添加腐熟堆肥对厨余垃圾堆肥腐殖化进程的影响

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厨余垃圾有机物含量高、营养元素丰富、容易腐坏,宜采用生物处理。好氧堆肥具有处理温度高、发酵速度快、运行成本较低等优势,是厨余垃圾资源化利用的潜在途径之一。但厨余垃圾含水率较高、孔隙结构差的特性导致其堆肥处理时需要消耗大量外源添加剂,造成堆肥产品质量下降、成本上升等问题。因此,探索一种经济、有效的厨余垃圾堆肥添加剂是目前堆肥的研究方向之一。腐熟堆肥价廉易得、含水率低、结构疏松且微生物菌群丰富,符合厨余垃圾堆肥添加剂的功能需求。本文以厨余垃圾为堆肥原料,通过三因素三水平的正交试验,研究好氧堆肥的含水率、通风量和翻堆频率三个影响因素的最佳水平;然后在优化的因素水平下,研究不同的腐熟堆肥添加量对堆肥腐殖化进程的影响,并根据堆肥理化性质和腐殖酸相关指标(腐殖酸及其前体物质含量、氧化还原酶活性)得出了较优的添加量水平;最后,设计了一种利用腐熟堆肥添加剂的滚筒式好氧堆肥反应装置,并对装置的物料流场和气体流场进行仿真,实现了添加剂的高效返混、优化了装置参数,以期为腐熟堆肥添加剂的应用提供参考。通过研究得到的主要结果和结论如下:(1)厨余垃圾好氧堆肥在50℃以上高温的持续时间均不低于10 d,满足好氧堆肥温度要求;第40 d,A1~A9各组减量化效果明显,已基本腐熟;翻堆频率对堆肥的影响最为显著,其次为通风量,最次为含水率;堆肥最优影响因素水平为:通风量0.10 m~3·(min)-1,含水率60%,翻堆间隔为8 d。(2)在厨余垃圾中添加适量腐熟堆肥提高了堆肥过程(35 d)的平均温度,将55℃以上高温的持续时间延长了1~3 d,有利于堆肥无害化。腐熟堆肥添加剂提升了堆肥初始p H值,减轻了堆肥初期“酸化”作用的影响;提高了堆肥电导率及氮素营养含量(铵态氮、硝态氮和有机氮),促使铵态氮向硝态氮转化;其添加降低了堆肥有机碳含量、维持碳氮比在适宜范围,具有一定氮素保存效果,但会导致有机碳的降解程度下降。腐熟堆肥与厨余垃圾的混合比例宜控制在0.8:1~1.6:1范围。其中,当该比例为0.8:1时,堆肥达到最佳腐熟效果。(3)腐殖酸各组分含量随着堆肥进行呈现下降趋势。第35 d堆肥结束时,堆肥腐殖酸含量随着腐熟堆肥添加量的增加呈上升趋势、腐殖酸损失率则逐渐降低。同时,腐熟堆肥的添加使堆肥结束时的E4/E6值平均提高了20.0%、胡富比平均下降了5.3%。堆肥过程中,堆肥中还原糖与氨基酸含量逐渐下降,多酚含量先上升后降低;脱氢酶和多酚氧化酶活性则呈现上升趋势。腐熟堆肥的添加明显提升了堆肥过程中的还原糖、氨基酸及多酚含量以及脱氢酶、多酚氧化酶活性,有利于堆肥腐殖酸的形成与积累;其添加抑制了腐殖酸的分解,有助于腐殖酸的保存及肥力提升,但也会在一定程度上抑制腐殖酸聚合度、芳构化程度的增长,腐熟堆肥添加比例宜低于1.6:1。(4)滚筒式好氧堆肥反应装置的仿真结果表明,当装置转速为1 r/min、填充率为40%、抄板数为3组时,装置返混比最高,高效地实现了腐熟堆肥返混。当装置通风管的开孔间距设置为70 mm,通风效果最佳。
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