廚余垃圾與糞便處理中試研究

廚余垃圾與糞便處理中試研究

1垃圾焚燒和填埋處理中國(guó)城市的生活垃圾基本上都是混合的，包括廚房垃圾的比例約為37%62%?；旌侠M(jìn)行焚燒處理時(shí)熱值較低,填埋處理時(shí)滲濾液污染濃度高,從而導(dǎo)致焚燒和填埋處理出現(xiàn)相應(yīng)問(wèn)題。如果將廚余垃圾在源頭上分離進(jìn)行單獨(dú)收集與處理利用,不但可以實(shí)現(xiàn)城市垃圾減量化,減少中轉(zhuǎn)和運(yùn)輸費(fèi)用,同時(shí)還有利于城市垃圾的焚燒和填埋處理;另一方面,由于多種原因城市糞便農(nóng)用已急劇下降,城市糞便完全作為廢物處理的方式投資較大、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用較高?；谝陨蟽煞矫娴目紤],對(duì)廚余垃圾與糞便的源頭收集及現(xiàn)場(chǎng)處理技術(shù)進(jìn)行了研究,并利用小試研究得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)。2整體工藝流程模擬一個(gè)單元居民樓的廚余垃圾及糞便產(chǎn)量,按每戶(hù)3人,每人每天產(chǎn)生糞便1kg、廚余垃圾0.3kg,加上真空系統(tǒng)用水量150L,設(shè)計(jì)處理量0.2t/d。整個(gè)系統(tǒng)的工藝流程如圖1所示。真空系統(tǒng)收集的廚余垃圾及糞便首先經(jīng)真空罐混合排入固液分離池,分離的上清液排入污水處理系統(tǒng)的調(diào)節(jié)池內(nèi),底部的固體部分排入?yún)捬跸磻?yīng)器。厭氧消化產(chǎn)生的上清液排入污水處理系統(tǒng)的調(diào)節(jié)池;消化污泥經(jīng)脫水(脫出的水也排入調(diào)節(jié)池)-脫臭、無(wú)害化后,加入菌劑進(jìn)行造粒制肥。來(lái)自3個(gè)部分的污水經(jīng)調(diào)節(jié)池混合后由流量計(jì)控制流量排入?yún)捬?好氧污水處理單元中進(jìn)行處理,出水排入市政污水管網(wǎng)或直接排入水體。系統(tǒng)產(chǎn)生的沼氣可收集利用。3相對(duì)真空的測(cè)定為滿(mǎn)足處理能力,真空儲(chǔ)存罐有效容積為0.3m3。圖2的真空系統(tǒng)中,真空泵抽取真空罐及管網(wǎng)內(nèi)的空氣形成0.035~0.045MPa的相對(duì)真空。工作時(shí),通過(guò)系統(tǒng)的用戶(hù)終端將糞便和破碎的易腐性有機(jī)垃圾分別吸入真空管網(wǎng),并經(jīng)逐級(jí)輸送進(jìn)入真空罐。3.1系統(tǒng)的組成真空便器是真空收集系統(tǒng)的一個(gè)用戶(hù)終端,可完成家庭糞便的真空收集。真空坐便器的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖3所示,主要由坐便器、界面閥、控制閥和隔離閥組成。研究表明:(1)真空便器的沖水量約為1L/次;(2)糞便的固含量約為1.7%;(3)臭氣控制好,不散發(fā),不招惹蚊蠅;(4)管道內(nèi)部為負(fù)壓,故系統(tǒng)沒(méi)有跑冒滴漏現(xiàn)象;(5)真空管網(wǎng)管徑小(?50~?250),管道可上升4~5m,工作半徑達(dá)3~4km。3.2破碎廚余垃圾試驗(yàn)垃圾破碎-真空抽吸器用來(lái)完成廚余垃圾的破碎及真空收集。主要由進(jìn)料斗、機(jī)芯、暫存罐和界面閥組成(如圖4)。設(shè)計(jì)直徑為30cm,進(jìn)料斗即是一個(gè)垃圾桶,平時(shí)將廚余垃圾置入其內(nèi),通過(guò)機(jī)芯對(duì)廚余垃圾的破碎、暫存罐對(duì)廚余垃圾的暫時(shí)儲(chǔ)存、界面閥與真空管網(wǎng)的連接,實(shí)現(xiàn)廚余垃圾的破碎、真空抽吸。試驗(yàn)中破碎1kg垃圾所需時(shí)間<10s;破碎后垃圾顆粒直徑<5mm;依靠真空作用抽吸,水起潤(rùn)滑作用,垃圾用水0.4~0.6L/kg。4物料比的增加厭氧消化系統(tǒng)主要對(duì)收集的家庭廚余垃圾及糞便進(jìn)行厭氧消化,以達(dá)到消除污染并通過(guò)后續(xù)處理工藝生產(chǎn)菌肥的目的。根據(jù)試驗(yàn)研究,使進(jìn)料達(dá)到C/N=25∶1左右的進(jìn)料比例約為糞便占40%,廚余垃圾占60%,而實(shí)際收集來(lái)的廚余垃圾與糞便量與2∶3的比例要求略有不同,但考慮碳含量大的果皮等垃圾的數(shù)量逐年增加,基本可以保證厭氧消化反應(yīng)系統(tǒng)對(duì)碳氮比的要求。因此可將真空系統(tǒng)收集來(lái)的廚余垃圾與糞便混合物直接排入固液分離池,不需再外加其它物料調(diào)節(jié)碳氮比。在固液分離池內(nèi)經(jīng)8h的沉淀分離后,可得到大約20%的沉淀物,即進(jìn)入?yún)捬跸磻?yīng)器的物料約0.04t/d,密度ρ=1216kg/m3,水分93%左右。小試研究表明,水解(7d)和酸化(7d)階段停留時(shí)間14d,產(chǎn)甲烷階段停留時(shí)間14d。據(jù)此,為了將水解、酸化、產(chǎn)甲烷3個(gè)階段分別控制在不同的反應(yīng)器空間內(nèi),并使整個(gè)反應(yīng)器內(nèi)的物料流動(dòng)為推流式,產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷的氣體分開(kāi)收集,將厭氧消化反應(yīng)器設(shè)計(jì)成2個(gè)相互連通的消化罐,其中第1個(gè)罐通過(guò)加裝豎向隔板將整個(gè)有效容積(0.7m3)按1∶2的比例來(lái)分配,使得物料進(jìn)入?yún)捬跸磻?yīng)器水解酸化段后,第7d推流至酸化段,第15d進(jìn)入產(chǎn)甲烷罐;第2個(gè)罐有效容積0.7m3,可保證物料進(jìn)入最高產(chǎn)甲烷階段后仍可停留數(shù)日,反應(yīng)器總停留時(shí)間控制在30d內(nèi)。設(shè)計(jì)裝置如圖5所示。5混合液體處理系統(tǒng)5.1abr反應(yīng)器對(duì)比分析了各種厭氧工藝的特點(diǎn),ABR反應(yīng)器具有許多適合本工藝的優(yōu)點(diǎn):(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)運(yùn)動(dòng)部件、無(wú)需機(jī)械混合裝置、投資成本和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低;(2)污泥產(chǎn)率低、剩余污泥量少、泥齡高、不需后續(xù)沉淀池進(jìn)行泥水分離;(3)可以間歇的方式運(yùn)行、耐水力和有機(jī)沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、對(duì)進(jìn)水中的有毒有害物質(zhì)具有良好的承受力。ABR反應(yīng)器的這些優(yōu)點(diǎn)可以滿(mǎn)足水質(zhì)水量不能保持恒定的混合上清液對(duì)反應(yīng)器的要求;同時(shí)也可以方便做成地埋式從而減少占地面積,維持地面原有景觀。根據(jù)0.2t/d的廚余垃圾及糞便處理量,從固液分離池內(nèi)得到80%的上清液,再加上厭氧消化反應(yīng)器的上清液及污泥脫水,設(shè)計(jì)2個(gè)結(jié)構(gòu)略有差別的ABR反應(yīng)器作為中試研究的反應(yīng)器。圖6所示ABR反應(yīng)器中,3格室總有效容積225L,其中第1個(gè)格室為112.5L,第2、3格室體積相等,均為56.25L;4格室總有效容積240L,每個(gè)格室的體積均為60L。這樣設(shè)計(jì)的目的主要有兩點(diǎn):一是將2個(gè)反應(yīng)器串連,在整體上相當(dāng)于1個(gè)7格室的ABR反應(yīng)器,可適應(yīng)進(jìn)水的高濃度;二是當(dāng)進(jìn)水濃度不高,后面格室CODCr去除率很低時(shí),則可將兩個(gè)反應(yīng)器并聯(lián),并根據(jù)對(duì)各格室出水水質(zhì)的監(jiān)測(cè),探索加大ABR反應(yīng)器的第一格室(即酸化格室)對(duì)處理效果的影響。5.2abr反應(yīng)器內(nèi)nh+4-n的處理該工藝是對(duì)ABR反應(yīng)器的一種改進(jìn),因在小試研究中發(fā)現(xiàn),ABR對(duì)NH+4-N的去除效果很不理想,僅有20%左右。為了改進(jìn)其對(duì)氨氮的去除效果,已有研究人員做了在ABR反應(yīng)器內(nèi)插入好氧段來(lái)去除NH+4-N的研究,其N(xiāo)H+4-N去除率可達(dá)87.3%,這就彌補(bǔ)了厭氧反應(yīng)器對(duì)NH+4-N去除效果不好的缺點(diǎn)。設(shè)計(jì)將3格、4格ABR反應(yīng)器串連,在4格ABR反應(yīng)器的后面2個(gè)格室中接種好氧活性污泥,接入曝氣裝置。反應(yīng)器運(yùn)行期間控制好氧段溶解氧(DO)在2~3mg/L范圍內(nèi),好氧曝氣段的出水及污泥分別控制一定的回流比回流至4格ABR反應(yīng)器的前兩個(gè)格室內(nèi),這樣,整個(gè)處理過(guò)程就經(jīng)歷了厭氧-缺氧-好氧3個(gè)階段,將有利于NH+4-N的去除。6采用污泥造粒系統(tǒng)和沼氣用作系統(tǒng)6.1復(fù)合菌對(duì)沼渣樹(shù)產(chǎn)生的影響從厭氧消化反應(yīng)器內(nèi)排出的污泥經(jīng)脫水后泥餅含水率為80%左右,為了最終制出可利用的菌肥,須先進(jìn)行脫臭處理。本實(shí)驗(yàn)室已完成對(duì)消化污泥脫臭方法的研究,主要方法有化學(xué)法和生物法兩種。將本實(shí)驗(yàn)室自行分離并保存的固氮、解磷、解鉀芽孢桿菌菌株按一定的發(fā)酵培養(yǎng)基配方制備菌液,然后將各菌株發(fā)酵菌液按V(固氮菌)∶V(溶磷菌)∶V(解鉀菌)=3∶1∶1混合制成混合菌液。取各菌株發(fā)酵菌液和混合菌液各按1∶4的質(zhì)量比與干燥并破碎的沼渣混合并攪拌均勻,再烘干粉碎,生產(chǎn)出小批量的單一固氮菌、解磷菌和解鉀菌菌肥和復(fù)合菌肥,常溫封閉保存。經(jīng)土壤有效性試驗(yàn)表明,土壤經(jīng)復(fù)合菌處理均較單一菌處理有更好的效果,其中全氮含量增加了8.24%、有效磷增加了15.3%、速效鉀增加了3.71%,這對(duì)于菌肥的使用是非常有利的。為了進(jìn)一步驗(yàn)證其對(duì)作物的影響,我們以盆栽的形式進(jìn)行了初步的栽培試驗(yàn)。試驗(yàn)表明復(fù)合菌肥使小白菜增產(chǎn)15%以上(地上部分),在相同的生長(zhǎng)期內(nèi),無(wú)論是平均株高、主根長(zhǎng),還是平均葉片數(shù),都是經(jīng)過(guò)加菌肥處理的優(yōu)于未加菌肥處理的,株高增加11.0%,主根長(zhǎng)增加21.4%,長(zhǎng)出的葉片數(shù)增加14.5%。室內(nèi)栽培試驗(yàn)證明該菌肥肥效顯著。6.2沼氣的收集由于沼氣中含有少量H2S,對(duì)沼氣灶、開(kāi)關(guān)等有嚴(yán)重腐蝕性,H2S燃燒后的產(chǎn)物對(duì)空氣產(chǎn)生一定的污染,所以從厭氧消化系統(tǒng)中收集的沼氣首先通過(guò)脫硫器進(jìn)行脫硫處理后,然后用軟管連接到沼氣灶上。經(jīng)測(cè)試,可持續(xù)穩(wěn)定地燃燒。7作為循環(huán)和循環(huán)