高效好氧堆肥的关键工艺因素优化及腐殖化机理研究

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目前,污水处理剩余污泥是全球产生量最大的有机固体废物之一。由于其直接排放带来的高污染风险,我国对剩余污泥的安全处理处置日益重视。堆肥不仅可实现污泥的减量化和无害化,其产物还可作为有机肥料或土壤改良剂,具有良好的环境效益、社会效益和经济效益,是剩余污泥处理处置的重要途径之一。由于反应器快速好氧堆肥工艺具有堆肥周期短、产品质量好、二次污染小、自动化程度高等优点,已成为近年来的研究热点。本研究首先通过磷酸盐添加解决了反应器快速好氧堆肥的初期酸化问题,在此基础上,优化了堆体温度及其持续时间,研究了物料初始含水率对后腐熟效果的影响,最后,解析了磷酸盐影响快速好氧堆肥过程的腐殖化机理。相关研究结果可为我国快速好氧堆肥的实际应用提供理论和实践参考,具有较为重要的学术意义和实践价值。主要研究内容及结果如下:(1)磷酸盐添加对快速好氧堆肥过程初期酸化问题的缓解机制研究。当HPO42-和H2PO4-的摩尔比为2:5时,可将堆体pH值控制在6.0~8.5之间,酸化问题得到有效缓解,同时,堆体的氨氮含量提高了51.14%的氨氮,有利于提高产物的氮素含量。堆肥结束时,种子发芽指数为75.18%,腐熟程度良好。(2)堆体温度及其持续时间对堆肥效果的影响研究。中温阶段持续24 h、高温阶段持续48 h时,堆肥过程可正常启动,同时,堆体有机质的转化和腐殖质合成效果均较好。与中温阶段持续36 h相比,中温阶段持续24 h时,可溶性有机碳(DOC)和可溶性多糖的含量分别提高了10.74%和12.89%,堆肥结束时,腐殖质(HS)和腐殖酸(HA)含量分别提高了4.86%和17.98%。(3)物料含水率对后腐熟效果的影响研究。后腐熟物料的含水率在55%~65%之间时,有利于堆体中残留有机物的进一步分解,后腐熟效果较好。后腐熟过程中,适宜的含水率可使堆体DOC及可溶多糖含量分别提高42.50%~61.84%和96.59%~98.29%。后腐熟结束时,堆体中硝态氮含量提高了55.68%~61.56%,HS含量提高了12.29%~30.67%。(4)磷酸盐促进堆体腐殖化的机理研究。通过促进污泥可溶性多糖的释放及微生物活性的提高,磷酸盐可促进堆体中腐殖质前体物质的产生,提高腐殖化程度。堆肥结束时,与添加氯化钾相比,添加磷酸盐堆体的氨氮和硝态氮含量分别提高了91.95%和25.76%,HS和HA含量分别提高了20.33%和23.80%,腐殖化指数和聚合度分别提高了23.81%和13.21%。添加磷酸盐不仅可提高堆体的腐殖质含量,腐殖质结构也更为复杂。
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