耦合堆肥的配比研究

耦合堆肥的配比研究

上海財經(jīng)大學(xué)（南湖校園）位于江蘇省徐州北郊。大學(xué)人口密集。與普通城市生活垃圾相比，產(chǎn)生的垃圾具有毒害性低、有機(jī)含量高、可生物降解和回收能力強(qiáng)等特點。校園內(nèi)的垃圾主要由食堂餐廚垃圾、校區(qū)生活垃圾和污水處理廠污泥組成。3種垃圾的現(xiàn)有處理方法都存在問題。餐廚垃圾主要由當(dāng)?shù)仞B(yǎng)殖戶收集,未經(jīng)處理就直接與普通飼料混合,這樣有可能產(chǎn)生同源性污染,即由某種動物食用其他種類動物的肉、骨、血液等組織生產(chǎn)的動物源性飼料,產(chǎn)生的潛在、不確定性的傳播疾病的風(fēng)險。校區(qū)產(chǎn)生的有機(jī)生活垃圾與其他垃圾一起焚燒,會有二次污染;污水處理廠產(chǎn)生的污泥一般填埋,處理費(fèi)用較高。以上技術(shù)都沒有實現(xiàn)廢物的資源化再利用。好氧堆肥是一種受控的生物降解和轉(zhuǎn)化過程,它的核心是利用微生物的活性降解并轉(zhuǎn)化垃圾中的有機(jī)質(zhì),最終使其穩(wěn)定。有機(jī)物料中含有豐富的氮、磷、鉀,經(jīng)好氧堆肥技術(shù)處理,可將大部分有機(jī)大分子降解為小分子養(yǎng)分被植物吸收。該工藝操作簡單、技術(shù)穩(wěn)定,尤其在處理有機(jī)質(zhì)含量高的固體廢物上具有明顯的優(yōu)越性,是一種化害為利、安全有效、經(jīng)濟(jì)實用的資源化利用途徑。筆者分析了3種有機(jī)垃圾的主要成分,綜合考慮大學(xué)校園垃圾的性質(zhì)和好氧堆肥的技術(shù)特點,并將兩者有機(jī)結(jié)合,以期實現(xiàn)這3種主要有機(jī)固廢的無害化處理與資源化利用,為國內(nèi)大學(xué)校園有機(jī)固廢的處理提供新方法新思路及必要的基礎(chǔ)性研究數(shù)據(jù)。1材料和方法1.1污泥、餐廚垃圾生活垃圾從校內(nèi)垃圾中轉(zhuǎn)站獲取,挑揀出有機(jī)成分,主要為果皮、紙屑、吃剩的面類糕點等,將它們破碎,過10mm孔徑篩。污泥從校內(nèi)污水處理廠獲取,含水率在80%左右,先進(jìn)行晾曬預(yù)處理,使含水率降至50%~60%,然后過10mm孔徑篩。餐廚垃圾從食堂收殘車獲取,經(jīng)過濾去油、破碎預(yù)處理,過10mm孔徑篩;由于餐廚垃圾含水率較高(80%~90%),為降低混合物的含水率,以及調(diào)節(jié)堆體理化性質(zhì),摻入含水率在10%左右的鋸末。為提高堆肥效果,每組加入100g的EM菌。1.2鋼制成罐氣體排放實驗裝置如圖1所示。實驗的核心裝置是一次發(fā)酵反應(yīng)器,設(shè)計采用不銹鋼制成罐,有較好的保溫效果,內(nèi)徑350mm,高1000mm。反應(yīng)器側(cè)面設(shè)有采樣口,可定期采樣。反應(yīng)器頂部設(shè)有氣體收集管,收集到的氣體通過延長管排放到室外。空氣由空壓機(jī)從反應(yīng)器底部鼓入。1.3好氧堆肥配比及加料量確定根據(jù)前期的探索,為達(dá)到含水率在40%~60%、碳氮比在50以下的好氧堆肥要求,實驗分3組進(jìn)行,各組配比(質(zhì)量比)及加料量情況如表1。按照上述比例配料,混合攪拌均勻,連續(xù)通風(fēng),通風(fēng)量設(shè)置為5m3/(h·m3),實驗過程持續(xù)15d。1.4含水率、有機(jī)質(zhì)、總碳的測定堆肥過程中測定的指標(biāo)及方法:溫度,通過裝置中的溫度傳感器直接讀取;含水率,105℃下24h測定;有機(jī)質(zhì)(VS),550℃下灼燒4h測定;總碳(TC),根據(jù)經(jīng)驗,按有機(jī)質(zhì)的50%計算;總氮(TN),采用開氏消煮-常量蒸餾-滴定法測定。2結(jié)果與分析2.1堆體溫度和發(fā)酵好氧堆肥過程中,溫度變化可以分為3個階段:升溫期、高溫期、降溫期,其中高溫期尤為重要。Nogueira認(rèn)為,一旦堆體中的易降解物質(zhì)降解完成,堆體溫度下降到環(huán)境溫度,高溫好氧發(fā)酵過程趨于完成。從圖2可看出,3個堆體溫度都經(jīng)過了升溫、高溫、降溫3個過程,其中B組升溫最快,達(dá)到的最高溫度也最高,只有B組溫度達(dá)到了衛(wèi)生化無害化的要求(≥55℃維持5d以上)。2.2堆體中有機(jī)物的降解從圖3可看出,在堆肥升溫期,配比不同的3個堆體含水率都呈現(xiàn)升高的趨勢。因為好氧堆肥開始后,堆體中的微生物降解有機(jī)質(zhì)進(jìn)行生化反應(yīng),有機(jī)質(zhì)開始分解并產(chǎn)生大量的水,這部分水量大于由于通風(fēng)而蒸發(fā)的水量,因此堆體中含水率呈上升趨勢。當(dāng)微生物分解反應(yīng)進(jìn)行到一定程度時(第7天左右),由于通風(fēng)蒸發(fā)而減少的水分,大于有機(jī)質(zhì)分解產(chǎn)生的水分,含水率呈下降趨勢。3碳氮比克氏原螯(1)整個堆肥過程中,3種比例的堆肥處理,溫度都經(jīng)歷了升溫、高溫、降溫3個過程,總碳含量總體呈下降趨勢,碳氮比呈下降趨勢,說明微生物代謝活動旺盛,大量有機(jī)質(zhì)被微生物分解,轉(zhuǎn)化為CO2和水。(2)根據(jù)該實驗操作及原料狀況,在一定程度上可以認(rèn)為,大學(xué)校園里的3種有機(jī)垃圾(餐廚垃圾、污泥、生活垃圾)經(jīng)過一定預(yù)處理,質(zhì)量比按1∶2∶3進(jìn)行配比,好氧堆肥效果最好,達(dá)到了衛(wèi)生化和無害化要求及腐熟度標(biāo)準(zhǔn)。2.3碳氮比對堆肥的影響在堆肥過程中,碳源被消耗,轉(zhuǎn)化成CO2和腐殖質(zhì)物質(zhì);氮則主要以NH3的形態(tài)散失,或者轉(zhuǎn)化為硝酸鹽和亞硝酸鹽,或為微生物生長代謝所吸收。因此,碳和氮的變化是反映堆肥發(fā)酵過程變化的重要特征。同時,碳氮比也對微生物的生長代謝起著重要作用。若碳氮比過低,則微生物分解速度快,溫度上升迅速,堆肥周期短;碳氮比過高,則微生物分解速度緩慢,溫度上升慢,堆肥周期長。從圖4、5可看出,總碳含量不斷下降,總氮含量不斷上升;由于A組餐廚垃圾所占比例最高,餐廚中有機(jī)質(zhì)含量相比其余2種垃圾高,因此總碳含量在堆肥開始及結(jié)束都比其余2組高。碳氮比是堆肥