生態(tài)堆肥反應器的污染物去除特性研究及應用示范.pdf

1、本論文的研究工作是國家自然科學基金重大國際合作項目(50621140001)的部分內容。根據我國缺水地區(qū)通過建立分散式生態(tài)衛(wèi)生系統(tǒng)改善環(huán)境衛(wèi)生條件的需要，研究了以鋸末為載體的生態(tài)堆肥反應器的污染物去除特性和作為衛(wèi)生設備的實用性。論文通過小試和中試，重點研究了在控制載體含水率(50~60％)和堆肥反應溫度(50~60℃)，每日定量投入糞便的條件下，生態(tài)堆肥反應器對糞便中污染物去除特性，并考察了反應器中載體的理化性質、微生物數(shù)量與種群結構的

2、變化規(guī)律，開展了生態(tài)堆肥反應器的生物降解動力學研究。與此同時，結合2項示范工程，研究了生態(tài)堆肥反應器的推廣應用前景。論文的主要研究成果如下:
　　 1.通過生態(tài)堆肥反應器的小試和中試，考察了糞便中污染物的去除，以及有機物和肥分在載體中的積累特性。結果表明:生態(tài)堆肥反應器對水溶性有機物的去除率按TOC、COD和BOD5計均能達到74~78％，有機物中脂類和總糖最易降解，去除率分別達到96％和85％，在每日定量投料的條件下，難降解有

3、機物在反應器中積累，最終殘留在堆肥產物中;糞便中氮的組分以有機氮為主，但在高溫和通風條件好的情況下以氨氣的形式揮發(fā)較快，總氮的殘留率在30％左右;堆肥過程中N、P、K等肥料成分基本上按同樣的趨勢積累，最終堆肥產物的肥分基本上能夠達到農用肥料的標準。
　　 2.考察了生態(tài)堆肥反應器的微生物滅活特性。結果表明，反應器中維持50~60℃的溫度可提供微生物滅活的良好條件，對糞大腸菌的滅活過程符合一級反應的規(guī)律，達到1-、2-、3-、4-

4、log糞大腸菌滅活的時間分別為5、11、16和21h，在每日定量投入糞便的條件下能夠保證反應器中沒有糞大腸菌殘留;對蛔蟲卵的滅活速度更快，2h之內就能達到100％的滅活率。作為衛(wèi)生設備使用的生態(tài)堆肥反應器在試驗過程中既無臭味散發(fā)，又無蟲蠅產生，能夠保持良好的衛(wèi)生條件。
　　 3.研究了堆肥反應過程中載體的總固體量(TS)、灰分、容重、孔隙度等理化參數(shù)的變化規(guī)律，并引入自由空域(FAS)作為評價載體通氣性的指標。結果表明，隨著堆肥

5、反應時間的延續(xù)，反應器內TS和灰分不斷增加，導致載體容重增大，孔隙度降低，F(xiàn)AS減小。FAS的減小直接影響空氣在堆體中的擴散效果。作為生物載體的鋸末的主要成分是纖維素、半纖維素和木質素，分析結果表明這些成分在堆肥反應過程中基本上不發(fā)生生物降解。
　　 4，考察了生態(tài)堆肥過程中水分的蒸發(fā)情況，根據熱量平衡原理進行了反應器的熱平衡分析。結果表明，反應器的水分蒸發(fā)速率受載體的理化性能影響很大，造成堆肥后期通過加熱裝置輸入的熱量絕大部分

6、消耗于水分的蒸發(fā)。堆肥系統(tǒng)總輸入熱量的77.5％以上由加熱裝置提供，而平均有10.5％的水分由加熱裝置所提供的熱量所蒸發(fā)。在保證堆肥反應必須的含水率的前提下，減少多余水分進入反應器是降低反應器熱耗的重要途徑。
　　 5.研究了生態(tài)堆肥反應器中微生物量和種群的變化規(guī)律。結果表明，在堆肥反應的一個周期內，微生物總量的變化具有初期迅速增長，中期達到平衡，后期開始下降的特征。微生物中好氧菌數(shù)量的變化趨勢與微生物總量相似，而兼性菌數(shù)量初期

7、遠低于好氧菌，中后期達到和超過了好氧菌的數(shù)量。反應期內微生物以嗜熱細菌為主，主要為球菌和桿菌。載體中微生物的DGGE分析結果表明，隨著反應的進行微生物的多樣性指數(shù)有增大的趨勢，但相似性指數(shù)在后期反而降低，說明堆肥中的微生物種群不穩(wěn)定。載體理化性質的變化可能是影響微生物種群的重要原因。
　　 6.根據生態(tài)堆肥反應器的特點，建立了引入FAS值的生物降解動力學模型。在該模型中，微生物生長速率系數(shù)k是FAS值的函數(shù)，當FAS>0.622

8、時，k>o，好氧微生物增殖;當FAS<0.622時，k<0，好氧微生物出現(xiàn)負增長;FAS=0.622是反應器是否處于好氧條件的臨界條件。該生物降解動力學模型能很好解釋堆肥過程中好氧微生物數(shù)量變化的規(guī)律。
　　 7.開展了生態(tài)堆肥反應器用作無水衛(wèi)生設備的2項示范工程研究。其中用于四川地震災區(qū)的生態(tài)衛(wèi)生設備采用了糞尿分離方式，以減少反應器的水分輸入，在不設置加熱裝置的條件下實現(xiàn)了生態(tài)堆肥。生態(tài)堆肥反應器的示范性應用效果表明，其作為衛(wèi)