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生活垃圾堆肥过程污染气体减排与管理的生命周期评价研究

作　者: 杨帆
导　师: 李国学
学　校: 中国农业大学
专　业: 环境工程
关键词: 生活垃圾厨余垃圾堆肥污染气体生命周期评价
分类号: X825
类　型: 博士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

本研究针对目前我国生活垃圾源头不分类,管理方式不清晰,造成末端处理处置难度大和资源浪费的问题,从工厂和区域两个尺度对生活垃圾处理技术和管理方式进行优化研究。工厂尺度上,研究厨余垃圾堆肥过程中典型污染气体的减排技术,包括调节堆肥工艺参数、添加膨松剂、化学添加剂等,最大限度的减少堆肥过程中的污染物输出。区域尺度上,以北京市东西城南部为目标区域,进行不同生活垃圾管理情景的全过程生命周期评价,提出生活垃圾最优管理方案。研究结果表明：(1)不同C/N比(15、20、25)、含水率(60%、65%、70%)、通风率(0.2、0.4、0.6L·kg-1DM-min-1)的厨余垃圾和玉米秸秆混合堆肥,通风率与CH4的产生速率之间呈负相关关系,与N20和NH3的产生量呈正相关关系；C/N比与CH4和NH3的排放量呈负相关关系,但并未发现C/N比对N20排放量有显著影响；含水率对CH4, N2O、NH3的排放无显著影响；厨余垃圾与玉米秸秆联合堆肥的最优方案为通风率0.4L·kgDM-1·min-1、C/N比25、含水率60%。(2)厨余垃圾和玉米秸秆混合堆肥,间歇通风处理CH4和NH3累积产生量比连续通风处理分别减排23.5%和21.5%(每吨干物质),但在N20的减排上连续通风比间歇通风有略微的优势,每吨干物质减排6.5%。(3)10%堆肥物料湿重的腐熟堆肥覆盖在堆体表面和与物料混匀,与对照处理相比,二者每吨干物质分别减少36.2%和44.8%的CH4排放；N20的累积排放量分别减少37.7%和73.6%,腐熟堆肥覆盖处理的NH3排放与对照处理并无明显差异,而腐熟堆肥混匀处理的NH3排放比对照处理明显降低22.2%(每吨干物质)。(4)5%初始干重磷石膏和过磷酸钙的添加使CH4累积排放量比对照处理分别降低了85.8%和80.5%,NH3累积排放量分别降低23.5%和18.9%,但N20累计排放量分别增加了3.2%和14.8%(每吨干物质)。(5)厨余垃圾堆肥中添加物料初始湿重15%的玉米秸秆、锯末和菌糠作为膨松剂,与对照处理相比,CH4累积排放量分别减少59.2%、55.0%和66.6%,N20累积排放量分别减少46.7%、73.1%和44.7%,NH3排放分别减少30.9%、40.5%和41.5%(每吨干物质)；三者渗滤液减排量均为100%。CH4和NH3的累积排放量与菌糠添加比例呈负相关关系,但添加35%质量比的菌糠会明显增加N20排放；只有添加质量比为15%的菌糠能够同时减少CH4、N2O和NH3排放,减排量分别为60.6%、29.0%和14.8%。(6)不同生活垃圾管理情景生命周期评价结果表明：生活垃圾源头大类粗分模式,可明显降低生活垃圾管理系统中的总环境影响潜势,在此基础上,采用厨余垃圾堆肥典型污染气体减排技术措施,可进一步降低系统的温室效应潜势。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-11
第一章绪论  11-26
  1.1 研究意义  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-23
    1.2.1 生活垃圾分类收集  12-14
    1.2.2 厨余垃圾的性质和处理方式现状  14-16
    1.2.3 堆肥过程中典型污染气体产生机理及减排技术  16-20
    1.2.4 生命周期评价方法  20-22
    1.2.5 生命周期评价应用于有机废弃物处理  22-23
  1.3 研究目标  23-24
  1.4 研究内容  24-25
    1.4.1 不同工艺参数对堆肥典型污染气体排放的影响研究  24
    1.4.2 不同堆肥工艺对堆肥典型污染气体排放的影响研究  24
    1.4.3 不同化学添加剂对堆肥典型污染气体排放的影响研究  24
    1.4.4 不同种类、不同添加比例的膨松剂对堆肥腐熟度和典型污染气体排放的影响研究  24
    1.4.5 典型区域不同生活垃圾管理生命周期评价  24-25
  1.5 技术路线  25-26
第二章不同工艺参数对堆肥典型污染气体排放的影响  26-40
  2.1 引言  26
  2.2 材料和方法  26-29
    2.2.1 堆肥材料  26-27
    2.2.2 试验设置和方法  27-28
    2.2.3 测定项目和分析方法  28-29
  2.3 结果与讨论  29-39
    2.3.1 温度和氧气  29-31
    2.3.2 堆肥化学性质和腐熟度指标  31-33
    2.3.3 堆肥生物指标  33-34
    2.3.4 甲烷  34-35
    2.3.5 氧化亚氮  35-37
    2.3.6 氨气  37-38
    2.3.7 碳、氮平衡及温室效应分析  38-39
  2.4 小结  39-40
第三章不同工艺对堆肥典型污染气体排放的影响  40-51
  3.1 引言  40
  3.2 材料和方法  40-41
    3.2.1 堆肥材料  40-41
    3.2.2 试验设置和方法  41
    3.2.3 测定项目和分析方法  41
  3.3 结果与讨论  41-49
    3.3.1 温度和氧气  41-43
    3.3.2 堆肥化学性质和腐熟度指标  43-44
    3.3.3 堆肥生物指标  44-45
    3.3.4 甲烷  45-46
    3.3.5 氧化亚氮  46-47
    3.3.6 氨气  47-48
    3.3.7 碳、氮平衡及温室气体效应分析  48-49
  3.4 小结  49-51
第四章化学添加剂对堆肥典型污染气体排放的影响  51-60
  4.1 引言  51
  4.2 材料和方法  51-52
    4.2.1 堆肥材料  51-52
    4.2.2 试验设置和方法  52
    4.2.3 测定项目和分析方法  52
  4.3 结果与讨论  52-58
    4.3.1 温度和氧气  52-53
    4.3.2 堆肥化学性质和腐熟度指标  53-55
    4.3.3 甲烷  55-56
    4.3.4 氧化亚氮  56-57
    4.3.5 氨气  57-58
    4.3.6 碳、氮平衡及温室效应分析  58
  4.4 小结  58-60
第五章不同种类膨松剂对堆肥典型污染气体排放的影响  60-69
  5.1 引言  60
  5.2 材料和方法  60-61
    5.2.1 堆肥材料  60-61
    5.2.2 试验设置和方法  61
    5.2.3 测定项目和分析方法  61
  5.3 结果与讨论  61-68
    5.3.1 温度和氧气  61-62
    5.3.2 堆肥腐熟度指标  62-65
    5.3.3 甲烷  65
    5.3.4 氧化亚氮  65-66
    5.3.5 氨气  66-67
    5.3.6 物料平衡,碳、氮平衡及温室效应分析  67-68
  5.4 小结  68-69
第六章不同添加比例膨松剂对堆肥典型污染气体排放的影响  69-77
  6.1 引言  69
  6.2 材料和方法  69-70
    6.2.1 堆肥材料  69-70
    6.2.2 试验设置和方法  70
    6.2.3 测定项目和分析方法  70
  6.3 结果与讨论  70-75
    6.3.1 温度和氧气  70-71
    5.3.2 堆肥化学性质和腐熟度指标  71-72
    6.3.3 甲烷  72-73
    6.3.4 氧化亚氮  73
    6.3.5 氨气  73-74
    6.3.6 物料平衡,碳、氮平衡及温室效应分析  74-75
  6.4 小结  75-77
第七章典型区域生活垃圾管理生命周期评价  77-105
  7.1 引言  77-78
  7.2 典型区域生活垃圾管理现状  78-87
    7.2.1 目标区域基本情况  78-79
    7.2.2 生活垃圾产生与处理现状分析  79-86
    7.2.3 现状存在问题  86-87
  7.3 生命周期评价  87-98
    7.3.1 目标与范围  87-88
    7.3.2 功能单元与评价方法  88-89
    7.3.3 情景及清单分析  89-98
    7.3.4 不确定因素  98
  7.4 结果与讨论  98-104
    7.4.1 环境影响评价结果  98-100
    7.4.2 总环境影响潜势分析  100-101
    7.4.3 不同情景模块主要环境影响评价结果  101-103
    7.4.4 堆肥模块不同输入环节温室效应评价结果  103-104
  7.5 小结  104-105
第八章结论与展望  105-107
  8.1 结论  105-106
  8.2 创新点  106
  8.3 展望  106-107
参考文献  107-117
致谢  117-119
作者简介  119-120

生活垃圾堆肥过程污染气体减排与管理的生命周期评价研究

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