的平衡（表4）；另一方面，考虑稳定性指数RI4，SHC10和BP90，成熟组分FFS1Mat和FFS2Mat（见表3）。 如上所述（第3.4节），观察到OOM和BP的大量减少，在组分FFS1和FFS2生物处理期间，利用给定的表3和4的数据，计算得，在强制通风和成熟期OOM下降57.7（ 在强制曝气过程）在OOM的基础上， 6个星期的强制通风使其下降39.0%，15周的成熟也下降 18.7。用同样的方法，也有人计算过BP在强制通风输入阶段和成熟输出阶段共降低了88.1，在强制曝气阶段的水平段下降61.9，在成熟阶段下降26.2。这些观察表明，生物处理有相对良好的效率，以降低最终填埋的生物降解有机质负荷。稳定的目的是降解有机物，并导致高含量的降低，而在成熟阶段的目的是生物转化有机质成为更稳定的化学和生物分子（低含量的减少）。在本案例中，在生物降解中成熟阶段发挥了重要的作用（在成熟阶段总的OOM减少量大约20-25），而不是只有可生物降解有机物的稳定。这一观察表明， 强制曝气阶段不是充分有效的。这两个参数OO