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造纸污泥的处置已成为束缚造纸企业发展的重要环境问题,其富含细小纤维、木质素及其衍生物、糖类等,生物处理必将成为其资源化利用的潜在趋势。而造纸污泥堆肥存在植物养分低、肥效并不高等缺点,将其用于厌氧消化产沼气的研究已有报道,但离产业化的发展还有一定的距离。目前,我国沼气工程仍以农业废物为主,特别是以猪粪为主要原料,但面临猪粪单独消化时产气量低、出水含氮量高等问题,将含碳量高的造纸污泥引入猪粪沼气工程,体现了优势互补的原则。因此,本研究利用猪粪厌氧消化系统来协同处理造纸污泥,将其转换为清洁能源,这对我国生物质能源产业的发展具有重要意义。
为了解猪粪与造纸污泥混合厌氧消化技术的可行性,以及不同的VS(挥发性固体)比例对混合消化的影响,通过中温间歇式厌氧消化试验进行了猪粪与造纸污泥不同VS比例的混合厌氧消化特性研究;在确立合适的VS之比的基础上,本着提高猪粪与造纸污泥混合厌氧消化生物转化率和产气量,提出了造纸白泥(造纸厂碱回收车间废物)预处理和消化过程中添加蚯蚓粪(造纸污泥堆肥产物)的强化措施,并对这两种强化效果进行系统的比较,确立本工艺最优消化条件。本论文的主要研究结论如下:
(1)猪粪与造纸污泥不同VS比例混合厌氧消化试验结果显示:试验各个处理在整个消化过程中均未出现pH降低、氨抑制和VFA(挥发性有机酸)累积现象;猪粪与造纸污泥的VS之比为3:1时,系统稳定性和产气量明显优于其它处理,累积产气量最高为0.590m3/kgVS(以VS去除计,下同),比猪粪单独消化时提高了55.35%;混合组分中猪粪含量越高越利于发酵液氮素含量的提高。
(2)添加蚯蚓粪并没有让产气高峰期提前,但可以增进系统的缓冲能力,提高猪粪与造纸污泥混合消化的产气量和生物转化率,其中添加5%(对进料湿重,%)未灭菌的蚯蚓粪产气量和VS降解率最高分别为:0.627m3/kgVS和35.49%,添加灭菌后的蚯蚓粪的处理分别为:0.570m3/kgVS和31.52%。添加量大于5%的处理出现挥发性有机酸累积现象。
(3)猪粪与造纸污泥混合物经造纸白泥预处理后,SCOD浓度明显增加,且随着造纸白泥用量增加而增加。添加量为0.15kg/kgTS的造纸白泥预处理后,SCOD浓度最高约为未加预处理剂的3.4倍,添加淋洗后的造纸白泥的处理约为未加预处理剂的2.5倍,添加氢氧化钠的处理约为未加预处理剂的6.4倍。预处理后的混合物经接种后的厌氧消化试验结果表明:添加造纸白泥预处理的产气量范围为0.548-0.672m3/kgVS,VS降解率范围为:31.41%-42.70%,较未加预处理剂的分别提高了13.30%-39.71%和8.61%-47.64%,其中以造纸白泥添加量为O.10kg/kgTS的处理产气量和VS降解率最高。
综上所述,将造纸污泥加入到猪粪厌氧消化系统的处理技术是可行的,混合消化不仅挖掘了猪粪的产气潜力,也开辟了造纸污泥资源化的新途径。同时,利用造纸白泥预处理和添加蚯蚓粪可明显提高系统的产气量。其中,造纸白泥预处理较添加蚯蚓粪处理的VS降解率提高了20.31%,产气高峰提前了15天,产气量也提高了7.17%,消化时间更短,厌氧消化的强化效果更明显,体现出了更好的经济适用性,发展前景广阔。