利用梨形筒式反应器连续好氧堆肥人粪便研究.doc

利用梨形筒式反应器连续好氧堆肥人粪便研究针对间歇式堆肥反应器处理效率低、不便移动、单次投加所需物料量大等不足，以及为更有效处理分散型人粪便，使人粪便资源化，前期研究开发了梨形筒式好氧堆肥反应器。在处理人粪便时确定的反应器最佳搅拌频率为5min/h，间歇与连续投加堆肥最适通风量分别为1.5L/min与3.0L/min。本文旨在确定最佳粪便与锯末干重比和优化反应器的连续运行方式，进一步提高反应器对人粪便的好氧堆肥效率。关于不同粪便与锯末干重比条件下反应器对人粪便的处理效果的试验条件，间歇投加试验的粪便与锯末干重比分别为1：4、1：3、1：2.5、1：2与1：1.5，物料初始含水率为60%（1：2与1：1.5时分别为65%与70%），初始物料投加量为5.0kg。结果表明，粪便与锯末干重比为1：2.5时堆肥效果最佳。堆体温度第3.5d升至58℃，并持续1d；经过15d的堆肥后，COD与TOC降解率分别达到68.71%与66.15%，GI为96.52%。热平衡计算表明，间歇投加方式在试验用反应器容积条件下，因可一次性投加物料量少，导致热源不足，15d仅能处理粪便3.3kg，处理效率仅为7.86g/(Ld)。采用连续投加好氧堆肥时，初始投加堆肥物料亦为5.0kg，之后每36h取出物料1.0kg，同时投加新鲜物料1.5kg。结果表明，大分子有机物的水解作用可能为整个反应过程的限制性步骤，每次投加新鲜物料后堆体温度上升缓慢，升-降温周期为36h；运行30d即理论周期为3时，第1周期COD与TOC降解速率较低，仅为46.68%与42.57%，低于间歇投加时的处理效率。但是，从第2周期的第5天即连续运行的第15d开始至运行结束，COD与TOC降解率均可稳定达到66%以上，与间歇投加的处理效果相当；即连续投加好氧堆肥的前14d即第1周期和第2周期的前期，堆肥过程为微生物的驯化期，之后为稳定期，在稳定期内可实现人粪便的持续高温连续堆肥，处理效率可达23.81g/(Ld)，是间歇投加的3倍。表明驯化期为稳定期提供了源源不断的堆肥微生物种源，使处理效率显著提高，因而接种微生物可能更利于好氧堆肥反应效率的提高。为了进一步提高连续投加好氧堆肥的处理效率，通过分别向堆体接种土著菌种、枯草芽孢杆菌与酵母菌探究接种微生物对提高连续投加人粪便好氧堆肥效率的影响。结果表明，接种微生物可以显著提高人粪便连续投加好氧堆肥效率，其中以接种土著菌种最为明显，处理效率可达到35.71g/(Ld)，为间歇投加的4.5倍。升-降温周期缩短为24h，最高温度达60℃左右；驯化期缩短至8d，此时COD与TOC降解率分别为65.28%与55.03%；与未接种的56.68%相比，TN损失率显著降至25.75%，表明堆肥反应时间与驯化期大幅缩短可减少N素损失50%以上。另外未接种时21d后GI才达到110%左右，而接种土著菌种后9d的GI即为110%，这也说明了接种有利于堆肥的快速腐熟。堆肥过程中微生物数量的变化表明，氨化细菌为好氧堆肥反应中的主要微生物之一，氨化细菌、放线菌与生物量都随反应的升-降温周期呈减少-增加的循环变化趋势，驯化期波动幅度较大，而稳定期后波动幅度显著减小。高温对反硝化细菌有明显的抑制作用，对大肠杆菌、硝化细菌、真菌具有较强的灭活作用。堆肥系统中接种的微生物不具有持续性，需要与每次堆肥物料的投加同步进行。与间歇式堆肥反应器相比，梨形筒式好氧堆肥反应器能够更快速地处理粪便类固体废弃物。同步接种土著菌种可使处理效率提高50%，同时能耗节约50%，运行成本显著降低。