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1、渗沥液处理全球科研态势与我国工程建设案例研究渗沥液处理全球科研态势与我国工程建设案例研究陈朱琦华中科技大学 第五届垃圾渗滤液处理论坛大纲Outline1全球渗沥液处理科研态势分析2我国渗沥液处理工程案例分析3 3陈家冲场渗沥液处理典型案例3科研态势中国案例武汉案例分析方法检索平台Web of ScienceTM核心合集数据库论文12758篇计量学分析HistCite软件和CiteSpace软件情况趋势研究内容SCI论文历年发表数据统计;论文研究关键词热点分析;重点研究机构布局;主要收录期刊分布;主要研究学者分析。4科研态势中国案例武汉案例渗沥液处理研究年度趋势渗沥液处理年
2、度相关论文发表数量总体保持增长势头1997年至2017年间,渗沥液处理相关论文平均每年增长46.5篇渗沥液处理研究年度发文量在2017年达到峰值1195篇,相比于1997年发表的265篇,增长了近3.5倍26536534036633305455336376407822930040060080009200020004200520062007200820092000162017数量数量年份年份论文数量论文数量数据来源:Web
3、 of ScienceTM核心合集数据库5科研态势中国案例武汉案例科学研究文章数量变化数据来源:Web of ScienceTM核心合集数据库6科研态势中国案例武汉案例中、美两国发文数量对比中国1997年至2005年,中国渗沥液处理研究处于初始阶段,其中1997-2000年SCI论文发表数量不足10篇,至2005年发表数量平均约为15篇,同时期美国SCI论文发表数量是我国的3-30倍;2006年至2017年,中国渗沥液处理研究步入高速发展阶段,2006年的发文数量为66篇,是2005年的2倍,通过12年的发展,在2017年达到峰值317篇,平均年增长量达到21篇;中国渗沥液相关SCI论文发表数
4、量于2009年开始超越美国,此后一直保持该态势,2017年中国发文数量几乎是美国的2倍。美国从1997年至2017年,美国渗沥液相关学术论文的发表数量一直处于平稳增长的趋势,并在2000-2001年、2004年、2007年、2009-2011年和2014年出现轻微负增长,21年间平均年增长量为3.4篇。889811510897 987366967094633200250300350920002001
5、200220032004200520062007200820092000162017发文数量发文数量年份年份美国中国数据来源:Web of ScienceTM核心合集数据库7科研态势中国案例武汉案例科学研究的国家分布TOP20国家分布ABC共有124个国家和地区的研究人员发表了渗沥液处理相关的学术论文,前20个国家和地区占到总发文数量的96%以上。美国和中国的发文数量位远超其他国家和地区,居世界第一和第二名,占全球总发文数量的19%和17%。发文数量排名靠前的美国、中国、加拿大、英国、印度等国家不仅在渗沥液处理的学术研究中占据世界前列,交流密切,而且
6、在渗沥液处理的实际工程中做出表率。渗沥液处理是中国在固废处理领域SCI文章数量上领先全球的领域之一,也可见中国政府在我们的研究期间对于渗沥液处理的重视程度较高。248222477876085735224984764304224350339307258190171美国中国加拿大英国印度德国澳大利亚西班牙法国日本巴西韩国土耳其马来西亚意大利瑞典波兰伊朗丹麦新西兰数据来源:Web of ScienceTM核心合集数据库8科研态势中国案例武汉案例研究重点机构分布(数量与水平)TLCS、TGCS这两个指标可以从侧面反映出研究机构发文质量,可以看出中国科学院发表的SCI论文在数量上领
7、先,而丹麦科技大学发文在引用频次上远远高于其他机构前20位机构中,美国机构占7席,中国机构占6席,加拿大机构与马来西亚分别占2席,与前文国家发表论文数量排位保持一致中国科学院发表了241篇SCI论文美国佛罗里达大学发表了215篇SCI论文中国同济大学发表了188篇SCI论文研究水平统计的12758篇SCI论文中,全球共有6734个机构发表渗沥液处理相关研究论文,仅列出发表论文数量前20位的机构TOP20TLCS表示该论文在当前12758篇论文中的引用频次TGCS表示该论文在Web of Science数据库中的引用频次编号发文机构国家文章数量 TLCS TGCS 1中国科学院中国2416382
8、7772佛罗里达大学美国2151037 42573同济大学中国1881001 26144浙江大学中国马来西亚理工大学马来西亚1291354 27586丹麦科技大学丹麦1282590 56347女王大学加拿大美国农业部农业研究局美国美国地质调查局美国90467468910清华大学中国89316113711威斯康星大学美国85508185712北卡罗来纳州立大学美国831417 382013哈尔滨工业大学中国72422124914中国环境科学研究所中国7129079015不列颠哥伦比亚大学加拿大7129196316昆士兰大学澳大利亚
9、71481246017佐治亚大学美国70126122518马来亚大学马来西亚6717877919印度理工学院印度65230153720伊利诺大学美国642461257数据来源:Web of ScienceTM核心合集数据库9科研态势中国案例武汉案例研究重点机构时间维度分析佛罗里达大学和丹麦科技大学开展研究较早中国科学院、同济大学和浙江大学次之接下来是马来西亚理工大学清华大学紧随其后19972017数据来源:Web of ScienceTM核心合集数据库10科研态势中国案例武汉案例编号期刊名称数量影响因子1WASTE MANAGEMENT5784.032JOURNAL OF HAZARDOUSM
10、ATERIALS4196.0653BIORESOURCE TECHNOLOGY3115.6514WATER SCIENCE AND TECHNOLOGY2951.1975CHEMOSPHERE2764.2086WASTE MANAGEMENT&RESEARCH2421.8037ENVIRONMENTAL SCIENCE&TECHNOLOGY2066.1988WATER RESEARCH2066.9429ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY1991.75110 ENVIRONMENTAL SCIENCE AND POLLUTIONRESEARCH1982.74111 JOURNAL
11、OF ENVIRONMENTAL QUALITY1912.34412 DESALINATION AND WATER TREATMENT1701.63113 SCIENCE OF THE TOTAL ENVIRONMENT1684.914 WATER AIR AND SOIL POLLUTION1541.70215 JOURNAL OF ENVIRONMENTAL MANAGEMENT1474.0116JOURNAL OF ENVIRONMENTAL SCIENCE AND HEALTHPARTA-TOXIC/HAZARDOUSSUBSTANCES&ENVIRONMENTAL ENGINEERI
12、NG1201.42517CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL1186.21618 ENVIRONMENTAL EARTH SCIENCES1001.56919 DESALINATION925.52720 APPLIEDGEOCHEMISTRY882.581主要期刊分布分析统计的12758篇SCI论文中,全球共有2050个期刊收录渗沥液处理相关研究论文,仅列出发表论文数量前20位的期刊。影响因子最高的WATER RESEARCH收录206篇WASTE MANAGEMENT收录578篇JOURNAL OF HAZARDOUS MATERIALS收录419篇BIORESOURCE
13、 TECHNOLOGY收录311篇从刊物名称及内容上可以看出渗沥液处理的主流趋势是无害化处理技术研究主流趋势TOP20与生物相关期刊也出现在表中,说明渗沥液处理中存在大量生物技术的应用相关期刊数据来源:Web of ScienceTM核心合集数据库11科研态势中国案例武汉案例研究热点分布化学氧化研究中主要涉及渗沥液中污染物成分和pH值对渗沥液化学处理技术的影响生物降解研究中主要涉及渗沥液组成成分、温度、碳氮比、供氧量和pH值对渗沥液生物降解处理的影响。主体词汇出现频次最高的30个词汇,如表所示。关注的词汇有渗沥液处理、环境污染、过滤、化学氧化、生物降解、碳氮及金属含量等。关键词中文释义出现频次
14、关键词中文释义出现频次LEACHATE渗沥液3646OXIDATION氧化449LANDFILL填埋3135SLUDGE污泥445WASTE废物1725ASSESSMENT评估421TREATMENT处理1689GROUNDWATER地下水419USING利用1273CARBON碳393SOIL土壤1177METALS金属390LEACHING过滤1036CHEMICAL化学386MUNICIPAL市政988FENTON芬顿377SOLID固体980CONTAMINATED污染360REMOVAL去除847ACID酸359ORGANIC有机的750ENVIRONMENTAL环境353WASTE
15、WATER废水638POTENTIAL潜力330NITROGEN氮607REACTOR反应器316ANAEROBIC厌氧菌509MICROBIAL微生物的314ASH灰452DEGRADATION降解297数据来源:Web of ScienceTM核心合集数据库12科研态势中国案例武汉案例研究热点关联性时间轴主要研究往有机物降解、重金属去除等技术热点以及地下水、土壤污染方面发散,并且在不同时段成为主要研究热点。主流工艺最早在渗沥液处理领域的工艺的是“吸附”、“生物降解”和“化学氧化”,这三类工艺也是目前国内最成熟且使用得最多的渗沥液处理工艺。分支“飞灰”的研究热度出现有可能与填埋场渗沥液有关,
16、“污泥”的研究热度出现可能与渗沥液生物处理有关。数据来源:Web of ScienceTM核心合集数据库15个关键词大纲Outline1全球渗沥液处理科研态势分析2我国渗沥液处理工程案例分析3 3陈家冲场渗沥液处理典型案例14科研态势中国案例武汉案例各国渗沥液处理排放限值及方式主要污染物排放限值中国德国日本美国色度40(30)-COD(mg/L)100(60)20090-BOD5(mg/L)30(20)2060160(月均值40)悬浮物(mg/L)30(30)-6089(月均值27)氨氮(mg/L)25(8)NA-5.9(月均值2.5)总氮(mg/L)40(20)70120(日均60)-总磷(
17、mg/L)3(1.5)316(日均8)-粪大肠菌群数(个/L)10000(1000)-3000-总汞(mg/L)0.001-0.0050.002总镉(mg/L)0.010.10.1-总铬(mg/L)0.10.62-六价铬(mg/L)0.050.10.50.05总砷(mg/L)0.1-0.10.05总铅(mg/L)0.10.50.10.05国家渗沥液排放方式德国场内回灌或预处理达标后排入城市生活污水处理厂英国经过预处理达标后排入市政污水管道美国经过预处理达标后排入市政污水管道澳大利亚场内回用、回灌或达到污水处理厂接受标准后排入城市生活污水处理厂中国2011年7月1日前,现有的垃圾渗沥液在满足一定
18、条件时可送往城市二级污水处理厂进行处理;2011年7月1日后,现有全部的生活垃圾填埋场渗沥液都要自行处理并且要达到排放标准中国大部分排放指标和排放出路要求均严于其他国家数据来源:课题组调研15科研态势中国案例武汉案例渗沥液处理项目研究案例分布案例总数:232个案例案例分布:18个省份、4个直辖市3个自治区案例规模:303200m3/dMBR+膜49%DTRO29%BBR+高级氧化15%MVR2%其他5%各工艺占比各工艺占比MBR+膜DTROBBR+高级氧化MVR蒸发其他处理工艺1、(厌氧)+MBR+膜 深度处理2、二级碟管式反渗透(DTRO)3、生物膜反应器(BBR)或MBR+高级氧化4、机械
19、式蒸汽再压缩(MVR或MVC)样本数量大,覆盖面广MBR+膜、二级DTRO、高级氧化为最主流工艺数据来源:课题组调研16科研态势中国案例武汉案例日处理规模在0-100吨的项目占22%日处理规模在101-500吨的占49%日处理规模在501-1000吨的项目占17%日处理规模大于1000吨的项目占12%0-1000万的项目占35%1001-5000万的项目占42%5001-1亿的项目占13%大于1亿的项目占10%渗沥液处理项目规模、投资占比分布数据来源:课题组调研22%49%17%12%项目规模分布图0-100 t/d101-500 t/d501-1000 t/d大于1000 t/d35%42%
20、13%10%项目投资分布图0-1000 万元1001-5000 万元5001-10000 万元大于10000 万元17科研态势中国案例武汉案例占地0-2000m2的项目占33%占地2001-5000m2的项目占38%占地5001-10000m2的项目占16%占地大于10000m2的项目占13%运行费用40-50元/m3的项目占53%运行费用41-50元/m3的项目占24%运行费用51-60元/m3的项目占18%运行费用大于60元/m3的项目占5%渗沥液处理项目占地、运行费用占比分布数据来源:课题组调研53%24%18%5%运行费用分布图40-50 元/t51-60 元/t61-70 元/t大于
21、70 元/t33%38%16%13%项目占地分布图0-2000 平方米2001-5000 平方米5001-10000 平方米大于10000 平方米18科研态势中国案例武汉案例不同渗沥液处理工艺的规模分析MBR+膜和DTRO的平均规模及适用范围最大 050002500300035004000各工艺规模分析图 0.820.580.540.75最大值平均值303300050421180051130 MVR蒸发BBR+高级氧化DTRO 规模(t/d)MBR+膜3200最小值相对标准差 20234025485549529MBR+膜DTRO
22、BBR+高级氧化MVR蒸发各工艺规模占比图规模占比(%)1000(t/d)501-1000(t/d)100-500(t/d)1亿 5001-1亿 1000-5000万 10000m2 5001-10000m2 2000-5000m2 70(元/t)61-70(元/t)51-60(元/t)40-50(元/t)数据来源:课题组调研22科研态势中国案例武汉案例不同处理规模的工艺占比及选择趋势分析随着规模的增大,MBR+膜的占比呈上升趋势,而BBR或MBR+高级氧化占比呈下降趋势MBR+膜仍然是大规模渗沥液处理的最主流技术。4445606828292253771000不同规模工艺
23、占比图规模(t/d)其他 MVR蒸发 BBR+高级氧化 DTRO MBR+膜工艺占比(%)数据来源:课题组调研不同规模工艺选择趋势图 1000501-1000 100-500MBR+膜DTROMVR蒸发1-500单位投资(万元/t/d)100规模(t/d)平均值最小值最大值14.4 0.62相对标准差 010203040不同规模单位占地分析图 0.28 0.34 0.565.39.719.826.111.14.81.531.512.64.014.4单位占地(m2/t/d)1000规模(t/d)最大值30.4平均值最小值 0.52相对标准差 3040506070809
24、0不同规模运行费用分析图 0.13 0.16 0.3245.148.152.645.650.356.165.352.84545.860.4运行费用(元/t)1000最大值平均值最小值75 0.34相对标准差 24科研态势中国案例武汉案例典型工艺不同规模的单位投资、单位占地、运行费用分析MBR+膜平均单位投资、单位占地、运行费用随着规模的增大而减小,但减少的趋势逐步减弱51015单位投资(万元/t/d)1000102030单位占地(m2/t/d)40506070运行费用(元/t)25科研态势中国案例武汉案例典型工艺不同规模的单位投资、单位占地、运行费用分析51015规模(t/d)1000单位投资
25、(万元/t/d)单位占地(m2/t/d)40506070运行费用(元/t)二级DTRO平均单位投资、单位占地、运行费用随着规模的增大而减小26科研态势中国案例武汉案例典型工艺不同规模的单位投资、单位占地、运行费用分析05101520规模(t/d)1000单位投资(万元/t/d)4050607080运行费用(元/t)1020单位占地(m2/t/d)BBR或MBR+高级氧化平均单位投资、单位占地、运行费用以及各指标波动随着规模的增大而减小27科研态势中国案例武汉案例典型工艺不同规模的单位投资、单位占地、运行费用分析51015规模(t/d)1000单位投资(万元/t/d)0
26、246810单位占地(m2/t/d)4050607080运行费用(元/t)MVR蒸发单位投资、单位占地、运行费用随着规模的增大而减小,但减少的趋势逐步减弱28科研态势中国案例武汉案例渗沥液处理问题严重浙江省:关于印发省建设厅贯彻落实中央环境保护督察反馈意见整改实施方案的通知浙江省全省52座垃圾填埋场中有40座渗滤液处置存在问题,占比77%;其中13座未配套渗滤液处理设施,27座因处理工艺或处理能力不足,渗滤液无法稳定达标排放;督察组抽查杭州、绍兴等地17座垃圾填埋场,均存在渗滤液处理不到位的问题;截止2017年12月底,40座垃圾填埋场中,已完成渗滤液提标改造项目19个;2018年6月底前和1
27、2月底前,分别再完成渗滤液提标改造项目6个、13个;其余2个2019年12月底前完成改造。渗滤液无法稳定达标排放的一大原因就是水质波动大陈家冲填埋场借助特有的渗沥液水质多样性和处理工艺的多样性,采用合适的水质配比试图解决渗滤液稳定达标问题大纲Outline1全球渗沥液处理科研态势分析2我国渗沥液处理工程案例分析3 3陈家冲场渗沥液处理典型案例30科研态势中国案例武汉案例陈家冲填埋场五大渗沥液处理系统陈家冲填埋场1800吨/日达标排放量,按不同工艺的不同水质要求分配五大系统,是各系统稳定性运行的基础华中科技大学与武汉环境投资开发集团有限公司合作研究课题:陈家冲垃圾渗沥液不同工艺综合评估及适应性管
28、理对策研究31科研态势中国案例武汉案例陈家冲渗沥液水质特点与国内平均值的比较指标CODNH3-NpHCond(ms/cm)新鲜渗沥液30029006.78.14550中期渗沥液3000007.38.22640老龄渗沥液17007.68.61532类别项目填埋初期渗沥液(5年)封场后渗沥液COD600020000200000BOD53000003002000NH3-N6002500800300010003000SS5002001000pH586869国内典型填埋场不
29、同年限渗沥液水质范围单位:mg/L(pH除外)陈家冲填埋场不同年限渗沥液水质范围单位:mg/L(pH除外)华中科技大学与武汉环境投资开发集团有限公司合作研究课题:陈家冲垃圾渗沥液不同工艺综合评估及适应性管理对策研究32科研态势中国案例武汉案例BBR+两级Fenton-BAF工艺配水指标COD(mg/L)氨氮(mg/L)C/N新鲜水230029004.512中老水30000016配水8000110004配水COD图配水氨氮及C/N图华中科技大学与武汉环境投资开发集团有限公司合作研究课题:陈家冲垃圾渗沥液不同工艺综合评估及适应性管理对策研究33科研态势中
30、国案例武汉案例系统COD去除效果(生化去除87.1%,总去除99.3%)系统出水COD保证率(90%保证出水低于70mg/L)BBR+两级Fenton-BAF工艺配水及运行稳定性系统氨氮去除效果(生化氨氮出水在10-20之间,系统出水氨氮0.5-5之间)系统出水氨氮保证率(92%保证出水低于3.5mg/L)87.199.3华中科技大学与武汉环境投资开发集团有限公司合作研究课题:陈家冲垃圾渗沥液不同工艺综合评估及适应性管理对策研究34科研态势中国案例武汉案例蒸发工艺配水及运行稳定性预处理低能耗蒸发深度处理系统混凝剂烧碱 纯碱PACPAM污泥脱水干化系统干化污泥外运少量干产水VP洗气塔达标排放指标
31、COD(mg/L)氨氮(mg/L)电导率(ms/cm)DTRO浓缩液000100005080老龄水17001532配水15000兼具Cl7000mg/L(越低越好)45水量-产水率(产水率稳定在90%左右)水量保证率(产水量在450吨以下保证率为70%)水质稳定性(COD75,氨氮15)华中科技大学与武汉环境投资开发集团有限公司合作研究课题:陈家冲垃圾渗沥液不同工艺综合评估及适应性管理对策研究35科研态势中国案例武汉案例MBR-NF-RO工艺配水及稳定性华中科技大学与武汉环境投资开发集团有限公司合作研究课题:陈家冲垃圾渗沥液不同工艺综合评估及适应性管
32、理对策研究指标COD(mg/L)氨氮(mg/L)C/N新鲜水230029004.512中老水30000016配水以TN为控制指标,TN5水量(4-9月增加处理新鲜水17000吨)碳源投加量(4-9月份减少葡萄糖投加61吨)出水COD(2018年相较于2017年更加稳定)2017年厂区新鲜渗沥液未实现单独收集,2018年3月厂区实现新鲜渗沥液单独收集36科研态势中国案例武汉案例华中科技大学与武汉环境投资开发集团有限公司合作研究课题:老陈家冲垃圾渗沥液不同工艺综合评估及适应性管理对策研究稳定性综合评价A处理效率:B1控制参数:B2运行管理:B3COD:C
33、1氨氮:C2pH:C3水量:C4DO:C5食微比(F/M):C6回流比:C7回收率:C8工艺复杂程度:C9故障率:C10抗冲击能力:C11稳定性:C12目标层评价层指标层DO:C5温度:C5跨膜压差:C5食微比(F/M):C6药剂投加量:C6出水电导:C6回流比:C7回收率:C7回收率:C7药剂投加量:C8吨电耗:C8药剂投加量:C8(MBR-NF-RO系统)(BBR+两级Fenton-BAF系统)(MVR蒸发系统)(两级DTRO系统)渗沥液处理工艺配水保证系统稳定性运行评价模型37科研态势中国案例武汉案例陈家冲渗沥液处理合理配水保证系统稳定性新鲜渗沥液中期渗沥液老龄渗沥液多样渗沥液MBR+NF+RO生化+两级Fenton-BAF两级DTROMVR多种渗沥液处理工艺达标排放达标排放达标排放浓缩液达标排放干化污泥一次性协同解决渗沥液问题1800吨每日的达标排放量配水方式工艺特点华中科技大学与武汉环境投资开发集团有限公司合作研究课题:老陈家冲垃圾渗沥液不同工艺综合评估及适应性管理对策研究致谢致谢毕业生:侯鹏飞褚岩李北涛王启亮博士后:汪佳博士生:廖朱玮周新全硕士生:罗春光雷文莉杜雨升部分课题组成员经费支持谢谢大家!欢迎各位批评指正!