社区易腐垃圾就地成肥设备中试及其臭气排放特征研究

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社区易腐垃圾就地机器成肥是解决我国现有城镇生活垃圾“四分分类”模式下易腐垃圾资源化处理的有效方法。然而,现有机器成肥设备普遍存在成肥产品质量差、设备能耗高与恶臭污染严重等瓶颈问题。为突破以上技术难题,本研究在调查杭州市典型社区易腐垃圾基本特性基础上,设计了一套适用于社区易腐垃圾就地减量资源化处理的推流式高温好氧发酵机器成肥中试设备,初步实证分析了设备的运行效果,并对其成肥过程臭气组分及其排放特征进行了定性和定量解析。研究结果可为社区易腐垃圾机器成肥设备改良及其运行过程臭气污染防治提供理论依据。主要研究结果如下:(1)针对典型社区易腐垃圾特性,初步开发了易腐垃圾“破碎脱水-连续推流式高温机器成肥发酵-机械筛分+臭气净化”就地减量资源化处理工艺及其中试设备。根据杭州市8区(县、市)13个典型城镇社区的实地调研与实验分析,发现社区生活垃圾中易腐垃圾含量高达58.21±5.12%,含盐量仅为11.06±1.56 g Na Cl/kg,分类产生的易腐垃圾粒径较大(62.4±49.1mm)、含水率高(80.08±7.58%),针对性开发了一套易腐垃圾“破碎脱水-连续推流式高温机器成肥发酵-机械筛分+臭气净化”为主的就地减量资源化处理工艺;在此基础上,通过集成“推流+搅拌”式结构、分区曝气方式、红外测温反馈、负压引风除臭、地埋式升降系统、可编程逻辑控制模块等,设计了一套智能化易腐垃圾机器成肥中试设备;综合考虑供氧、控温、除湿三方面要求,基于微生物动力学与水热动力学,建立供氧与微生物耗氧之间的动态供氧模型,优化确定设备曝气与搅拌策略为:在日处理量为240 kg时,风机风量80 m3/h,分区曝气启动4.90 min/停止6.60 min;搅拌次数为5次/h。(2)现场实证表明,研制的中试设备可实现正常运行,成肥产品满足《生活垃圾堆肥处理技术规范》(CJJ52-2014)腐熟度要求。设备仓内好氧发酵温度可稳定维持在50~60℃,易腐垃圾低C/N特性对成肥设备的正常发酵没有显著影响;经过15 d的好氧发酵,物料含水率可降至30%以下,植物种子发芽指数(germination index,GI)可达80%以上。出料理化性质与GI的相关性分析表明,p H值达到8.5左右、电导率(electric conductivity,EC)降至4.0m S/cm以下,可作为中试设备机器成肥产品腐熟度的初步判断依据;NH4+-N含量降至400 mg/kg以下,可进一步判定成肥产品腐熟。(3)易腐垃圾机器成肥过程臭气组分及其变化相当复杂。通过挥发性有机化合物(volatile organic compounds,VOCs)和氨气检测发现,易腐垃圾机器成肥过程可定性检出108种VOCs,可定量检出56种物质(55种VOCs+氨气);成肥过程中恶臭气体种类存在明显变化,相对而言后期组分更为复杂;氨气、2-丁酮、丙烯醛与2-己酮浓度超出/接近检知阈值,应作为关键组分进行重点控制。
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