餐厨废水处理方法模板(10篇)

导言：作为写作爱好者，不可错过为您精心挑选的10篇餐厨废水处理方法，它们将为您的写作提供全新的视角，我们衷心期待您的阅读，并希望这些内容能为您提供灵感和参考。

篇1

中图分类号：X701文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2011）08-0168-03

收稿日期：2011-07-13

作者简介：王 棚（1981―），男，四川人，工程师，主要从事环境监测工作。

1 引言

在高浓度有机废水的处理过程中,通常采用物理或化学方法进行预处理,以去除水中部分难生物降解的高分子有机污染物,从而减轻后续生物处理工艺的负荷［1］。对于选用吸附剂做预处理介质的情况,预处理选择吸附材料尤为重要。有的材料吸附效果好,但价格昂贵（如活性炭）,难以推广应用,因此,开发高效低成本的吸附剂是吸附处理技术推广应用的关键［2～5］。废弃有机物经过生物发酵后,可转化成大量腐植酸,对废水中难分解的有机物有较好的去除效果［6］。如枯枝落叶等材料经生物发酵得到的产物,含有大量的纤维素、木质素等成分,对水中难生物降解有机物具有较好的滞留作用［7］。本试验利用有机废弃物的生物发酵制取生物吸附材料,设置不同的实验条件,对高浓度有机废水进行预处理,以期降低COD浓度,增加废水的可生化性,提高后续处理效果,为探索高浓度有机废水处理工艺提供理论参考。

2 材料与方法

2.1 试验材料

（1）生物吸附材料。由泥炭土、餐厨垃圾、垃圾衍生燃料（由垃圾焚烧产物制得）、树皮、菇渣、枯枝落叶等,其中,餐厨垃圾、菇渣通及枯枝落叶均为经过生物发酵工艺制得的产物。

（2）高浓度有机废水。取自城市垃圾压缩站的高浓度有机废水。由于原废水COD很高,本实验将其稀释数倍作为进水进行处理,处理前用纱布过滤掉悬浮物。稀释后的废水pH值为4～5,CODcr为1 198.4～3 326.40mg/L。

2.2 实验仪器与试剂

JB90-D型强力电动搅拌器;pHS-25型pH计;XJ-Ⅲ型COD消解炉;PB2002-N型电子天平;KXB-250A型生化培养箱;硫酸;硫酸亚铁（AR）;重铬酸钾;硫代硫酸钠（AR）。

2.3 试验方法

在室温下（20℃）,移取500mL水样于1L烧杯中,投加一定量的生物吸附材料,在一定pH条件下,用机械搅拌机在180r/min的转速下搅拌15min,静止一定时间,取液过滤,对滤液进行COD、BOD5的测定。

2.4 实验测定方法

COD:催化消解密封法;pH:pH计;BOD5:5日培养碘量法。

3 实验结果分析

3.1 生物吸附材料的选择

原水COD为1340mg/l,PH值为4.92,取4g过2mm筛的生物吸附材料泥炭土（c1）、餐厨垃圾（c2）、生活垃圾湿法分选系统有机物（c3）、椰壳树皮（c4）、菇渣（c5）、枯枝落叶（c6）,加入到500mL废水中,处理结果见图1。

由图1可知,在相同条件下,各种生物吸附材料对废水COD的去除率不同,其中,以菇渣材料去除效果最好,去除率达到了30.85%。枯枝落叶材料对COD的去除率也有26.87%。泥炭土材料和树皮材料的COD去除率相当。生活垃圾湿法分选系统有机物生物吸附材料对COD的去除率最低,只有3.98%。故选择菇渣作为废水处理的生物吸附材料。

同时,对处理后的废水进行BOD5测定,结果如图2。从图2可以看出,废水经生物吸附材料处理后,BOD5/COD较处理前都有不同程度的增加,其中以椰壳树皮生物吸附材料处理后废水的BOD5/COD变化最大,其值为0.43,较原水提高了0.15。这主要是因为生物吸附材料中小分子有机物溶解到废水中,使得水中BOD5/COD的相对含量增加了。这说明废水经生物吸附材料处理后,可生化性增强,有利于废水的后续生化处理。

3.2 生物吸附材料用量对COD去除率的影响

原水COD为2448.00mg/l,在原水pH条件下,分别称取3、4、5、6、7g过2mm筛的菇渣吸附材料,加入到500mL废水中,处理结果见图3。

本试验采用的吸附材料本身是一种有机物,对增加废水COD浓度有一定的贡献。由图2可以看出,COD的去除率随着吸附材料用量的增加而增大,当用量大于5g时,COD的去除率有所下降,说明在用量为5g时,吸附材料的吸附能力已接近饱和,因此生物吸附材料的投加量以1%为宜。

3.3 不同粒径的生物吸附材料对COD去除率的影响

将菇渣分别过0.45mm、2mm、3mm的筛子,得到3种不同粒径的生物吸附材料对废水进行吸附试验,原水COD为2 544mg/l,在原水pH条件下,分别取5g 3种不同粒径吸附材料,加入到500mL废水中进行处理,结果表明粒径为0.45mm的COD去除率为9.43%;粒径为2mm时去除率为5.66%;粒径为3mm时去除率为3.77%。可以看出,粒径越小,对COD的去除效果越好,但实际处理中,为了便于吸附剂的沉淀分离以及操作方便,推荐以2mm粒径为宜。试验结果与上述结果相差较大,这可能是由于处理水样的COD浓度及pH值不一样造成的。

3.4 不同pH值对COD去除率的影响

取4份500mL的废水,用石灰分别将pH调节至原水、5、7、9,投加5g菇渣进行处理。吸附结果如图4所示。由图4可知,随着pH值的上升,COD的去除率有所下降,这可能是由于水中溶液中的氢离子影响了废水中难降解有机物的离子化和生物吸附材料表面的性能［8］,从而有利于COD的去除。在原水pH值下,COD的去除率最高,为12.54%。

3.5 不同废水浓度对COD去除率的影响

将原废水稀释不同的比例,在不调节pH的情况下（pH值在4～5之间）,投加5g过2mm的菇渣进行处理。测定COD。结果如图5所示。由图5可知,生物吸附材料对COD的去除率随原废水COD浓度的不同而有很大的变化。当原废水COD浓度在1 515.7mg/L时,COD去除率最高,达32.02%。

3.6 废水处理效果

选用上述最佳试验条件,即将废水稀释到1 500mg/L左右,移取500mL的废水,投加5g过2mm的菇渣,处理废水的结果如下表1所示。由表1可知,经试验条件优化,COD的去除率可达35.98%,处理后废水pH为6.42。

表1 优化条件下废水处理结果

4 结语

生物吸附材料由有机废弃物经过发酵工艺制得,来源广,处理废水成本低廉,且能做到以废治废。对生物吸附材料处理废水的研究表明:菇渣材料对废水中COD的去除效果较其他几种生物吸附材料要好。在粒径为2mm,投加量为5g,处理COD浓度为1 478.40mg/L,pH值为4.92的废水,其COD去除率可达35.98%。生物吸附材料处理高浓度有机废水,能够提高废水可生化,有利于废水的后续生化处理。

参考文献：

［1］ 张自杰.排水工程［M］.北京:中国建筑工业出版社,1996.

［2］ 王 芳,王增长,侯安清.高浓度有机废水处理技术的应用研究［J］.科技情报开发与经济,2005,15（23）:139～141.

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［4］ 张 俊,王宏勋.菌糠过滤处理染料溶液研究［J］.环境科学与技术,2006,29（1）:77～78.

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［6］ 周 桂,邓光辉,何子平.腐植酸在糖蜜酒精废液处理中的应用研究［J］.广西轻工业,2001（4）:28～30.

［7］ 张 俊,王宏勋,罗 莉.菌糠过滤处理染料溶液研究［J］.环境科学与技术,2006,29（1）:77～78.

［8］ 郎咸明.炉渣吸附法处理硝基废水的研究［J］.环境保护科学,2001,27（105）:18～41.

Experiment Study on Treating High Concentrations of Organic Wastewater

by Adsorption of Biological Materials

Wang Peng1，Li Junfei2

（1.Foshan Environmental Monitoring Station,Guangdong,Foshan 528000,China;

篇2

“河北是抗生素生产大省，产量占全国产量的1/4，大量抗生素菌渣实现无害化处理意义重大。”华药集团环境保护研究所副所长王勇军介绍说，这项技术为制药企业废弃物无害化处置和菌渣资源化处理开辟了新路径。

菌渣为何被列为危险废物？

高高的3座圆柱型发酵装置紧密连接，工程技术人员正在紧锣密鼓地对电器、仪表等进行检查、测试。在河北省石家庄经济技术开发区内，投资上亿元的华北制药集团抗生素菌渣无害化处理工程正在为正式运行做最后准备。

“抗生素菌渣之所以难处理，关键在于它含有残留药物。”王勇军介绍说，根据检测，菌渣中抗生素药物残留的平均含量要达到近1/1000。

2008年，菌渣被国家列为危险废物。“这是因为如果不能进行安全处理，这些残留药物成分会通过环境进行转移和累积，对环境安全构成较大风险。”王勇军说，此外，还有可能通过食物链进入动物和人体内，使其产生耐药性。由于菌渣中存在药物残留，国家规定只能进行焚烧和填埋处理。

“但是这两种方式不但成本高昂，同时焚烧和填埋过程中的二次污染防治也很困难。”王勇军介绍说，由于菌渣含有大量有机物，其中包括氮、硫、氯等元素，焚烧时会产生一级致癌物二Ⅱ恶英、氮氧化物等多种有害物质，如果尾气处理不到位会产生很大危害。而采用填埋方式，菌渣中的有机物也会发酵，产生二次污染，而且浪费大量土地资源。

为何要对菌渣高温处理？

“新的无害化过程首先采用高温预处理技术。”王勇军说，这是利用了抗生素化学结构在高温水解作用下会被降解的原理。“科研人员通过反复实验发现，菌渣和热水混合后，菌渣中的大部分抗生素药物成分会溶解于水。在一定高温条件下，这些溶解于水的抗生素化学结构，会被破坏并分解成结构更小的物质。这些物质不再具备抗生素特有的杀菌作用，也不会再对环境和人体产生危害。”

“高温处理的作用不仅在此，还会双管齐下，对菌渣中产生药物成分的工业发酵菌类进行灭活。”王勇军表示，经过高温水解这一步骤，菌渣中的大部分抗生素药物残留会被分解，但仍有少量未分解残余。

如何啃掉这最后的“硬骨头”，将菌渣药物残留彻底消化、降解？王勇军介绍说，主要通过厌氧发酵，利用生物代谢的方法。“根据菌渣特性人工驯化的上千种微生物将发挥巨大作用。”

据介绍，在35～38℃的中温环境和无氧条件下，这些微生物在长达20余天的厌氧发酵之后，把菌渣中抗生素残留及其分解产物中的有机碳转化为二氧化碳和甲烷，从而彻底消除菌渣中的药物成分。

“通过多次检测，菌渣处理后的沼渣中药物残留已微乎其微，不会给环境安全带来危害。”王勇军说，相关部门检测发现，药物残留含量比食品标准中要求的0.05mg/kg还要低得多。对沼渣进行急性毒性、浸出毒性等检测结果，也均远低于国家《危险废物鉴别标准》中规定的标准值。

菌渣资源化是否可行？

一方面，抗生素菌渣富含营养，含有大量的多糖、蛋白质和多种氨基酸及微量元素，是农业生产中的优质肥料；另一方面，却因为含有残留药物对安全和环境产生较大风险。

据统计，我国2011年生产抗生素近130万吨，由生产工艺决定，发酵生产1吨抗生素原药会产生8～10吨湿菌渣。在消除菌渣污染危害的同时，如何将菌渣变为资源，一直是研究人员思考的问题。

“厌氧发酵的过程产生沼气和沼渣，沼渣脱水可作为有机肥原料。”王勇军说，由此找到了菌渣资源化利用的核心环节。

厌氧发酵是一项比较成熟的技术，农村沼气池、城市污泥和餐厨垃圾消化都是此技术的应用。据介绍，菌渣的有机物含量高，是沼气发酵的理想原料。其中含有大量含碳有机物，在厌氧发酵过程中被转化成甲烷，而甲烷就是沼气的主要成分。

“但是针对菌渣的厌氧发酵却有其特殊的困难。”王勇军说，这是因为其有机物含量和氮元素含量过高，其中干菌渣中有机物含量高达90%，会显著影响微生物厌氧消化的速率。而氮元素含量甚至比餐厨垃圾中的含量还要高，在发酵过程中会转化成带有一定毒性的氨氮，对厌氧消化过程产生抑制。

“由此，提高厌氧发酵反应率的关键在于，如何控制有机负荷和降低高氮含量的影响。”王勇军说，在这一问题上，项目组进行了大量探索，对相关工艺控制参数进行反复比较，最终掌握了温度、固体浓度、消化时间、pH值、碱度、氨氮浓度等成套控制参数，实现了稳定的厌氧消化。“这些参数也是我们申请菌渣资源化处理国家发明专利的核心技术。”

“经过厌氧发酵这一步骤，菌渣就变成了沼渣，沼渣经过脱水处理，就可以作为生产有机肥的原料。”王勇军介绍说，经过肥料指标检测发现，处理后的沼渣总养分（氮十五氧化二磷+氧化钾）为5.63%，各项指标基本达到农业部关于有机肥的标准要求，可用作生产有机肥的原料。

“目前菌渣转化率可达到每公斤干物质产生450升沼气，为华北制药的环保和生产项目供热。”王勇军说，有机肥原料将会卖给肥料厂家，用于生产有机肥。“这样不仅能为集团节省上亿元的处理费用，还能给企业带来一定经济效益。”

为何在菌渣中混入污泥？

减量化优先，是菌渣综合治理项目研发的一项重要原则。在菌渣中混入污泥的方法，就是在减量化排废过程中的一次大胆创新。

篇3

古人言“未雨绸缪”，人类需要对新兴污染物进行研究控制，否则日后它可能会对水源造成严重的污染后果。在广州，有一位年轻的科学家正在进行这项研究，他就是刘有胜，中国科学院广州地球化学研究所副研究员。

笃志环保

“苯并三唑主要是添加到冷冻液和防腐剂里。紫外吸收剂的使用比较多，主要是添加到防晒霜里和工程材料中。抗生素和耐药基因主要来源于医院和养殖业的废水排放。”刘有胜向记者介绍起几种新兴污染物的来源。当被问及为什么要选择这个研究领域的时候，他笑了笑，说那要从他的大学讲起。

2005年，刘有胜于吉首大学毕业，获环境科学学士学位。回忆4年的大学时光，刘有胜印象最深刻的就是期间的实习经历。“那时，学校经常安排参观电镀厂等企业，我们亲眼目睹了电镀厂直接将工业废水排进小溪之中，而小溪里一点生命迹象都没有，这污水里含有大量的铅、酸碱等物质，对水中生物造成了致命的伤害！”这一幕深深触动了刘有胜，他从此立志于环境保护工作，做一名净水人！

刘有胜深知知识是实现志向的基石，于是他继续考取了湖南大学的环境科学与工程硕士。在学习期间，他参与了国家自然科学基金项目研究――“PCR-DGGE技术对城市餐厨垃圾堆肥中细菌种群结构分析”。

“细菌是堆肥处理系统中的主要功能生物，充分了解其种群结构能为改进堆肥处理工艺、提高堆肥处理效率提供理论依据。”刘有胜介绍说。该项目中，他们使用基于16SrDNA的PCR-DGGE(变性梯度凝胶电泳)技术对城市餐厨垃圾堆肥过程中细菌种群结构随时间的变化进行了研究。

牛刀小试后，刘有胜愈发坚定了科研信念，在硕士毕业后走进中国科学院广州地球化学研究所攻读博士学位，期间，在“中国教育部―澳大利亚联邦科工组织联合培养博士生项目”资助下，前往澳大利亚联邦科工组织（CSIRO）水土部阿德莱德实验室环境污染物研究中心学习了16个月。2011年年底，刘有胜荣获“中国科学院院长优秀奖”，为博士生涯画上了圆满句号。“这个奖，是对我博士时期的一个肯定，同时也增强了我博士毕业后继续做科研的信心。”带着这股信心，刘有胜真正踏上了科研之路。

去“污”达人

博士毕业后，刘有胜留在中国科学院广州地球化学研究所工作，任助理研究员。在工作中，他逐渐明确了自己的研究方向，即水中的新兴污染物领域。

“新兴污染物有潜在的生态毒理效应，我们应用鱼体做了大量的实验，发现有些污染物甚至会让鱼的性别变异。”刘有胜说。他研究工作主要有三方面：首先，探究这些污染物来源于人类的哪些活动，并检测它们进入环境的数量；其次，研究新兴污染物的环境归趋，即这些污染物在环境中存在的时间和变化的情况；最后，研究新兴污染的危害，并且试图找到理想的办法来去除其危害性。

刘有胜与合作者在广东东江流域做了大量的野外调查工作。检测污染物包括抗生素、激素、药物、紫外吸收剂、杀生剂以及抗性基因等数百种。为东江流域污染物风险评价和环境管理提供了基础数据。

“我们查出东江流域水环境受到5种抗生素抗性基因的污染，这是个大问题。”他表示，抗生素抗性基因的存在是细菌耐药性产生的根源，可以使原本没有抗生素抗性的细菌获得耐药性，最终通过食物链进入动物及人体。这会导致抗生素治疗效力下降，使许多疾病的救治越来越困难，对畜禽养殖及人类健康构成潜在威胁。

此外，刘有胜还参与了“东江优控污染物动态控制管理技术体系研究”项目。

“东江干流水质虽然良好，但是还是存在各种污染输入。在研究中我们通过对毒害污染物的全面筛查，在东江流域广泛检测出多种毒害物。”刘有胜与合作者筛选出东江流域优控污染物清单（27种），这些优控污染物除国控指标外，还包括一系列新型污染物。

刘有胜与合作者一同筛选出东江流域优控污染物清单，初步集成一套优控污染物的分析方法和检测规范、风险评估方法体系、源汇模拟技术的技术体系，为“十二五”重点开展污染源研究打下基础。

还民清水

做好水污染，科研人员是需要到户外采样的，刘有胜就经常为工作东奔西走。2013年，他们要去长江采样，开车从广州出发，先抵达三峡，再途径荆州、武汉、南京，最后到上海的长江入海口。一路之上，免不了风餐露宿。“那时气温很高，我们车上的空调还坏了。为了避暑，我们尽量选在早晨和晚上采样。”刘有胜说。

这不过是他科研生涯中的一个缩影。目前，刘有胜多个项目齐头并进，他要面对的挑战还有更多。

近年来，由于个人护理品的广泛使用，其中起防晒作用的紫外吸收剂引起的环境污染问题开始受到人们的关注。“紫外吸收剂经由城市污水处理厂排放到自然环境，而大量集中的排放造成了受纳水环境中紫外吸收剂的污染。目前国内外研究主要集中于它们的环境监测和生态毒性，而对于水环境中紫外吸收剂的环境归趋缺乏系统的研究。”

国家自然基金项目“东江流域典型河流中紫外吸收剂的污染过程与环境归趋研究”就是在填补这一领域的空白，刘有胜将在前期研究基础上以东江流域典型河流为研究区域，开展代表性紫外吸收剂的源汇过程与环境归趋研究。重点研究14种紫外吸收剂在城市污水处理厂的污染特征、去除规律及其对受纳水体的输入贡献，阐明其在受纳水环境介质中的分配和生物富集机制。“我们还会在实验室条件下进一步研究典型紫外吸收剂在水-沉积物体系好氧和厌氧条件下的微生物降解规律。通过野外调查和实验室研究相结合，探讨紫外吸收剂从源到汇的污染过程及其环境归趋，为评价其生态健康风险提供基础科学数据。”他说。

此外，刘有胜还主持了广东省自然科学基金“典型分散型污水处理系统中新型有机污染物去除的微生物学机制研究”。

篇4

中图分类号 G717 文献标识码 A 文章编号 1008-3219（2013）32-0071-03

收稿日期：2013-10-06

作者简介：吴春芳（1964- ），女，江苏溧阳人，江苏理工学院后勤服务总公司品质部经理，助理研究员。

一、问题提出的背景

改革开放35年来，我国高等教育的办学思路、格局和规模发生了根本性变化。进入新世纪后，我国高等教育逐渐由精英化向大众化转变，迈入了快速发展时期，《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》提出，高等教育应当优化结构、办出特色且增强社会服务能力。在此背景下，应用技术型大学得到了蓬勃发展，到2010年底，全国共有本科高校1114所，改革开放以来新建的应用技术型大学有700多所，在校生近千万人，占本科院校总数的近70%。这些应用技术型高校承载着人才培养、科学研究、社会服务和文化传承创新等重任，但广大师生在日常工作、学习和生活中所产生的各类废弃物（包括餐厨废弃物、实验室废弃物、办公废弃物和其他废弃物）的数量同样是惊人的。2012年，中央提出全社会要厉行勤俭节约、反对铺张浪费。为深入贯彻这一精神，教育部印发了《关于勤俭节约办教育建设节约型校园的通知》，要求各级各类学校要在广大师生员工中大力开展艰苦奋斗、勤俭节约的宣传教育活动，使师生员工牢固树立节约光荣、浪费可耻的思想观念，自觉做到艰苦朴素、勤俭节约，自觉抵制奢侈浪费行为，努力形成“崇尚节约、摒弃浪费”的校园文化风尚。

教育资源是社会资源的重要组成部分，应用技术型高校对自身产生的各类废弃物进行科学合理的处置，制定好相应的校园环境规划并进行环境管理，建设节约型校园，不仅是学校自身发展的需要，更是学校培养合格人才，提高学生综合素质，履行高校社会责任的需要。

二、节约型校园管理面临的环境问题

一是校园的环境规划和管理问题。相对于学校校园面临的校内外治安问题、网络安全问题、学生心理问题等，校园环境规划和管理问题往往被高校管理层所忽视。大部分学校所采用的校园环境管理方式是将校园内的环境规划和废弃物处理处置交由后勤服务部门处理，对如何处理和处理的效果关心较少。当前，许多学校已经意识到校园环境管理的重要性，已逐步从自办后勤服务向后勤服务社会化转变，正逐步引入ISO9000系列的质量管理体系和ISO14000系列的环境管理体系对校园环境进行管理[1]。二是废弃物的处理处置问题。各校由于学科和专业门类不同，所产生的废弃物种类和数量差异较大，其中，餐厨废弃物、办公废弃物是各类学校面临的共性废弃物。尽管各校均在采用“提倡节约，反对浪费”的方式进行废弃物的减量化，但是在后续的无害化处置和资源化利用方面做得不够。对于化学类、材料类等学科和专业所产生的危险废弃物，往往与生活垃圾混在一起，运出校园就算处理处置完毕，存有一定隐患和危害。三是大学管理中的环保和资源意识问题。高等教育的理念和管理模式与保护环境和节约资源之间往往是矛盾的，而且往往不是单个高校自身能够解决的。以考试用纸的浪费问题为例，考试的目的是为了检查和督促学生学习，是否需要用纸质考试，各高校均在探索，收效甚微。原因在于传统的课程考试模式就是出卷考试，而且需要将学生考试卷保存到学生毕业后一年以上，教育行政主管部门和第三方评估机构对高校的评估中将此看得很重要，机考和网络考试在许多高校难以实行。

三、节约型校园环境管理的特殊性

尽管各应用技术型高校对校园环境管理重要性的认识有所差异，但是渴望校园整洁美丽是相同的，所采用的管理部门和管理手段也是类似的。在应用技术型高校环境管理上，引入ISO14000系列的环境管理体系是行之有效的做法。ISO14000系列环境管理体系是由ISO/TC207（国际环境管理技术委员会）负责制定的一个国际通行的环境管理体系标准，包括环境管理体系、环境审核、环境标志、生命周期分析等国际环境管理领域内的许多焦点问题，目的是指导各类组织（企业、公司、学校等）实施正确的环境行为[2]。ISO14000系列环境管理体系不仅适用于制造业和加工业，而且适用于包括应用技术型高校后勤服务企业在内的服务业。

对应用技术型高校而言，校园内的环境质量管理主要由后勤服务部门负责，主要原因在于生活后勤服务过程等所产生的废弃物是学校废弃物的主要产生源，同时，为师生提供良好的环境和服务是后勤服务部门义不容辞的职责。对照ISO14000系列环境管理体系，应用技术型高校后勤服务过程中应该制定和实施的内容可以归纳为五个方面：后勤服务的环境方针、后勤服务的环境规划（策划）、环境方针和规划的实施与运行、生活后勤服务和条件后勤服务中的环境检查与纠正措施、环境管理评审等。这五个方面在逻辑上连贯一致、步骤上相辅相承，共同保证了应用技术型高校环境管理体系的有效建立和实施，并持续改进，呈现螺旋上升之势。

应用技术型高校育人环境的特殊性，决定了其后勤服务部门在制定环境管理方针时必须考虑以下几点：一是制定环境质量管理的指导原则和实施宗旨时，除了要得到后勤服务部门最高管理者的承诺和认可外，还必须得到学校最高管理部门（校务会或党委会）的承诺和认可，成为师生的共识；二是环境管理的重点领域，不仅包括后勤服务企业本身，还包括校园内师生工作、学习和生活的各个角落；三是环境目标和指标的实现，不仅依靠后勤服务企业员工，更应该紧紧依靠广大师生。应用技术型高校后勤服务企业在确定贯彻落实企业的环境方针和环境目标时，应充分考虑师生工作学习时间的特殊性，然后确定实施方法和操作规程，确保重大的环境因素处于受控状态。同时，为保证体系的适用和有效，应建立监督、检测和纠正机制。应用技术型高校后勤服务企业在ISO14000系列环境管理体系的审核与评审中，更应该将师生的反映和满意度作为促进体系进一步完善和改进提高的依据。

四、节约型校园建设中废弃物处理处置对策

（一）餐厨废弃物

餐厨废弃物是校园内产生量最大的废弃物种类之一，对其减量化是处理处置的第一要务。除了进行有效宣传，开展类似“光盘行动”的活动外，后勤服务部门必须在饭菜质量上多下功夫，让师生买之则吃之。其次是对餐厨废弃物的无害化处置和资源化利用问题。由于高校后勤社会化已经普遍推行，一个校园内从事餐饮服务的企业和个体工商户数量众多，如何保证所有经营者均能够按照无害化和资源化的要求处理处置好餐厨废弃物，是应用技术型高校后勤服务部门应该重点关注的问题。

（二）办公废弃物

高校办公废弃物数量最多的是各类废纸和电子废弃物。对于各类废纸的处理处置，最有效的办法是由后勤服务部门进行分类收集，然后交给相关机构进行资源化利用。容易被忽视的是，各类办公用电器及其配件，一般的做法是集中存放和集中报废。这里的集中报废仅仅是一个报废手续，而不是真正意义上的电子废弃物处理处置。事实上，单个的废旧办公用电器及其配件并不属于危险废弃物，但是一旦集中存放并集中处置时，必须作为危险废物进行管理。应用技术型高校集中报废的电脑、电池、打印机和油墨等，必须按照有关环境保护规定交由具备相关资质的企业处理。一个可借鉴的案例是，江苏省常州市政府，考虑到政府用办公电器的危险废物属性和保密性，专门出台了相关文件，规定相关设备报废时必须交由环保部定点拆解回收企业进行处理处置，否则不得使用财政经费购买新的办公用电器。

（三）实验室废弃物

应用技术型高校各类实验室均会产生大量的废弃物，包括纸质废弃物、机电类废弃物、化工类废弃物等。纸质废弃物和机电类废弃物可以参照办公废弃物进行处理，化工类废弃物必须按照有关危险废弃物的管理规定进行处置。一是对于化学化工和材料类实验室的各类废液的处理处置，必须遵循分类收集、源头处置与集中处置相结合的方式进行，严禁将实验室废液排入生活污水或雨水系统。对于没有条件将实验室废液接入工业污水处理管网的应用技术型高校，应该建设独立的化学化工实验室废水处理系统。二是对于实验室废气的处理处置，必须遵循源头处置和达标排放的原则。三是对于各类试剂的包装容器、报废的化学试剂、易燃易爆剧毒类化学品的管理，各应用技术型高校没有给予高度重视，各类试剂的包装容器进入生活垃圾箱、报废的化学试剂随意处置和易燃易爆剧毒类化学品管理不善等现象普遍存在，对此高校环境管理部门应给予高度重视。

参考文献：

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[2]祖赤，文建林，赵红艳.IS014000环境管理体系在我国企业中的建立及实施[J].湖南林业科技，2005（2）：76-77.

Discussion on Conservation-oriented Campus Management of Applied Technology-typed Colleges and Universities under the Perspective of Cyclic Economy

WU Chun-fang

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《固体废物处理》是教育部高等学校环境工程专业教学指导分委员会在制定专业规范中确定的环境工程专业必修专业课之一，是一门实践性和工程性很强的课程，而其相关的实验是教学工作中的一个重要环节，是理论和实践相结合的连接点，因此在很大程度上需要通过实验教学来加深学生对专业知识的理解，提高对理论知识的掌握程度，促进理论与实际应用的紧密结合。由于近年来高等教育规模的扩张，实验教学的资源日趋紧张，如何改革实验教学方法、内容及授课方式成为我们面临的重要问题。为进一步提高实验教学效率，我们对固体废物处理与资源化实验教学进行了改革探索。

1 改革之前实验教学中存在的主要问题

1.1实验基础设施

通过近些年的实验基础设施的建设，我校环境工程专业有了一定的实验资源，所需的固体废物实验核心设备已购置完毕，基本具备必要的实验室条件，如固体废物预处理所需的破碎机、球磨机、筛分设备、压滤（过滤）机、磁选机，处理和处置部分的生化反应器、小型垃圾焚烧炉、造粒机、干燥机等。但是在传统教学模式下，缺乏对设备的系统性和综合性应用，造成部分设备的闲置，浪费了有限的教学资源。

1.2实验教学内容和方法

传统实验主要以固体废物性质测定和简单处理为主，教学项目单一、内容单调而生硬，整体安排缺乏系统性。教学方式主要以教师为主、学生为辅开展简单性实验。实验准备完全由教师完成，学生仅写份预习报告，课后整理数据提交报告而已，实验操作过程简单，缺乏能动性。学生虽然能接触实验设备，但是受设备种类、数量的局限，实际上学生的操作往往只占整个实验较少的比重。实验教学内容与教学方法缺乏创新、呆板，不利于学生创造能力的培养，既不能调动学生学习积极性和主动性，也无法提高学生动手能力、工程实践能力及设计能力。

2实验教学改革的主要内容

经过教学团队的共同调研和摸索，对原有实验条件和内容进行了优化改革，主要内容如下：

2.1加强实验室建设，优化实验条件

为了顺利进行实验准备工作和开设合理的实验项目，我们对原有的实验设备和仪器进行了详细的整理和检查，并在项目调研阶段对设备进行补充配置，增加了必要的零件、备件，进行全面的维修和保养，还根据需要购买或改造一部分仪器。优化后的实验条件基本上可全面覆盖固体废物的预处理、三大处理方法（焚烧、堆肥、填埋）和资源化的实验内容。例如，为保证生物处理装置的正常运转，增加了温控和搅拌部分；焚烧炉结合使用了预处理、后续的炉渣和废气的收集与处理设备等。通过对原有实验资源的整合、合理利用和适当设计开发，降低了设备闲置率，也为开设系统性、综合性实验创造必要的实验条件。

2.2完善实验教学内容，改革教学方法和手段

在原有实验内容基础上，全面梳理固体废物处理与资源化的实验项目，增设了综合性、设计性实验项目。本课程教学是在大三下学期进行的，学生已具备一定的理论知识和实验技能，所以在实验内容上，适当增加了一些具有一定深度和广度、内容典型的综合性实验项目。在教学内容中安排了从固体废物收集开始到最终处置的一系列连续的综合实验，将过去独立的、互不相关的实验改为连续性的、探索性的大实验。如餐厨垃圾的生物降解资源化处理的全过程实验，将采样、样品分析、预处理、发酵、产品分析等工序组合形成了一个整体实验。由于教学大纲指定的实验学时有限，我们同时开设了多个系列的实验项目，学生可以根据自身的爱好和需要自由选择。通过实验教学体系的重新构建，丰富了内容、增大综合性和设计性实验项目比例。

传统的实验课程教学方法是由实验教师帮助学生完成很大一部分准备工作，学生只是按照教师的讲解和实验手册上的步骤进行操作。为改变这些现象，我们要求学生先复习并写出实验计划（包括实验目的、原理、仪器、材料、步骤等），然后通过小组讨论进行修改，再由教师审核后，学生方可进行实验。实验的每一步几乎都是由学生自己动手，教师只起检查和辅导示范作用。由于是学生自己动手进行实验，使学生进一步加深了对实验的目的、原理、方法、步骤的理解。采用学生自主，教师引导和辅导的实验教学方式，促使学生更好地掌握基本理论，同时对提高学生思考问题和解决问题能力有很大帮助，大大提高了学生自主研发的能力，为以后的学习和工作打下必要的基础。实验成绩考核由预习成绩（包括实验设计成绩）、实验操作成绩、实验报告成绩组成。由于实验是小组形式进行，所以还要参考小组组长和同组人的评价。

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（二）主要目标。到2015年，全市化学需氧量排放总量比年下降9.2%，其中工业加生活8.1%、农业10.7%；氨氮排放总量比年下降10.2%，其中工业加生活9.2%、农业11.5%；全市氮氧化物排放总量比年下降23.3%；二氧化硫排放增量控制在15.0%以下。其中，2013年各项减排比例要达到2015年减排目标比例的60%以上。

二、分解目标任务，强化减排责任

（一）合理分解减排指标。综合考虑区域社会经济发展水平、产业结构、减排潜力、环境容量等因素，市政府以责任书的形式将全市减排指标合理分解到各县（市、区）、开发区。各地要将污染减排目标纳入本辖区经济社会发展规划，将总量减排指标、重点任务、重点减排项目分解到各有关部门和重点企业。

（二）健全减排统计、监测和考核体系。完善减排统计和核查核算办法，统一标准和分析方法，实现监测数据共享。加强化学需氧量、氨氮、二氧化硫、氮氧化物排放统计监测，建立农业源和机动车排放统计监测指标体系。完善减排考核办法，做好全市和各县（市、区）、开发区主要污染物排放预警通报和考核工作。

（三）加强目标责任评价考核。各县（市、区）人民政府，、常山、古雷开发区管委会、台商投资区管委会每年要向市政府报告主要污染物减排目标完成情况。有关部门每年要向市政府报告减排措施落实情况。市政府每年组织开展减排目标责任评价考核，考核结果向社会公告。强化考核结果运用，将减排目标完成情况和政策措施落实情况作为领导班子和领导干部综合考核评价的重要内容，纳入政府绩效管理，实行问责制和“一票否决”制，对成绩突出的地区、单位和个人给予表彰奖励。

三、严格控制增量，优化产业结构

（一）抑制高耗能、高排放行业过快增长。严格控制高耗能、高排放和产能过剩行业新上项目，进一步提高行业准入门槛，强化节能、环保、土地、安全等指标约束，依法严格节能评估审查、环境影响评价、建设用地审查，严格贷款审批。建立健全项目审批、核准、备案责任制，严肃查处越权审批、分拆审批、未批先建、边批边建等行为，依法追究有关人员责任。严格控制高耗能、高排放产品出口。

（二）加快淘汰落后产能。落实国务院《关于进一步加强淘汰落后产能工作的通知》（国发〔〕7号）以及省政府提出的落后产能淘汰有关要求，分年度制订淘汰落后产能任务目标，将任务目标分解落实到各地。完善淘汰落后产能检查及公告制度，建立落后产能退出机制，各地淘汰落后产能和生产工艺技术改进形成的水污染物削减量要占工业水污染物新增削减总量的20%以上。对未按期完成淘汰任务的地方，严格控制新上投资项目，暂停办理重点行业建设项目审批、核准和备案手续；对未按期淘汰的企业，依法吊销排污许可证、生产许可证和安全生产许可证；对虚假淘汰行为，依法追究企业负责人和地方政府有关人员的责任。

（三）推动传统产业改造升级。严格落实《产业结构调整指导目录》。加快运用高新技术和先进适用技术改造提升传统产业，促进信息化和工业化深度融合。加大企业技术改造支持力度，重点支持对产业升级带动作用大的重点项目和重污染企业搬迁改造。对造纸、印染、皮革、合成革、火电、建材等重点排污行业，实行全行业排污总量控制，新上项目所需污染物排放总量指标应在企业或行业内新增削减量中调剂，确保行业增产减污，促进行业改造升级。

四、控制排放总量，推进重点领域减排

（一）加大工业废水深度治理力度。省级以上经济开发区（工业园区）要在2012年底前实现污水集中治理，其他由县（市、区）设立的工业园区要在2013年底前实现集中治理。进一步完善工业园区管网，实现园区污水全收集、全处理。开展造纸、皮革、化工、食品饮料以及其他重点排污行业废水深度治理和清洁生产，提高水回用率。

（二）提高城乡生活污水处理率。及时新、扩建并投运城镇污水处理厂，加大管网配套力度，完善雨污分流系统，提高进水浓度和负荷率，并加强运行管理，确保达标排放。加快推进重点乡镇污水集中处理设施建设，九龙江流域沿岸1公里范围内建制镇、其他地区镇区人口在3万人以上的建制镇、省级综合改革试点镇、列入农村连片整治的乡镇，要分期分批在2015年底前因地制宜实现污水集中处理，两城区、龙海市基本实现辖区内所有建制镇污水集中处理。

（三）大幅度削减畜禽养殖排放量。科学控制畜禽和江河湖库水产养殖总量。大力推进专业养殖户整合，加快实施综合治理或者改进养殖方式。2013年底前，所有规模化畜禽养殖场、养殖小区完成全过程综合治理或者实现生态种养，废弃物综合处置利用，废水达标排放或农田回用零排放；或者通过改进养殖方式减排，采用生物发酵床、垫草垫料养殖且垫料还田利用或生产有机肥。

（四）落实电力行业脱硫脱硝。新建燃煤机组必须同步采用低氮燃烧工艺并建设脱硫脱硝设施，不设置烟气旁路。现役燃煤机组华阳电业要稳定运行低氮燃烧和现有脱硫脱硝设施，并分批于2014年底前完成脱硝设施改造。采用循环流化床炉内脱硫的企业自备电站，2012年底前全部实施自动添加脱硫剂或建设炉外脱硫设施。

（五）实施非电锅炉（炉窑）减排。新建新型干法水泥窑要同步采用低氮燃烧技术并配套烟气脱硝设施；新建玻璃窑炉要同步配套脱硫设施或采用LNG等清洁能源，采取采用低氮燃烧技术并配套烟气脱硝设施；新建钢铁烧结机必须同步配套脱硫、脱硝设施，钢铁冶炼企业球团竖炉、钢铁压延加工企业煤气发生炉同步实施脱硫。现有钢铁烧结机必须于2012年底前、钢铁压延煤气发生炉必须于2013年底前建成投运脱硫设施。旗滨玻璃、台玻光伏玻璃公司现有生产线要稳定运行脱硫设施2012年底前建成脱硝设施。其他非电燃煤（重油）锅炉（炉窑）也要实施脱硫或者改用清洁燃料。

（六）强化机动车尾气减排。加大老旧机动车淘汰力度，对达到国家规定机动车强制报废年限的旧机动车全部予以报废，做好报废汽车回收及拆解的监督管理。强化机动车环保年检管理，加强已到报废年限、但未到强制报废年限的机动车辆的定期检测，全面开展机动车环保标志核发工作，加快淘汰不达标车辆。积极推进国三、国四机动车油品替代工作，实现机动车氮氧化物减排。

五、发展循环经济，大力促进污染减排

（一）全面推行清洁生产。编制清洁生产推行规划，实施重点行业、重点区域清洁生产推行方案，实施清洁生产示范工程，鼓励企业自愿组织实施清洁生产审核，从源头和全过程控制污染物产生和排放，降低资源消耗。重点围绕主要污染物减排和重金属污染治理，公布清洁生产强制审核企业名单，依法对污染物超标或超总量排放的企业以及使用有毒、有害原料进行生产或者在生产中排放有毒、有害物质的企业实施强制性清洁生产审核，促使企业制定和实施切实可行的清洁生产方案。

（二）推进资源综合利用。加强共伴生矿产资源及尾矿综合利用，建设绿色矿山。推动煤矸石、粉煤灰、工业副产石膏、冶炼和化工废渣、建筑和道路废弃物以及农作物秸秆综合利用、农林废物资源化利用，实现废弃物就地消化，减少转移。到2015年，工业固体废物综合利用率达75%以上。

（三）促进垃圾资源化利用。健全城市生活垃圾分类回收制度，完善分类回收、密闭运输、集中处理体系。鼓励开展垃圾焚烧发电和供热、填埋气体发电、餐厨废弃物资源化利用。鼓励在工业生产过程中协同处理城市生活垃圾和污泥。

六、构建推广平台，推进减排技术开发

（一）加快减排共性和关键技术研发。将节能减排技术研发纳入地方科技计划，完善节能减排技术和循环经济创新体系。继续推进节能减排科技专项行动，组织高效节能、废物资源化以及小型分散污水处理、农业面源污染治理等共性、关键和前沿技术攻关。支持企业与高校、科研机构共建企业技术中心、海外研发中心、工程实验室等创新平台，鼓励组建节能减排和循环经济产学研技术创新战略联盟，创新产学研合作研发机制，推动重大的节能减排和循环经济技术联合攻关研发。

（二）加大减排技术产业化示范。实施重点行业节能减排共性、关键性及重大技术装备产业化示范。重点支持生物脱氮除磷、烧结机烟气脱硫脱硝一体化、水泥和玻璃炉窑脱硝、高浓度有机废水处理、污泥和垃圾渗滤液处理处置、废弃电器电子产品资源化、金属无害化处理等关键技术与设备产业化，加快产业化基地建设。通过6•18中国海峡项目成果交易会等平台，促进节能减排和循环经济技术成果的转化与推广。

（三）加快减排技术推广应用。加强环保重点技术、装备的推广应用，积极推广具有自主知识产权的烟气脱硫、电袋复合除尘、高效节能电除尘、有机废气净化、废水污染防治和城镇生活垃圾焚烧炉等装备。加强与国际组织、政府间双边、多边以及民间渠道在节能环保领域的国际合作和交流，积极引进、消化、吸收国外先进节能环保技术。

七、落实经济政策，发挥减排导向作用

（一）落实价格和环保收费政策。在国家规定基础上，按程序加大差别电价、惩罚性电价实施力度。严格落实脱硫电价政策以及钢铁烧结机和玻璃炉窑差别电价政策，按照国家政策规定和工作部署适时落实脱硝电价政策，适当增加脱硝机组发电利用小时。进一步完善污水处理费政策，将污泥处理费用逐步纳入污水处理成本。积极利用水费、电费等收费平台，改进垃圾处理收费方式，加大征收力度，降低征收成本。

（二）落实财政激励政策。积极组织符合中央预算内投资补助和节能减排财政奖励要求的示范项目，争取国家资金支持。各级地方政府要整合相关财政性资金，不断加大对减排统计、监测、考核“三大体系”支持，切实承担城镇污水处理设施和配套管网建设的主体责任，严格城镇污水处理费征收和管理。推行政府绿色采购，落实强制采购和优先采购制度，逐步提高节能环保产品比重，研究实行节能环保服务政府采购。

（三）落实税收优惠政策。落实国家支持节能减排所得税、增值税等优惠政策。对企业从事符合条件的环境保护、节能节水项目的所得，按照国家规定减免企业所得税；购置并实际使用《环境保护专用设备企业所得税优惠目录》中规定的环境保护企业，依法抵免企业所得税。

（四）强化金融支持力度。引导各类金融机构对节能减排和循环经济发展的重点项目给予优先贷款等信贷支持。鼓励不同经济成分和各类社会投资主体及民间资本参与节能减排和循环经济项目建设。提高高耗能、高排放行业贷款门槛，将企业环境违法信息纳入人民银行企业征信系统和银监会信息披露系统，与企业信用等级评定、贷款及证券融资联动。推行环境污染责任保险，重点区域涉重金属企业应当购买环境污染责任保险。

八、加大执法力度，强化减排监督管理

（一）严格环境影响评价制度。把污染物排放总量指标作为环评审批的前置条件，对年度减排目标未完成、重点减排项目未按目标责任书落实的地区和企业，实行阶段性环评限批。对未通过能评、环评审查的投资项目，有关部门不得审批、核准、批准开工建设，不得发放生产许可证、安全生产许可证、排污许可证，金融机构不得发放贷款，有关单位不得供水、供电。加强环评审查的监督管理，严肃查处各种违规审批行为。

（二）加强重点污染源和治理设施运行监管。加强排污许可证管理。强化重点流域、重点行业污染源监管，适时主要污染物超标严重的重点企业名单。列入国、省控的电力、钢铁、造纸、印染等重点行业的企业，要安装运行管理监控平台和污染物排放自动监控系统，积极推进污染源自动监控委托第三方管理，推动数据联网共享。加强城市污水处理厂监控平台建设，提高污水收集率，做好运行和污染物削减评估考核，考核结果作为核拨污水处理费的重要依据。对城市污水处理设施建设严重滞后、收费政策不落实、污水处理厂建成后一年内实际处理水量达不到设计能力60%，以及已建成污水处理设施但无故不运行的地区，暂缓审批该城市项目环评，暂缓下达有关项目的国家及省建设资金。

（三）加强减排执法监督。各级人民政府要组织开展减排专项检查，督促各项工作落实，严肃查处各类违法违规行为。加大对重点污染源的执法检查力度，对严重违反环保法律法规，未按要求淘汰落后产能、减排设施未按要求运行等行为，公开通报或挂牌督办，限期整改，对有关责任人进行严肃处理。实行减排执法责任制，对行政不作为、执法不严等行为，严肃追究有关主管部门和执法机构负责人的责任。

九、推进新机制，加强减排能力建设

（一）推进排污权交易试点。适时开展主要污染物排污权有偿使用和交易试点，以污染物排放总量控制和环境质量为前提，通过改变污染物排放指标分配方法和排污权使用方式，逐步建立排污权交易市场，实现环境资源的优化配置。

（二）推行污染治理设施建设运行特许经营。完善市场准入机制，规范市场行为。鼓励采用多种建设运营模式开展城镇污水垃圾处理、工业园区污染集中治理，确保处理设施稳定高效运行。实行环保设施运营资质许可制度，推进环保设施的专业化、社会化运营服务。

（三）强化减排监督管理能力建设。增强减排监管能力，加强减排统计、监测和考核体系建设，落实监测体系建设计划和经费保障，推进环境监测监察标准化建设，提高机动车和农业源污染检测和减排监管能力，将通过有效性审核的自动监测数据应用于环境执法、排污收费、总量核算，为减排工作提供有力保障。

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中图分类号 X75 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）09-0189-04

Abstract This paper designed a set of ecological circulation system for restoration of mining area land based on biogas engineering technology. Through the anaerobic digestion process，the biogas produced by municipal waste could be used as life gas，and redundant biogas could be used for electricity generation. The biogas residue could be used to make solid organic fertilizer for the development of the ecological agriculture. In addition，the biogas slurry could be used to make liquid organic fertilizer，and the redundant liquid fertilizer could be purified through the purification system and used for irrigation water，thus achieved zero emission.The organic agricultural products could serve the residents in this area，to establish a sustainable agricultural ecological circulation system. This paper introduced the design scheme，theoretical design and calculation method of the system，and analyzed the benefits of the system，in order to provide references for the land restoration in the mining area.

Key words ecological circulation system；biogas engineering technology；eco-agriculture；land restoration；energy saving and emission reduction；mining area

由于矿产资源开采会带来许多生态问题，开采以后的矿区多数变成废地等难以利用的土地，因而如何恢复和利用这些因矿变废的土地是目前需要解决的问题[1-2]。世界上发达国家矿区治理的土地面积基本上可以达到因开矿变废土地的1/2以上，甚至有的国家可以达到3/4。我国在这方面的工作远远落后于发达国家，但近年来也有了较大的进步，自恢复2%达到2012年复垦15%，但依然远远落后于发达国家的复垦率，特别是近年来矿区荒废地的面积依然在持续增加，总面积达到200万hm2 [3-6]。

在矿区荒废地持续增加的同时，我国的人口也在持续增加，人均耕地面积仅0.1 hm2 [7]，特别是近年来，全国耕地面积逐年减少，逼近1.2亿hm2耕地红线[8]。因此，矿区废弃土地的治理与改善，能够补充当地农耕地的不足，保障粮食安全[9]。

同时，随着城镇化的不断推进，城市废弃物处理的问题呈现两大特点，即数量庞大和处理效果不佳。如果建立以沼气工程为纽带的矿区土地恢复生态循环系统，实现城市废弃物的资源化利用，利用所产生的沼肥替代化肥农药，发展现代化的可持续农业，实现矿区土地的恢复是非常有必要的，不但恢复了矿区土地，解决了粮食危机和食品安全，而且解决了城区的环境问题[10-11]。

1 设计方案

将城市居民所产生的废弃物（如公厕粪便、餐厨垃圾、生活污水）收集到预混加热池，通过以太阳能、空气源热泵、沼气发电余热为基础的热电联产加热系统加热后，把废弃物加入自行设计的气液联合搅拌新型CSTR反应器。经过厌氧消化后，所产生的沼气一部分用作矿区土地恢复园区的生活燃气，多余沼气用于发电，为园区提供电能，并对发电余热进行回收；将产生的沼渣制作成固态有机肥，用作园区发展生态农业所需肥料；将产生的沼液，一部分制作成液态有机肥，用作园区发展生态农业所需液肥，剩余部分利用光伏水泵打入到高位水池，依次通过自流的方式进入自行设计的软硬双床AF和双填料好氧净化器，实现达标排放，用作园区的灌溉用水。园区可以建设采摘园、发展休闲农业和旅游观光，为居民提供有机食品，实现了物质循环和能量流动，建立了一套完整的矿区土地恢复生态循环系统（图1）。

2 理论设计及计算

本作品设计400 hm2的矿区恢复土地，其中66.67 hm2用于屋舍的建立，主要包括4层多功能综合楼（一层展示厅、二楼会议室、三楼办公室、四楼研发实验室）、冷库、接待宾馆、小型休闲娱乐公园、特色餐厅、产品交易大厅、园工宿舍、露天活动场所、道路景观等；剩余333.33 hm2用于发展现代化生态有机农业。

2.1 矿区土地恢复工艺设计

本作品设计用于发展农业的有效土地面积为333.33 hm2，以平均1 hm2土地每年约需150 t沼肥计算，每年需要沼肥5万t。本作品拟建立5 000 m3的气液联合搅拌CSTR反应器，采用中温30 ℃发酵，水力滞留时间为15 d，每天可处理大约300 t的城市废弃物，年产沼渣约5 000 t（15 t/d），用于农业发展所需基肥，年产沼液约10万t（285 t/d），其中5万t用于农业发展所需追肥，剩余5万t通过软硬双床AF和双填料好氧净化器处理（其中软硬双床AF为300 m3，HRT=2 d；双填料好氧净化器为150 m3，HRT=1 d），实现达标排放，用于发展农业及其园区绿化的灌溉用水，年产沼气约120万m3（3 500 m3/d），每天平均约1 500 m3的沼气用于生活燃气（餐厅和有机肥加工所用），2 000 m3的沼气用于发电，为园区设施提供电能。

2.2 矿区土地恢复热电联产加热系统的设计

本作品设计以太阳能、空气源热泵、沼气发电余热为基础的热电联产加热系统，由于云南当地有较好的光照条件，所以选择以太阳能与沼气发电余热回收加热为主、热泵为辅的加热方式。每天加热约300 m3的物料，配备循环水箱为60 m3，对于沼气工程，由能量守恒定律可知，输出（损失）的能量和输入（获得）的能量应相等，才能保证整个系统的温度恒定。沼气工程每天损失的能量主要是厌氧消化罐及管道散热和每天新增投料所需热量，发酵产生的生物化学热量相对于外加热量小得多，故忽略不计[12]。

2.2.1 每天沼气发酵所需热量的计算。

（1）厌氧消化罐投料损失的热量[12]。厌氧消化罐投料损失的热量计算公式：

Q1=cm（TD-TS）

式中：c―料液的比热容（新鲜料液质量分数为4%～6%，可近似取水的比热容），为4.2 kJ/（kg・℃）；m―每天进入沼气池的新鲜料液量，为300 t；TD―沼气发酵罐内料液的温度，为30 ℃；TS―新鲜料液的温度，为5 ℃。经计算，Q1=315 000 00 kJ。

（2）厌氧消化罐散热损失的热量。氧消化罐散热损失的热量计算公式：

Q2=24×（TD-TA）/[∑bi/（λi×Si）+1/（α×S0）]

式中：Q2―罐内向罐外散发的热量，即罐体散热损失，单位为kJ；Si―罐顶、罐壁和罐底散热面积分别为314、1 256、314 m2；S0―罐顶和罐壁散热总面积，为1 570 m2；TA―罐外介质温度，10 ℃；α―罐外壁热转移系数，为10 W/（m2・℃）；bi―罐体各部结构层，保温板厚度为100 mm，罐底基础为钢筋砼，厚度为1 000 mm；λi―罐体各部结构层，保温板导热系数为0.042 W/（m・℃），钢筋砼导热系数为1.3 W/（m・℃）。经计算，Q2=240 000 kJ。

（3）循环水箱及其管道散热损失的热量。循环水箱散热损失的热量计算公式：

Q3=24×（TN-TA）/[∑bx /（λi×Sx）]

式中：Q3―箱内向箱外散发的热量，即箱体散热损失，单位为kJ；Sx―箱顶、箱壁和箱底散热面积，分别为12、63、12 m2；TN―箱内水体温度，为35 ℃；TA―箱外介质温度，为10 ℃；bx―箱体保温板厚度，为100 mm；λi―箱体保温板导热系数，为0.042 W/（m・℃）。经计算，Q3=22 000 kJ。

水管的热量损失较小，可忽略不计。因此，每天沼气发酵罐总的热损失为Q=Q1+Q2+Q3=31 762 MJ。

2.2.2 以太阳能、空气源热泵、沼气发电余热为基础的热电联产加热系统的设计。

（1）沼气发电余热回收的计算[13-14]。沼气发电余热利用是指在沼气热电联产过程中，通过回收发电余热中的热量来加热发酵料液。本作品设计每天大约有2 000 m3的沼气用于发电，如果采用国产沼气发电机组，1 m3沼气大约可发电1.5 kW・h，则每天可产生电能3 000 kW・h，按55% CH4含量计算，1 m3沼气燃烧放热为20 MJ，则沼气燃烧可产生热量Q热=40 000 MJ，沼气发电与烟气回收所产生的余热利用率为50%左右，则每天发电余热回收为Q余=0.45×Q热=20 000 MJ。

（2）太阳能加热循环水的计算[15-17]。每天沼气发酵罐所需热量为31 762 MJ，沼气发电余热回收热量为20 000 MJ，所以还需太阳能提供11 762 MJ的热量，本作品设计利用太阳能加热时间为4 h。太阳能热管加热系统日均集热量公式：

式中：A―集热器采光面积（m2）；I―集热面上日平均辐射强度，为22 MJ/（m2・d）；ηj―集热器全日集热效率，取0.55；ηs―管路及储水箱热损失率，取0.1。经计算，A=2 200 m2。

（3）空气源热泵加热循环水的计算[18-19]。由于太阳能热水系统受平均日辐射量、日照时间、气温、气象特点、气候等因素影响较大，不能全天候工作，须设置其他热源联合或辅助加热装置。本作品采用空气源热泵辅助加热，实现高效节能的新型热水系统。一旦太阳能热水器受到天气影响，则空气源热泵启动，代替太阳能热水器工作，需要输出11 762 MJ的热量，即3 293 kW・h。一般情况下，2 200～2 600 W都可称为1匹。本作品拟设定空气源热泵的工作时间为5 h，2.2 kW为1匹，由以下公式计算：

N=Q/（T・W）

可得N=300。故空气源热泵应匹配300匹。

2.3 以沼气发电和光伏水泵为基础的联合进料泵系统的设计

本系统拟设计软硬双床AF的日进料量为150 t，每天的有效光照时间为8 h。因此，在内至少要抽水150 m3，拟配备8 h内抽水200 m3的泵系统，即每小时25 m3，总扬程为8 m，以预防天气影响，需有150 m3的蓄水池，拟建高位蓄水池为180 m3，如果出现连续阴天或低温天气，则利用沼气发电系统辅助。

提水系统水功率的计算公式[20-21]：

式中：Npf―提水系统水功率（W）；Q―水泵所需流量（m3/h）；H―系统总扬程（m）；g―重力加速度（m/s2）；ρ―水密度（kg/m3）；k1―流量修正系数；k2―提水机具形式修正系数；k3―电力传动形式修正系数。经计算，得Npf=968 W≈1 kW。

光伏阵列容量计算公式：

N=k4k5Npf

式中：N―光伏阵列的容量（W）；k2―太阳能资源修正系数；k3―光伏阵列跟踪太阳方式修正系数。经计算，得N=800 W。

相关工艺模型见图2。

3 效益分析

3.1 矿区土地恢复工艺系统的效益分析

本作品拟建立气液联合搅拌新型CSTR反应器5 000 m3，软硬双床AF 300 m3，双填料好氧净化器150 m3，年产沼气约120万m3，年产沼渣约5 000 t，年产沼液约10万t，其中5万t用于农业发展所需追肥，剩余5万t通过软硬双床AF和双填料好氧净化器处理，实现达标排放，用作发展农业及其园区绿化的灌溉用水。

本作品采用自行研发的气液联合搅拌新型CSTR反应器，避免了传统的CSTR反应器叶轮易腐蚀、维修费用高、气密性差等问题，在沼液的净化上采用自行设计的软硬双床AF和双填料好氧折流沟，利用高位差，实现自流净化，可达到二级排放标准。具体工艺处理效率见表1。

厌氧消化工艺减排符合清洁发展机制CDM“可再生能源替代化石燃料”和“甲烷回收”2个规定项目[22]。其减排量是“替代煤炭的减排”“回收甲烷的减排”和“燃用沼气的排放”三者之和，即CDM减排量计算公式：E1+E2-E3=E。计算如下[23]：

（1）替代煤炭的减排E1。本作品年产沼气约120万m3，沼气的折标煤系数为0.714 kg/m3，即相当于856.8 t的标煤。根据《京都议定书的三机制及其方法学》标煤―2.658二氧化碳排放系数计算：标煤856.8t×2.658=2 277 t二氧化碳。

（2）回收粪便自然分解释放甲烷而形成的减排E2。以厌氧消化工艺的产气量直接计算甲烷的回收量。厌氧消化工艺总产气量为120万m3，其中甲烷含量为60%，即72万m3、518 t（甲烷密度0.72 kg/m3），按甲烷21倍碳当量计算，本作品回收甲烷每年减排二氧化碳10 878 t。

（3）燃用沼气产生的二氧化碳排放E3。燃烧72万m3甲烷产生72万m3、1 420 t二氧化碳（二氧化碳密度1.972 kg/m3）；另外，120万m3沼气中还含35%、42万m3、830 t的CO2。因此，燃烧120 m3沼气共排放二氧化碳1 420 t+830 t=2 250 t/年。

由此，每台沼气池每年形成的二氧化碳减排量：2 277+10 878-2 250≈1万t。

本作品设计年产沼肥5.5万t，可供333.33 hm2土地施肥1年，可以替代333.33 hm2土地1年所用的化肥、农药，有效解决了食品安全问题。本作品年产灌溉用水5万t，节约园区5万t的水资源。

3.2 矿区土地恢复热电联产加热系统的效益分析

本作品设计以太阳能、空气源热泵、沼气发电余热为基础的热电联产加热系统，其中沼气发电余热回收热量为20 000 MJ/d，以空气源热泵辅助的太阳能加热系统产生的热量为11 762 MJ/d。

蒲小东等[24]通过一个猪场废水处理沼气工程，研究3种不同加热方式的经济效益，发现沼气发电余热利用加热方式明显优于其他加热方式。因此，本作品优先采用沼气发电余热回收的热量对沼气工程系统进行加热。因为云南具有得天独厚的太阳能资源，所以剩余所需热量由以空气源热泵辅助的太阳能加热系统进行加热。本文对刘荣向等[25]统计的加热系统的效益数据进行了分析总结，所得具体参数见表2。

由表2可知，从运行费用上看，使用燃煤热水锅炉和空气源热泵热水+太阳能两者运行费用很接近，最为经济，但是从环保角度考虑使用空气源热泵热水+太阳能最为环保。综合考虑，以空气源热泵热水辅助太阳能加热系统最为经济、环保。

3.3 以沼气发电和光伏水泵为基础的联合进料泵系统的效益分析

本系y以光伏水泵进料为主，在出现连续阴天或低温天气，并导致辐射强度较弱时，采用沼气发电辅助进料。光伏水泵系统一般由光伏阵列、控制逆变器和水泵3个部分组成，其中光伏阵列由多个光伏组件串并联而成，其作用是将太阳光辐射能转换成直流电；控制逆变器的作用则是将直流电变为交流电，并对水泵进行自动化控制；而水泵的作用是将水从低处提到高处，它一般为三相交流水泵[26]。