厨余垃圾与粪便处理中试研究

厨余垃圾与粪便处理中试研究

1垃圾焚烧和填埋处理中国城市的生活垃圾基本上都是混合的，包括厨房垃圾的比例约为37%62%。混合垃圾进行焚烧处理时热值较低,填埋处理时渗滤液污染浓度高,从而导致焚烧和填埋处理出现相应问题。如果将厨余垃圾在源头上分离进行单独收集与处理利用,不但可以实现城市垃圾减量化,减少中转和运输费用,同时还有利于城市垃圾的焚烧和填埋处理;另一方面,由于多种原因城市粪便农用已急剧下降,城市粪便完全作为废物处理的方式投资较大、运转费用较高。基于以上两方面的考虑,对厨余垃圾与粪便的源头收集及现场处理技术进行了研究,并利用小试研究得到的数据进行工艺设计。2整体工艺流程模拟一个单元居民楼的厨余垃圾及粪便产量,按每户3人,每人每天产生粪便1kg、厨余垃圾0.3kg,加上真空系统用水量150L,设计处理量0.2t/d。整个系统的工艺流程如图1所示。真空系统收集的厨余垃圾及粪便首先经真空罐混合排入固液分离池,分离的上清液排入污水处理系统的调节池内,底部的固体部分排入厌氧消化反应器。厌氧消化产生的上清液排入污水处理系统的调节池;消化污泥经脱水(脱出的水也排入调节池)-脱臭、无害化后,加入菌剂进行造粒制肥。来自3个部分的污水经调节池混合后由流量计控制流量排入厌氧-好氧污水处理单元中进行处理,出水排入市政污水管网或直接排入水体。系统产生的沼气可收集利用。3相对真空的测定为满足处理能力,真空储存罐有效容积为0.3m3。图2的真空系统中,真空泵抽取真空罐及管网内的空气形成0.035~0.045MPa的相对真空。工作时,通过系统的用户终端将粪便和破碎的易腐性有机垃圾分别吸入真空管网,并经逐级输送进入真空罐。3.1系统的组成真空便器是真空收集系统的一个用户终端,可完成家庭粪便的真空收集。真空坐便器的设计结构如图3所示,主要由坐便器、界面阀、控制阀和隔离阀组成。研究表明:(1)真空便器的冲水量约为1L/次;(2)粪便的固含量约为1.7%;(3)臭气控制好,不散发,不招惹蚊蝇;(4)管道内部为负压,故系统没有跑冒滴漏现象;(5)真空管网管径小(ϕ50~ϕ250),管道可上升4~5m,工作半径达3~4km。3.2破碎厨余垃圾试验垃圾破碎-真空抽吸器用来完成厨余垃圾的破碎及真空收集。主要由进料斗、机芯、暂存罐和界面阀组成(如图4)。设计直径为30cm,进料斗即是一个垃圾桶,平时将厨余垃圾置入其内,通过机芯对厨余垃圾的破碎、暂存罐对厨余垃圾的暂时储存、界面阀与真空管网的连接,实现厨余垃圾的破碎、真空抽吸。试验中破碎1kg垃圾所需时间<10s;破碎后垃圾颗粒直径<5mm;依靠真空作用抽吸,水起润滑作用,垃圾用水0.4~0.6L/kg。4物料比的增加厌氧消化系统主要对收集的家庭厨余垃圾及粪便进行厌氧消化,以达到消除污染并通过后续处理工艺生产菌肥的目的。根据试验研究,使进料达到C/N=25∶1左右的进料比例约为粪便占40%,厨余垃圾占60%,而实际收集来的厨余垃圾与粪便量与2∶3的比例要求略有不同,但考虑碳含量大的果皮等垃圾的数量逐年增加,基本可以保证厌氧消化反应系统对碳氮比的要求。因此可将真空系统收集来的厨余垃圾与粪便混合物直接排入固液分离池,不需再外加其它物料调节碳氮比。在固液分离池内经8h的沉淀分离后,可得到大约20%的沉淀物,即进入厌氧消化反应器的物料约0.04t/d,密度ρ=1216kg/m3,水分93%左右。小试研究表明,水解(7d)和酸化(7d)阶段停留时间14d,产甲烷阶段停留时间14d。据此,为了将水解、酸化、产甲烷3个阶段分别控制在不同的反应器空间内,并使整个反应器内的物料流动为推流式,产酸和产甲烷的气体分开收集,将厌氧消化反应器设计成2个相互连通的消化罐,其中第1个罐通过加装竖向隔板将整个有效容积(0.7m3)按1∶2的比例来分配,使得物料进入厌氧消化反应器水解酸化段后,第7d推流至酸化段,第15d进入产甲烷罐;第2个罐有效容积0.7m3,可保证物料进入最高产甲烷阶段后仍可停留数日,反应器总停留时间控制在30d内。设计装置如图5所示。5混合液体处理系统5.1abr反应器对比分析了各种厌氧工艺的特点,ABR反应器具有许多适合本工艺的优点:(1)结构简单、无运动部件、无需机械混合装置、投资成本和运转费用低;(2)污泥产率低、剩余污泥量少、泥龄高、不需后续沉淀池进行泥水分离;(3)可以间歇的方式运行、耐水力和有机冲击负荷能力强、对进水中的有毒有害物质具有良好的承受力。ABR反应器的这些优点可以满足水质水量不能保持恒定的混合上清液对反应器的要求;同时也可以方便做成地埋式从而减少占地面积,维持地面原有景观。根据0.2t/d的厨余垃圾及粪便处理量,从固液分离池内得到80%的上清液,再加上厌氧消化反应器的上清液及污泥脱水,设计2个结构略有差别的ABR反应器作为中试研究的反应器。图6所示ABR反应器中,3格室总有效容积225L,其中第1个格室为112.5L,第2、3格室体积相等,均为56.25L;4格室总有效容积240L,每个格室的体积均为60L。这样设计的目的主要有两点:一是将2个反应器串连,在整体上相当于1个7格室的ABR反应器,可适应进水的高浓度;二是当进水浓度不高,后面格室CODCr去除率很低时,则可将两个反应器并联,并根据对各格室出水水质的监测,探索加大ABR反应器的第一格室(即酸化格室)对处理效果的影响。5.2abr反应器内nh+4-n的处理该工艺是对ABR反应器的一种改进,因在小试研究中发现,ABR对NH+4-N的去除效果很不理想,仅有20%左右。为了改进其对氨氮的去除效果,已有研究人员做了在ABR反应器内插入好氧段来去除NH+4-N的研究,其NH+4-N去除率可达87.3%,这就弥补了厌氧反应器对NH+4-N去除效果不好的缺点。设计将3格、4格ABR反应器串连,在4格ABR反应器的后面2个格室中接种好氧活性污泥,接入曝气装置。反应器运行期间控制好氧段溶解氧(DO)在2~3mg/L范围内,好氧曝气段的出水及污泥分别控制一定的回流比回流至4格ABR反应器的前两个格室内,这样,整个处理过程就经历了厌氧-缺氧-好氧3个阶段,将有利于NH+4-N的去除。6采用污泥造粒系统和沼气用作系统6.1复合菌对沼渣树产生的影响从厌氧消化反应器内排出的污泥经脱水后泥饼含水率为80%左右,为了最终制出可利用的菌肥,须先进行脱臭处理。本实验室已完成对消化污泥脱臭方法的研究,主要方法有化学法和生物法两种。将本实验室自行分离并保存的固氮、解磷、解钾芽孢杆菌菌株按一定的发酵培养基配方制备菌液,然后将各菌株发酵菌液按V(固氮菌)∶V(溶磷菌)∶V(解钾菌)=3∶1∶1混合制成混合菌液。取各菌株发酵菌液和混合菌液各按1∶4的质量比与干燥并破碎的沼渣混合并搅拌均匀,再烘干粉碎,生产出小批量的单一固氮菌、解磷菌和解钾菌菌肥和复合菌肥,常温封闭保存。经土壤有效性试验表明,土壤经复合菌处理均较单一菌处理有更好的效果,其中全氮含量增加了8.24%、有效磷增加了15.3%、速效钾增加了3.71%,这对于菌肥的使用是非常有利的。为了进一步验证其对作物的影响,我们以盆栽的形式进行了初步的栽培试验。试验表明复合菌肥使小白菜增产15%以上(地上部分),在相同的生长期内,无论是平均株高、主根长,还是平均叶片数,都是经过加菌肥处理的优于未加菌肥处理的,株高增加11.0%,主根长增加21.4%,长出的叶片数增加14.5%。室内栽培试验证明该菌肥肥效显著。6.2沼气的收集由于沼气中含有少量H2S,对沼气灶、开关等有严重腐蚀性,H2S燃烧后的产物对空气产生一定的污染,所以从厌氧消化系统中收集的沼气首先通过脱硫器进行脱硫处理后,然后用软管连接到沼气灶上。经测试,可持续稳定地燃烧。7作为循环和循环