1 實驗部分

1.1 實驗材料

按粉碎的餐(can)(can)廚垃圾和鋸(ju)末質(zhi)(zhi)量比(bi)為3∶1(可將混(hun)合堆(dui)料(liao)的含水率控(kong)制(zhi)在55%左右)的比(bi)例混(hun)合均勻，進行小規(gui)模堆(dui)肥(fei)試驗.其中(zhong)，餐(can)(can)廚垃圾取材于北京工商大學香(xiang)草餐(can)(can)廳，鋸(ju)末購買(mai)于北京木材加工廠.實(shi)驗材料(liao)的理化性(xing)質(zhi)(zhi)如表(biao)1。

1.2 實(shi)驗裝(zhuang)置(zhi)和工藝(yi)流程

設計的筒型堆肥反應器如圖1，載料倉內徑490mm、凈高600 mm，一次堆肥量控制在100 L左右。

該裝置設(she)計的(de)主(zhu)要特點為：

1)裝置設計(ji)有(you)強(qiang)制通風供(gong)氣結構，多孔板下方設有(you)100 mm氣流緩沖(chong)腔，同時進(jin)氣孔道管口向下彎曲、出(chu)氣孔道管口向上彎曲布置，裝置可以(yi)均勻通風供(gong)氧，同時底部有(you)滲(shen)濾液排出(chu)管閥(fa)，可將滲(shen)濾液集(ji)中收集(ji)處理；

2)裝置設計有(you)密封保溫(wen)(wen)腔，盡(jin)可能減少熱量流失提高堆肥效(xiao)率，當環境溫(wen)(wen)度較低時，還可以通過保溫(wen)(wen)腔的進水(shui)和(he)出水(shui)管道，通入40℃恒溫(wen)(wen)水(shui)進行水(shui)浴(yu)加熱；

3)本裝置(zhi)設計有(you)上(shang)、中、下3個(ge)取樣口，保證了(le)實驗數據的可靠(kao)性。

1.3 實驗方法

1.3.1 自(zi)然升溫堆肥

將上述混合均勻的堆料放入堆肥反應器中，用法蘭蓋板封閉后采取自然升溫模式進行堆肥試驗，反應器有保溫腔可減少熱量的散失，實驗室溫度約23℃。經前期平行模擬實驗結論，本堆肥反應裝置采取4 L/min的通風量持續供氧。每天從堆肥反應器的上、中、下3個取樣口各取30 g堆料混勻后測定其理化性質，測定參數和方法如表2。浸提液則按烘干的固體樣品：蒸餾水=1∶10(W/V)比例混合，機械振動1 h后，在離心機中按轉速2 000 r/min離心10 min，抽濾制備。

1.3.2 通入恒溫水控溫堆(dui)肥(fei)

堆(dui)肥反應器(qi)中通入(ru)40℃恒溫(wen)水，提高堆(dui)料的環(huan)境溫(wen)度進行堆(dui)肥試驗，方法與自(zi)然升溫(wen)堆(dui)肥相(xiang)同。

2 結果與討論

2.1 小試裝(zhuang)置內堆(dui)料溫(wen)度隨(sui)時間的變(bian)化

堆料溫度隨時間經歷了升溫階段、高溫階段和降溫階段3個過程，如圖2。通入40℃恒溫水進行對比實驗，其溫度變化如圖3。

由(you)圖2可(ke)(ke)(ke)知(zhi)，在第(di)6 d時達到(dao)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)55.5℃，高(gao)(gao)溫(wen)(wen)期(>50℃)持(chi)續6d且最高(gao)(gao)溫(wen)(wen)度為(wei)60.5℃，可(ke)(ke)(ke)將(jiang)絕(jue)大部分(fen)蟲(chong)卵、病(bing)原菌(jun)、寄生蟲(chong)等殺滅(mie)，達到(dao)堆(dui)(dui)肥(fei)產品無(wu)害化要求。通入40℃恒溫(wen)(wen)水進(jin)行對(dui)比堆(dui)(dui)肥(fei)實驗，由(you)圖3可(ke)(ke)(ke)知(zhi)，第(di)3d達到(dao)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)54.5℃，反(fan)應速率(lv)明顯提高(gao)(gao)；最高(gao)(gao)溫(wen)(wen)度為(wei)65.5℃且高(gao)(gao)溫(wen)(wen)期維持(chi)了8 d，可(ke)(ke)(ke)將(jiang)堆(dui)(dui)肥(fei)中常見(jian)的病(bing)原菌(jun)全部殺滅(mie)，熱滅(mie)活效果更好。

2.2 堆料水溶性氨(an)氮含(han)量(liang)變化對pH值的(de)影響

對于堆肥微生物來說，最佳pH值為6.0~8.5，本實驗堆料的初始pH值為4.29，pH值和水溶性氨氮隨時間的變化如圖4。

由圖(tu)4可知(zhi)，堆(dui)(dui)肥(fei)初(chu)期嗜(shi)(shi)溫(wen)菌(jun)(jun)(包(bao)括真(zhen)菌(jun)(jun)、細菌(jun)(jun)和放(fang)線菌(jun)(jun))分(fen)(fen)(fen)(fen)解(jie)(jie)(jie)有(you)(you)(you)機(ji)(ji)(ji)(ji)物(wu)中易(yi)(yi)分(fen)(fen)(fen)(fen)解(jie)(jie)(jie)的(de)(de)(de)糖類(lei)、淀粉和部分(fen)(fen)(fen)(fen)蛋白(bai)(bai)質(zhi)等(deng)產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)熱(re)量，使(shi)堆(dui)(dui)層(ceng)溫(wen)度迅(xun)速(su)(su)上升。在(zai)(zai)此(ci)階(jie)段(duan)(duan)，當細菌(jun)(jun)和真(zhen)菌(jun)(jun)消化有(you)(you)(you)機(ji)(ji)(ji)(ji)物(wu)質(zhi)時，釋放(fang)出(chu)乙(yi)酸(suan)、丙酮(tong)酸(suan)等(deng)有(you)(you)(you)機(ji)(ji)(ji)(ji)酸(suan)，在(zai)(zai)堆(dui)(dui)肥(fei)的(de)(de)(de)最(zui)初(chu)階(jie)段(duan)(duan)，這些(xie)酸(suan)性(xing)(xing)(xing)物(wu)質(zhi)會積累導致pH值(zhi)下(xia)降(jiang)；同時，微(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)以(yi)蛋白(bai)(bai)質(zhi)水(shui)(shui)解(jie)(jie)(jie)后(hou)的(de)(de)(de)氨基酸(suan)作為(wei)氮(dan)源，氮(dan)源被利用后(hou)產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)H+，也(ye)促(cu)使(shi)pH值(zhi)迅(xun)速(su)(su)下(xia)降(jiang)，第(di)2 d時堆(dui)(dui)料(liao)(liao)pH值(zhi)下(xia)降(jiang)為(wei)3.67，第(di)2 d后(hou)堆(dui)(dui)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)pH值(zhi)呈(cheng)迅(xun)速(su)(su)上升趨(qu)勢(shi)；堆(dui)(dui)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)水(shui)(shui)溶(rong)(rong)性(xing)(xing)(xing)氨氮(dan)濃度從307.70 mg/L下(xia)降(jiang)到(dao)144.66 mg/L后(hou)呈(cheng)迅(xun)速(su)(su)增加趨(qu)勢(shi)。隨(sui)著溫(wen)度的(de)(de)(de)升高，嗜(shi)(shi)溫(wen)菌(jun)(jun)逐(zhu)漸受到(dao)抑(yi)制，活性(xing)(xing)(xing)逐(zhu)漸降(jiang)低，超過50℃后(hou)呈(cheng)孢(bao)子(zi)狀態或死亡，此(ci)時嗜(shi)(shi)熱(re)性(xing)(xing)(xing)微(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)逐(zhu)漸替代了嗜(shi)(shi)溫(wen)性(xing)(xing)(xing)微(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)的(de)(de)(de)活動(dong)。有(you)(you)(you)機(ji)(ji)(ji)(ji)物(wu)中易(yi)(yi)分(fen)(fen)(fen)(fen)解(jie)(jie)(jie)的(de)(de)(de)有(you)(you)(you)機(ji)(ji)(ji)(ji)質(zhi)除繼續被分(fen)(fen)(fen)(fen)解(jie)(jie)(jie)外，蛋白(bai)(bai)質(zhi)、大(da)(da)分(fen)(fen)(fen)(fen)子(zi)的(de)(de)(de)半纖(xian)維素(su)、纖(xian)維素(su)也(ye)開始(shi)分(fen)(fen)(fen)(fen)解(jie)(jie)(jie)。在(zai)(zai)此(ci)階(jie)段(duan)(duan)，微(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)大(da)(da)量繁殖(zhi)分(fen)(fen)(fen)(fen)解(jie)(jie)(jie)蛋白(bai)(bai)質(zhi)類(lei)有(you)(you)(you)機(ji)(ji)(ji)(ji)物(wu)，產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)大(da)(da)量氨氮(dan)，促(cu)使(shi)pH值(zhi)回升，在(zai)(zai)第(di)7 d時水(shui)(shui)溶(rong)(rong)性(xing)(xing)(xing)氨氮(dan)濃度和pH值(zhi)均達到(dao)峰值(zhi)，分(fen)(fen)(fen)(fen)別為(wei)2 867.92 mg/L和8.20.在(zai)(zai)高溫(wen)持續一段(duan)(duan)時間后(hou)，堆(dui)(dui)肥(fei)料(liao)(liao)中易(yi)(yi)分(fen)(fen)(fen)(fen)解(jie)(jie)(jie)的(de)(de)(de)和較(jiao)易(yi)(yi)分(fen)(fen)(fen)(fen)解(jie)(jie)(jie)的(de)(de)(de)有(you)(you)(you)機(ji)(ji)(ji)(ji)物(wu)已大(da)(da)部分(fen)(fen)(fen)(fen)分(fen)(fen)(fen)(fen)解(jie)(jie)(jie)，剩下(xia)的(de)(de)(de)是難(nan)分(fen)(fen)(fen)(fen)解(jie)(jie)(jie)的(de)(de)(de)有(you)(you)(you)機(ji)(ji)(ji)(ji)物(wu)和新(xin)形成的(de)(de)(de)腐殖(zhi)質(zhi)，此(ci)時，微(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)活動(dong)減(jian)少，產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)熱(re)量減(jian)少，溫(wen)度逐(zhu)漸下(xia)降(jiang)，嗜(shi)(shi)溫(wen)微(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)又(you)成為(wei)優勢(shi)菌(jun)(jun)種(zhong)，它對殘余物(wu)質(zhi)進一步分(fen)(fen)(fen)(fen)解(jie)(jie)(jie)，堆(dui)(dui)肥(fei)進入降(jiang)溫(wen)和腐熟階(jie)段(duan)(duan)。在(zai)(zai)此(ci)階(jie)段(duan)(duan)，隨(sui)著蛋白(bai)(bai)質(zhi)有(you)(you)(you)機(ji)(ji)(ji)(ji)物(wu)徹底的(de)(de)(de)降(jiang)解(jie)(jie)(jie)以(yi)及堆(dui)(dui)料(liao)(liao)溫(wen)度的(de)(de)(de)降(jiang)低，硝化細菌(jun)(jun)又(you)成為(wei)優勢(shi)菌(jun)(jun)種(zhong)，水(shui)(shui)溶(rong)(rong)性(xing)(xing)(xing)氨氮(dan)濃度相應減(jian)小，反應器(qi)中堆(dui)(dui)料(liao)(liao)pH值(zhi)逐(zhu)步回落，最(zui)后(hou)在(zai)(zai)7左右窄幅波動(dong)。

2.3 水(shui)溶性(xing)有機碳(tan)和有機氮對C/N的影響(xiang)

堆肥過程中微生物通常不能直接利用堆料中的有機質作為營養物質，需將其分解為水溶性成分才能加以利用。堆肥中水溶性碳氮比(即水溶性有機碳/水溶性有機氮) 的變化，比固態的C/N更能反映堆肥進行的程度。堆肥初期，堆料水溶性碳氮比迅速下降，如圖5，水溶性有機碳濃度迅速降低，如圖6。

由(you)(you)(you)圖(tu)5可(ke)知，第2 d水(shui)(shui)溶(rong)(rong)(rong)性(xing)(xing)(xing)C/N從(cong)55.65下(xia)(xia)降(jiang)(jiang)到39.26，可(ke)能(neng)是(shi)升溫階段微生(sheng)物大量(liang)(liang)(liang)繁殖對有(you)(you)(you)機(ji)(ji)(ji)(ji)物利用(yong)量(liang)(liang)(liang)加(jia)大。由(you)(you)(you)圖(tu)6可(ke)知，水(shui)(shui)溶(rong)(rong)(rong)性(xing)(xing)(xing)有(you)(you)(you)機(ji)(ji)(ji)(ji)碳(tan)(tan)(tan)(tan)從(cong)166 741.00mg/L降(jiang)(jiang)到147 499.00 mg/L；水(shui)(shui)溶(rong)(rong)(rong)性(xing)(xing)(xing)有(you)(you)(you)機(ji)(ji)(ji)(ji)氮(dan)，則由(you)(you)(you)于(yu)(yu)氨(an)化(hua)作用(yong)大量(liang)(liang)(liang)生(sheng)成(cheng)氨(an)，使水(shui)(shui)溶(rong)(rong)(rong)性(xing)(xing)(xing)有(you)(you)(you)機(ji)(ji)(ji)(ji)氮(dan)濃度在堆肥(fei)初期迅(xun)(xun)(xun)速(su)上(shang)(shang)(shang)升，從(cong)2 892.30 mg/L升高到3 756.97 mg/L，致(zhi)使水(shui)(shui)溶(rong)(rong)(rong)性(xing)(xing)(xing)碳(tan)(tan)(tan)(tan)氮(dan)比迅(xun)(xun)(xun)速(su)下(xia)(xia)降(jiang)(jiang)。隨著(zhu)反應的進行(xing)，堆料中(zhong)的有(you)(you)(you)機(ji)(ji)(ji)(ji)物大量(liang)(liang)(liang)水(shui)(shui)解，水(shui)(shui)溶(rong)(rong)(rong)性(xing)(xing)(xing)有(you)(you)(you)機(ji)(ji)(ji)(ji)碳(tan)(tan)(tan)(tan)濃度又迅(xun)(xun)(xun)速(su)上(shang)(shang)(shang)升，第4 d達到峰(feng)值218 051.00 mg/L，然后(hou)迅(xun)(xun)(xun)速(su)下(xia)(xia)降(jiang)(jiang)；對于(yu)(yu)水(shui)(shui)溶(rong)(rong)(rong)性(xing)(xing)(xing)有(you)(you)(you)機(ji)(ji)(ji)(ji)氮(dan)，第4d水(shui)(shui)溶(rong)(rong)(rong)性(xing)(xing)(xing)有(you)(you)(you)機(ji)(ji)(ji)(ji)氮(dan)達到峰(feng)值4 657.21 mg/L后(hou)緩慢(man)下(xia)(xia)降(jiang)(jiang)，然后(hou)重復上(shang)(shang)(shang)升-下(xia)(xia)降(jiang)(jiang)過程。這一(yi)階段水(shui)(shui)溶(rong)(rong)(rong)性(xing)(xing)(xing)碳(tan)(tan)(tan)(tan)氮(dan)比呈迅(xun)(xun)(xun)速(su)下(xia)(xia)降(jiang)(jiang)趨勢。降(jiang)(jiang)溫階段，水(shui)(shui)溶(rong)(rong)(rong)性(xing)(xing)(xing)有(you)(you)(you)機(ji)(ji)(ji)(ji)碳(tan)(tan)(tan)(tan)和有(you)(you)(you)機(ji)(ji)(ji)(ji)氮(dan)總體都呈緩慢(man)下(xia)(xia)降(jiang)(jiang)趨勢，但由(you)(you)(you)于(yu)(yu)有(you)(you)(you)機(ji)(ji)(ji)(ji)碳(tan)(tan)(tan)(tan)比有(you)(you)(you)機(ji)(ji)(ji)(ji)氮(dan)的利用(yong)率高，所以，水(shui)(shui)溶(rong)(rong)(rong)性(xing)(xing)(xing)碳(tan)(tan)(tan)(tan)氮(dan)比仍呈緩慢(man)下(xia)(xia)降(jiang)(jiang)。由(you)(you)(you)圖(tu)6可(ke)知，水(shui)(shui)溶(rong)(rong)(rong)性(xing)(xing)(xing)有(you)(you)(you)機(ji)(ji)(ji)(ji)氮(dan)和有(you)(you)(you)機(ji)(ji)(ji)(ji)碳(tan)(tan)(tan)(tan)濃度變化(hua)不(bu)一(yi)致(zhi)，水(shui)(shui)溶(rong)(rong)(rong)性(xing)(xing)(xing)有(you)(you)(you)機(ji)(ji)(ji)(ji)碳(tan)(tan)(tan)(tan)的變化(hua)與水(shui)(shui)溶(rong)(rong)(rong)性(xing)(xing)(xing)C/N的變化(hua)(見圖(tu) 5)更接(jie)近，這說明水(shui)(shui)溶(rong)(rong)(rong)性(xing)(xing)(xing)有(you)(you)(you)機(ji)(ji)(ji)(ji)碳(tan)(tan)(tan)(tan)對水(shui)(shui)溶(rong)(rong)(rong)性(xing)(xing)(xing)C/N的影響(xiang)更大。

2.4 總(zong)有機碳降解隨時間的(de)變化

堆(dui)肥完成(cheng)后，堆(dui)肥總有(you)(you)機(ji)碳(TOC)含量(liang)較初始物(wu)料均(jun)有(you)(you)所降低，但并不顯(xian)著，從53.45%下降到51.38%。其原因(yin)可(ke)能(neng)與摻入有(you)(you)機(ji)質含量(liang)過高的鋸(ju)末(mo)有(you)(you)關。和餐廚垃圾相比，鋸(ju)末(mo)的主要成(cheng)分是難降解(jie)的木質素，餐廚垃圾中有(you)(you)機(ji)質的降解(jie)不足以引起堆(dui)料有(you)(you)機(ji)質的明顯(xian)變化。

3 結論

1)采用(yong)本實驗裝置(zhi)對餐廚垃圾(ji)進行自然升(sheng)溫堆(dui)肥(fei)(fei)，可使堆(dui)肥(fei)(fei)順(shun)利升(sheng)溫，最高(gao)溫度達到(dao)60.5℃，并且高(gao)溫(>50℃)持續6 d，所(suo)得堆(dui)肥(fei)(fei)產品的理化性(xing)質和衛生指標(biao)符合國家相關標(biao)準。

2)通(tong)過通(tong)入40℃恒(heng)溫水提高(gao)堆(dui)肥的環境溫度，可加快(kuai)堆(dui)溫的提升，提高(gao)堆(dui)肥效率和(he)熱滅活(huo)效果。

3)采用本裝置進行高溫好氧堆肥，可以避(bi)免強制通(tong)風帶走大量水分(fen)引起(qi)微生物活性降低，影響堆肥效率。

4)該實驗初始堆料含(han)水(shui)率為55 %左右，可以順利升溫滅活，同時產(chan)生的滲濾液較少(shao)，有利于堆肥的進(jin)行和環(huan)境(jing)保(bao)護。

  使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”

相關文章