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城市有机固体废物仓式好氧堆肥工艺改进及理论研究

胡天觉  
【摘要】:在系统研究文献资料的前提下,从好氧堆肥化的生化反应机理、微生物的生物特性及降解生态学过程、降解过程中的能态变化和堆肥过程中的动力学方面对有机固体废物好氧堆肥过程中微生物降解有机质的微观机理进行了全面分析和探讨,并对城市有机固体废物好氧堆肥工艺目前存在的问题进行了总结。 在实验室条件下进行仓式好氧堆肥实验,研究了城市有机固体废物堆肥物料种类、温度、含水率、固体颗粒粒度、碳氮比等因素对堆肥过程中TOC降解的影响。根据对这些影响因素的研究而得出最佳堆肥实验条件为:温度40-50℃、含水率50%、粒径30mm、C/N比30:1。实验结果说明为了保证仓式好氧堆肥反应的顺利进行,上述几个因素应当被严格的控制在适当范围内。另外,通过正交实验设计对各影响因素进行了比较,发现在研究的四个主要影响因素中含水率的影响作用最大,C/N比其次,温度和物料的粒径所起的影响作用最小。 还对富水型农业植物废物和其他典型城市植物固废进行了配料实验。实验结果表明富水型农业植物废物的有机质降解率最高,达到了69%。富水型农业植物废物和其他植物固废混合堆肥时能明显提高其他植物固废的降解率。富水型农业植物废物和其他典型城市植物固废混合物的质量比为2:1时,最高降解率39.1%。研究发现这与它们的组分有关,富水型农业植物含水率高达80%以上,含有的有机物质主要为易降解的蛋白质、脂肪、纤维和其他碳水化合物,C/N比在10:1~35:1之间。在堆肥物料中加入富水型农业植物废物可使缩短堆肥的腐熟期缩短至20d,最低C/N比为18.5:1。 同时,本文就城市固废好氧堆肥过程中氮的损失与防治技术也进行了研究。本研究中采用0.18%磷酸氢钾、0.06%磷酸氢钾+15%锯末屑混合物、30%锯末屑(均为质量百分含量)3种材料作为氨的吸附剂加入堆肥进行氨损失控制实验。结果表明,3种吸附料对氨的挥发都有抑制作用,其中0.18%磷酸氢钾的吸附作用最强,(0.06+15)%磷酸氢钾+锯末屑混合吸附料的作用次之,30%锯末屑的吸附作用最低。三者总氮的损失率分别降低25%、23%、17%。但是,采用0.18%磷酸氢钾会因磷酸氢钾过量对堆肥性质产生负面影响,包括降低堆料中pH值,影响微生物活性,最终影响有机质降解率降低。相比较而言,采用(0.06+15)%磷酸氢钾+锯末屑混合吸附料效果很好,对氨吸附量高,促进有机质降解率提高7%。 另外,对高温好氧堆肥中微生物的生长特征和动力学还进行了研究,发现微生物的生长受温度影响很大,随温度变化呈波动性变化。同时,基于Logistic模型和Malthus模型,对微生物生长进行分析,得到了描述堆肥过程中的微生物生长动力学模型和模型参数。用实验数据与模型计算值进行验证比较,模型计算与实验结果拟合良好,模型正 城市有机固体废物仓式好氧堆肥忑艺改进及理论研究 确地反映了高温好氧堆肥中微生物的生长过程及其动力学机制。 在得到微生物的生长动力学模型的基础上,研究了好氧堆肥中有机质降解的动力 学,利用Luedeking一Pirct方程建立起好氧堆肥过程中有机质降解的动力学模型 dS__,_、、人~~,。一一、~,,~,‘一一,‘,,,一,_,.,.,_.:、、,~_:l:_‘一二_一~ 一竺兰=泞2万,但这个模型是在高温好氧堆肥中微生物的生长动力学基础上建立起来的。 dt--------------一-一一 对实验数据与模型计算值进行验证比较,模型计算值与实验数据拟合良好。模型很好地 反映了好氧堆肥过程中有机质降解的动力学特征。 最后,在全面分析城市固体废弃物管理和规划决策支持系统的需求状态和特点的 基础上,采用软件工程的方法,面向用户设计了一套决策支持系统软件。该软件库包 括数据库管理系统和模型库管理系统。数据库管理系统又包括堆肥处理库、填埋处理 库、焚烧处理库和综合处理库;模型库管理系统又包括模型库、模型数据库和图形数 据库。该决策系统具有人机交互、信息支持、模型辅助决策以及处理方案生成、模拟 和评价等功能,并突出实用性、灵活性和可操作性。并在建立了规划与决策系统中处 理方案的系统评估方法。 关键词:好氧堆肥,下OC降解率,富水型农业植物,氮损失,氨吸附剂, 动力学模型,决策支持系统。


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