稻秸、厨余垃圾人粪尿混合厌氧发酵技术研究

摘要

将稻秸、厨余垃圾和人粪尿作为沼气池原料进行混合厌氧发酵,一方面解决了农村环境污染问题,另一方面也产生了清洁能源沼气,满足了环境保护和可持续发展的双重需要。本文以改善农村生态环境为宗旨,开展了温度对厨余垃圾和人粪尿混合液水解酸化的影响,稻秸、厨余垃圾和人粪尿混合发酵特性以及营养盐对稻秸产气效率促进作用的研究,为处理农村固体废弃物、保护农村环境提供理论依据。
　　 将厨余垃圾和人粪尿按1:5(W/W)混合(以下称生活污水),考察了4个温度条件(25℃、35℃、45℃、55℃)对生活污水水解酸化的影响。研究发现,水解36h后,温度越高,水解液中铵氮浓度越高,水解96h,55℃处理铵氮浓度达到1700mg/L;不同温度条件下,水解酸化速率不同,挥发性有机酸(VFA)的产量也不同,45℃、55℃的VFA产生速率较快,24h便达到最高峰,分别为101.7mmol/L和78.5mmool/L,但VFA最大产量在35℃处理96h获得,达到139.8mmol/L;35℃处理混合液悬浮固体浓度(SS)降解率最高为30.44％,但对粪大肠菌群无灭杀作用,55℃温度下粪大肠菌群去除率最高,达99%。以上结果表明,35℃是厨余垃圾和人粪尿混合液酸化水解的最佳温度,但从环境卫生角度考虑,要解决后续灭菌消毒的问题。
　　 在中温(35℃)条件下,研究了稻秸中添加不同比例生活污水对厌氧发酵过程的影响。研究发现,在稻秸固体浓度(TS)为16%的条件下,在发酵初期稻秸+620g生活污水和稻秸+310g生活污水出现酸抑制现象,再次接种和调节pH后恢复产气,在发酵过程中产气不稳定。稻秸+310g生活污水的混合原料产气量最高,为377mL·g-1TS,分别比稻秸+620g生活污水和稻秸+310g生活污水提高了11.87%和24.42%。各试验组在发酵启动后甲烷含量均维持在50%上下。混合发酵促进了纤维素和半纤维素的转化,稻秸+310g生活污水中稻秸的纤维素和半纤维素降解率最高,比稻秸+水提高了30.3%和27.8%。将稻秸与生活污水以合理比例进行混合发酵可以提高混合原料产气量和稻秸的转化效率。
　　 在中温(35℃)、稻秸TS为10%的条件下,以稻秸为固定相生活污水为流动相,考察了不同负荷的生活污水对稻秸厌氧发酵过程的影响。研究发现,生活污水有机负荷从0.8 gCOD·L-1d-1到4.0 gCOD·L1d-1,稻秸厌氧发酵系统可以正常产气,并且容积产气效率大大提高,沼气中甲烷含量也提高了10个百分点左右。与生活污水单独厌氧处理效果相比,流经稻秸厌氧发酵系统的生活污水COD去除率差异不大,均在80%以上,而N、P的去除均未表现出更好的效果。随着有机负荷的提高大肠菌群的去除率逐渐下降,最低为86%。
　　 在室内中温(35℃)、总固体(TS)16%条件下,比较了三种营养盐对于稻秸厌氧发酵产气的促进作用。研究发现,添加营养盐可以加快稻秸产气过程的启动。以累积产气量为指标,对稻秸产气促进效果的大小依次为营养盐Ⅰ＞营养盐Ⅲ＞营养盐Ⅱ,其中加营养盐工的稻秸TS产气量为351mL·g-1TS,比不加营养盐的稻秸增加29%,沼液中残留钙和镁分别为37.2%和75.7%,第二批发酵试验用此沼液可以完全替代污泥作为接种物正常产气,实现沼液的循环利用与无排放。