工藝條件對(duì)廚余垃圾生物干化效果的影響

楊寧, 陳衛(wèi)華, 吳健, 樂(lè)亮亮, 史吉平, 劉莉*

(1 中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院, 上海 201210; 2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049; 3.上海黎明資源再利用有限公司, 上海 201209)

廚余垃圾是指居民生活中產(chǎn)生的易腐爛有機(jī)垃圾,包括剩飯剩菜、菜梗菜葉、果皮、骨頭等等。根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局公布的數(shù)據(jù),2021年中國(guó)城市生活垃圾清運(yùn)量為2.49億t[1]。其中廚余垃圾約占城市生活垃圾的70%～80%[2]。廚余垃圾具有含水率高、有機(jī)物含量高、含鹽量高、C/N低、pH呈酸性等特點(diǎn)[3],這給廚余垃圾的資源化利用造成了極大的困難。這些廚余垃圾如果處理不當(dāng),極易造成空氣、水體的二次污染?，F(xiàn)有的廚余垃圾處理技術(shù)包括干化焚燒、衛(wèi)生填埋、厭氧消化、好氧堆肥等技術(shù)[4]。目前,厭氧消化技術(shù)被廣泛應(yīng)用于廚余垃圾處理中[5],雖然該技術(shù)成熟度高、產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)效益好,但是存在處理周期長(zhǎng)且產(chǎn)生沼液和沼渣二次污染等問(wèn)題。因此研發(fā)資源化利用率更高的廚余垃圾高效處理技術(shù)是當(dāng)務(wù)之急。

生物干化是一項(xiàng)新興的好氧發(fā)酵處理技術(shù)[6],具有成本低、效率高等優(yōu)勢(shì)。Jewell等[7]最先提出生物干化技術(shù),也稱為生物干燥或生物穩(wěn)定技術(shù),用于研究牛糞處理。廚余垃圾生物干化技術(shù)利用微生物降解廚余垃圾過(guò)程中代謝產(chǎn)生的大量熱量促進(jìn)物料內(nèi)水分蒸發(fā),再用合適的通風(fēng)量將蒸發(fā)水分帶出堆體。該技術(shù)以去除物料內(nèi)水分為目的。生物干化產(chǎn)品可以制備垃圾衍生燃料(refuse derived fuel, RDF),用于燃燒發(fā)電[8],或者制備有機(jī)肥料,具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

生物干化過(guò)程有很多重要的工藝參數(shù),包括調(diào)理劑類型[9]、調(diào)理劑添加比例[10]、通風(fēng)速率[11]等。廚余垃圾含水率高、透氣性差、C/N低,直接進(jìn)行生物干化效果較差,添加調(diào)理劑能夠改變其理化性質(zhì),達(dá)到更好的干化效果。調(diào)理劑需要具有吸水性強(qiáng)、支撐能力好、不造成二次污染、理化性質(zhì)穩(wěn)定、廉價(jià)等特點(diǎn),一般選用農(nóng)林廢棄物,如玉米秸稈、木屑、稻殼等。Yuan等[12]研究發(fā)現(xiàn),向廚余垃圾中添加玉米秸稈可以縮短生物干化過(guò)程進(jìn)入高溫期的時(shí)間,高溫期持續(xù)時(shí)間也較長(zhǎng),為廚余垃圾生物干化的工業(yè)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。劉甜甜等[9]研究表明,向貯存污泥中添加啤酒糟、稻殼、木屑等有機(jī)調(diào)理劑可以有效降低物料的含水率和揮發(fā)性固體(volatile solid,VS)含量。另外,調(diào)理劑的添加量也會(huì)對(duì)生物干化過(guò)程造成影響,添加不同比例的調(diào)理劑可以改變廚余垃圾的初始含水率、孔隙率[13]、C/N[14]和空氣流通率等性質(zhì),從而改變生物干化效果。調(diào)理劑添加量越大,物料初始含水率越低。研究表明,生物干化最佳初始含水率為50%～65%[15]。水分會(huì)影響微生物的活性以及有機(jī)物的生物降解。物料水分過(guò)高可能會(huì)制造厭氧環(huán)境,不利于好氧微生物的繁殖;水分過(guò)低則會(huì)降低微生物代謝速率。張克峰等[16]在污泥生物干化體系中研究了調(diào)理劑種類及配比的影響,發(fā)現(xiàn)利用麥稈作調(diào)理劑,且物料配比為5∶1(污泥∶麥稈)時(shí)生物干化效果最佳。詹亞斌等[17]基于外源輔助加熱的生物干化系統(tǒng)研究了不同比例(0～35%)的回料對(duì)于生物干化效果的影響,認(rèn)為可以考慮添加10%回料代替調(diào)理劑對(duì)餐廚垃圾進(jìn)行生物干化。此外,通風(fēng)可以為物料內(nèi)的微生物提供氧氣、去除水分[18]。研究表明,通風(fēng)速率較低時(shí)基質(zhì)升溫較快,空氣利用率較高,但微生物活性不高,且攜水能力弱,難以有效去除水分;通風(fēng)速率較高時(shí)除水能力增強(qiáng),但會(huì)導(dǎo)致熱量大量損失,且空氣利用率低,能耗增大[19]。因此研究適合廚余垃圾生物干化的通風(fēng)條件是十分有必要的。Zhang等[20]報(bào)道了在污泥生物干化過(guò)程中使用0.4 L/(kgDM·min)通風(fēng)速率[其中,DM為干物質(zhì)(dry matter)],可以使水分去除率達(dá)到75.1%,干化效果顯著。Yuan等[21]研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)通風(fēng)速率為0.5 L/(kgDM·min)時(shí)城市固體廢棄物(MSW)的生物干化效果最好,水分去除率為0.5 kg(水)/kg(MSW)。Li等[22]研究表明,在廚余垃圾生物干化過(guò)程中以0.8 L/(kg·min)的速度通入55 ℃熱空氣可以提高水分去除率和VS消耗量,建立了熱空氣曝氣系統(tǒng)并證明了其可行性。綜上所述,調(diào)理劑類型、調(diào)理劑添加比例、通風(fēng)速率等都是可以影響生物干化效果的重要工藝參數(shù)。

目前生物干化技術(shù)研究集中于污水污泥的處理[10, 23],證明了該技術(shù)的可行性,并對(duì)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,但是各工藝條件對(duì)廚余垃圾生物干化的過(guò)程和效果的影響還未被系統(tǒng)的報(bào)道。廚余垃圾與污水污泥在生化組分和物理性質(zhì)上具有較大差別,探究適合廚余垃圾生物干化的工藝條件十分必要。因此,針對(duì)廚余垃圾生物干化過(guò)程中添加調(diào)理劑的類型、調(diào)理劑添加比例、通風(fēng)速率這3個(gè)工藝條件,參考相關(guān)文獻(xiàn)以及實(shí)驗(yàn)室已有的研究基礎(chǔ),選擇3種調(diào)理劑(玉米秸稈、木屑、稻殼)、4個(gè)調(diào)理劑添加比例(10%、15%、20%、25%)、4個(gè)通風(fēng)速率[0、0.2、0.4、0.6 L/(kg·min)]進(jìn)行實(shí)驗(yàn),考察生物干化過(guò)程中物料的溫度、含水率、VS去除率等指標(biāo),確定了適合廚余垃圾生物干化的工藝條件,為廚余垃圾生物干化技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 廚余垃圾與調(diào)理劑

廚余垃圾來(lái)自中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院食堂,主要成分包括果皮、菜梗菜葉、肉類等廚房下腳料,其中骨頭、塑料制品等已經(jīng)被剔除。打碎后去除滲出的水分備用;木屑購(gòu)于上海創(chuàng)凈生物科技有限公司,稻殼和玉米秸稈購(gòu)于惠豐秸稈農(nóng)產(chǎn)品公司。廚余垃圾和調(diào)理劑的理化性質(zhì)如表1所示。

表1 廚余垃圾和調(diào)理劑的理化性質(zhì)Table 1 Physical and chemical properties of kitchen waste and bulking agents

1.2 試驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)在自制的生物干化反應(yīng)裝置中進(jìn)行。該裝置主要由保溫瓶、探針式溫度計(jì)、通氣管及四通接頭、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、氣泵組成。

1.3 方法

1.3.1 實(shí)驗(yàn)方法

保溫瓶的容積為4 L,實(shí)驗(yàn)中每個(gè)保溫瓶?jī)?nèi)放入1 kg廚余垃圾,根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)置加入不同類型及比例的調(diào)理劑混合均勻,輔以相應(yīng)的通風(fēng)速率進(jìn)行生物干化實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)一選取玉米秸稈、木屑、稻殼3種調(diào)理劑,對(duì)照組不添加調(diào)理劑,調(diào)理劑添加比例為廚余垃圾濕重的20%,通風(fēng)速率為0.5 L/(kg·min);實(shí)驗(yàn)二添加實(shí)驗(yàn)一中效果較好的調(diào)理劑,選取廚余垃圾濕重的10%、15%、20%、25% 4個(gè)添加比例,通風(fēng)速率為0.5 L/(kg·min);實(shí)驗(yàn)三采用實(shí)驗(yàn)一及實(shí)驗(yàn)二確定的調(diào)理劑及添加比例,選取0、0.2、0.4、0.6 L/(kg·min)通風(fēng)速率進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)周期為7 d。每個(gè)實(shí)驗(yàn)組設(shè)置3個(gè)平行。

1.3.2 分析方法

本次實(shí)驗(yàn)采用TP330高精度探針式溫度計(jì)測(cè)量堆體溫度,每天分別在9:00和17:00記錄兩次堆體溫度;含水率的測(cè)定方法為烘箱干燥法,105 ℃烘干至恒重[9];揮發(fā)性固體VS含量采用馬弗爐燃燒法,在550 ℃下加熱5 h至恒重[13]。廚余垃圾VS降解率Vde按式(1)計(jì)算。

(1)

式(1)中:Vin為物料第0天VS含量,kg;Vha為生物干化處理后物料VS含量,kg。

2 結(jié)果與分析

2.1 調(diào)理劑類型對(duì)廚余垃圾生物干化效果的影響

2.1.1 調(diào)理劑類型對(duì)溫度變化的影響

溫度是生物干化的重要指標(biāo),圖1為不同調(diào)理劑作用下溫度變化情況。4個(gè)處理組經(jīng)過(guò)升溫期、高溫期、降溫期、平穩(wěn)期4個(gè)階段。在廚余垃圾生物干化初期,物料中的微生物進(jìn)行活躍的生物代謝,分解有機(jī)物從而產(chǎn)生大量熱量,促進(jìn)堆體升溫。隨著生物干化的進(jìn)行,有機(jī)物被消耗,微生物活性降低,導(dǎo)致堆體溫度下降,逐漸接近室溫,并保持動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。

各處理組最高溫出現(xiàn)在2～4 d,其中,對(duì)照組和添加木屑處理組溫度最高且升溫最快,在第2天都達(dá)到了最高溫63.4 ℃。而添加玉米秸稈及添加稻殼的處理組升溫較緩慢。這可能是由于對(duì)照組和木屑處理組堆體密度大,孔隙率較小,利于熱量的積累,而玉米秸稈和稻殼堆積密度較小,結(jié)構(gòu)松散,不利于保溫。對(duì)照組在溫度達(dá)到最高后迅速下降,難以維持高溫期,這是因?yàn)閺N余垃圾含水率高、密度大、透氣性差,物料內(nèi)部氧氣不足,導(dǎo)致微生物活性迅速下降,產(chǎn)熱減少。以上結(jié)果說(shuō)明未添加調(diào)理劑的廚余垃圾不適合進(jìn)行生物干化,加入調(diào)理劑有利于堆體積累更多熱量,加入木屑可以獲得較好的升溫效果。

2.1.2 調(diào)理劑類型對(duì)物料含水率變化的影響

廚余垃圾的含水率對(duì)其后續(xù)處理方式和處理效果有重要影響,分析生物干化過(guò)程中物料水分的變化可以直接評(píng)價(jià)生物干化效果。圖2為不同調(diào)理劑作用下物料含水率的變化情況。隨著生物干化的進(jìn)行,微生物降解淀粉、脂肪、蛋白質(zhì)、木質(zhì)纖維素等有機(jī)物產(chǎn)生熱量,促進(jìn)物料內(nèi)水分蒸發(fā),再通過(guò)通風(fēng)帶走水分,堆體含水率逐漸下降。經(jīng)過(guò)7 d的生物干化,對(duì)照組、玉米秸稈、木屑、稻殼處理組含水率與處理前相比分別降低了13.40%、36.43%、31.97%、27.99%,說(shuō)明添加調(diào)理劑可以顯著提高水分去除效果,這與劉甜甜[24]的研究結(jié)果一致。這是由于添加調(diào)理劑可以改變物料的物理結(jié)構(gòu),增加孔隙度,有利于水分的散發(fā)。其中,玉米秸稈處理組的最終含水率最低,下降到了27.42%;在生物干化初期木屑處理組的含水率下降趨勢(shì)最明顯,這與其升溫速度較快有關(guān)。添加稻殼的處理組會(huì)產(chǎn)生大量滲濾液,稻殼吸水性較差,廚余垃圾滲出的水分未隨著通風(fēng)散發(fā)卻直接以滲濾液形式滲出,給后續(xù)處理帶來(lái)問(wèn)題。

圖2 不同調(diào)理劑作用下含水率變化情況Fig.2 Moisture content change using different bulking agents

2.1.3 調(diào)理劑類型對(duì)VS降解率變化的影響

廚余垃圾的生物干化處理產(chǎn)物一般用于制備RDF或者有機(jī)肥料,以較低的有機(jī)物降解率獲得較高的水分去除率是理想效果。因此,VS降解率也是需要關(guān)注的指標(biāo)之一,各處理組VS降解率如圖3所示。對(duì)照組的VS降解率最高,達(dá)到了59.27%,而添加調(diào)理劑的各組VS降解率均低于對(duì)照組。這是由于對(duì)照組只含有廚余垃圾,易降解有機(jī)物較多,各實(shí)驗(yàn)組加入調(diào)理劑后,體系內(nèi)難降解的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素含量增大,導(dǎo)致VS降解率降低。其中添加木屑的處理組VS降解率最低,達(dá)到了33.61%,可能是由于木屑相較玉米秸稈、稻殼含有更多的木質(zhì)素,難以被降解。Doublet等[25]在研究污泥堆肥過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)添加木質(zhì)素豐富的調(diào)理劑會(huì)降低VS降解率。添加稻殼的處理組VS降解率較高,為38.37%。這是由于添加稻殼的處理組物料的結(jié)構(gòu)松散,空氣流通率高,好氧微生物的活性高,消耗大量有機(jī)物。

圖3 不同調(diào)理劑作用下VS降解率變化情況Fig.3 VS removal rate change using different bulking agents

總體來(lái)講,添加木屑作為調(diào)理劑可以使物料快速升溫,在生物干化前期水分去除效果較好,有機(jī)物消耗少,后續(xù)實(shí)驗(yàn)采取木屑作為調(diào)理劑。

2.2 調(diào)理劑添加比例對(duì)廚余垃圾生物干化效果的影響

2.2.1 調(diào)理劑添加比例對(duì)溫度變化的影響

圖4為不同調(diào)理劑添加比例條件下溫度的變化情況。添加10%、15%、20%、25%木屑4組的最高溫度分別為61.7、63.8、67.8、63.9 ℃,其中添加20%木屑的處理組的最高溫度高于其他組。添加10%木屑處理組的溫度變化情況明顯有別于其他3組,高溫期持續(xù)時(shí)間為3 d,比其他實(shí)驗(yàn)組長(zhǎng),可能是由于其物料密度大,透氣性差,有利于熱量的積累。添加15%、20%、25%木屑的處理組堆體溫度在第2天下降,在第3天經(jīng)過(guò)翻堆后重新升溫,因?yàn)榉褳槲锪咸峁┝顺渥愕难鯕?促進(jìn)好氧微生物生長(zhǎng)代謝,堆體溫度迅速升高。

圖4 不同調(diào)理劑添加比例作用下溫度變化情況Fig.4 Temperature change under different proportions of bulking agent

2.2.2 調(diào)理劑添加比例對(duì)含水率變化的影響

圖5為不同調(diào)理劑添加比例作用下物料含水率的變化情況。添加不同比例的調(diào)理劑改變了物料的初始含水率,添加10%、15%、20%、25%木屑的初始含水率分別為65.30%、64.06%、61.02%、59.50%,都處于利于生物干化的最佳初始含水率范圍內(nèi)(50%～65%)。在0～5 d,物料內(nèi)部含有豐富的有機(jī)物,微生物生長(zhǎng)代謝活躍,產(chǎn)生大量熱量促進(jìn)物料水分蒸發(fā),物料含水率顯著下降。在5～7 d,物料內(nèi)可降解有機(jī)物逐漸減少,微生物活性降低導(dǎo)致物料溫度低、水分蒸發(fā)減弱。經(jīng)過(guò)7 d的生物干化,添加10%木屑、15%木屑、20%木屑、25%木屑的處理組含水率分別降低了26.73%、32.36%、25.84%、22.69%,這表明添加15%木屑的處理組水分去除效果最好。

圖5 不同調(diào)理劑添加比例作用下含水率變化情況Fig.5 Moisture content change under different proportions of bulking agent

2.2.3 調(diào)理劑添加比例對(duì)VS降解率變化的影響

VS降解率可以反映生物干化進(jìn)程中有機(jī)物消耗情況,各處理組VS降解率如圖6所示。添加10%、15%、20%、25%木屑的處理組的VS降解率分別為51.00%、55.90%、45.29%、47.23%,其中添加15%木屑處理組VS降解率最高,說(shuō)明該處理組在生物干化過(guò)程中消耗有機(jī)物最多;添加20%木屑時(shí)的VS降解率最低,說(shuō)明添加20%的木屑可以降低廚余垃圾生物干化過(guò)程中有機(jī)物的消耗。

圖6 不同調(diào)理劑添加比例作用下VS降解率變化情況Fig.6 VS removal rate change under different proportions of bulking agent

廚余垃圾生物干化的最直接目的是去除水分,15%木屑處理組的水分去除效果最好,雖然該處理會(huì)導(dǎo)致有機(jī)物損耗增大,但綜合考慮調(diào)理劑成本等經(jīng)濟(jì)因素,向廚余垃圾中添加15%的木屑能獲得較為理想的廚余垃圾生物干化效果。

2.3 通風(fēng)速率對(duì)廚余垃圾生物干化效果的影響

2.3.1 通風(fēng)速率對(duì)溫度變化的影響

通風(fēng)是生物干化過(guò)程中的重要條件之一,選取合適的通風(fēng)條件,既有助于熱量的產(chǎn)生和積累,又可以最大限度地帶走水分,達(dá)到更好的干化效果。生物干化過(guò)程不同通風(fēng)速率作用下堆體的溫度變化情況如圖7所示。各處理組的溫度變化趨勢(shì)表現(xiàn)出明顯的差異。由于通風(fēng)會(huì)導(dǎo)致熱量和水分的散失,通風(fēng)速率為0的處理組微生物代謝產(chǎn)生的熱量得以積累,高溫期維持時(shí)間較長(zhǎng)。通風(fēng)速率為0.2、0.4、0.6 L/(kg·min)的處理組比不通風(fēng)的處理組升溫更快,可見通風(fēng)速率的增加為物料帶來(lái)更多的氧氣,微生物生長(zhǎng)代謝旺盛,釋放更多熱量,促進(jìn)堆體升溫。但是通風(fēng)速率越高,物料內(nèi)部熱量的散失越快,堆體高溫期持續(xù)時(shí)間越短。通風(fēng)速率為0.6 L/(kg·min)的處理組高溫期維持時(shí)間最短,可能是由于通風(fēng)速率過(guò)高,散熱速率遠(yuǎn)超過(guò)產(chǎn)熱速率,不利于溫度的積累。

圖7 不同通風(fēng)速率作用下溫度變化情況Fig.7 Temperature change under different air-flow rates

2.3.2 通風(fēng)速率對(duì)含水率變化的影響

圖8為不同通風(fēng)速率作用下物料含水率的變化情況。在0～1 d,通風(fēng)速率為0、0.2 L/(kg·min)的處理組含水率出現(xiàn)小幅上升,可能是由于微生物進(jìn)行活躍的代謝活動(dòng)產(chǎn)生了水。隨后,在高溫蒸發(fā)和通風(fēng)攜帶水分的雙重作用下,各處理組含水率不斷降低。在5～7 d,隨著有機(jī)物的消耗,微生物的作用減弱,此時(shí)主要靠通風(fēng)促進(jìn)物料內(nèi)部水分散發(fā)。生物干化結(jié)束時(shí),通風(fēng)速率為0、0.2、0.4、0.6 L/(kg·min)的處理組較處理前含水率分別降低了9.75%、16.69%、20.75%、15.75%。通風(fēng)速率為0時(shí),溫度得以積累但不利于水分的散失,而通風(fēng)速率為0.6 L/(kg·min)時(shí),熱量不能積累,此時(shí)主要起除水作用的是物理通風(fēng)而非生物產(chǎn)熱,消耗電能。這二者除水效果均較差,不適合應(yīng)用于生物干化過(guò)程。通風(fēng)速率為0.4 L/(kg·min)時(shí)含水率降低最多,除水效果最好,這可能是由于該通風(fēng)速率既能保證供氧,增強(qiáng)微生物活性,產(chǎn)生大量熱量,又能促進(jìn)水分蒸發(fā),是較為合適的通風(fēng)速率。

圖8 不同通風(fēng)速率作用下物料含水率變化情況Fig.8 Moisture content change under different air-flow rates

2.3.3 通風(fēng)速率對(duì)VS降解率變化的影響

各處理組VS降解率如圖9所示。通風(fēng)速率為0 、0.2、0.4、0.6 L/(kg·min)的處理組VS降解率分別為72.87%、56.51%、45.39%、55.92%。不通風(fēng)的處理組VS降解率最高,這與堆肥的相關(guān)報(bào)道類似,堆體溫度高則有機(jī)物消耗大[25]。通風(fēng)速率為0、0.2、0.4 L/(kg·min)3個(gè)處理組的結(jié)果表明:在一定的通風(fēng)速率范圍內(nèi),通風(fēng)速率越低有機(jī)物降解量越大。向虹霖等[11]也發(fā)現(xiàn),通風(fēng)速率越大越不利于微生物代謝和有機(jī)物的降解。通風(fēng)速率為0.4 L/(kg·min)時(shí)VS降解率最低,干化產(chǎn)物用于焚燒發(fā)電將產(chǎn)生更多能量。通風(fēng)速率為0.6 L/(kg·min)時(shí)VS降解率比通風(fēng)速率為0.4 L/(kg·min)時(shí)高,這可能是由于大通風(fēng)量保證了堆體供氧充足,微生物生長(zhǎng)代謝旺盛,消耗了更多的有機(jī)物。

圖9 不同通風(fēng)速率作用下VS降解率變化情況Fig.9 VS removal rate change under different air-flow rates

3 討論

通過(guò)研究不同調(diào)理劑類型對(duì)生物干化效果的影響發(fā)現(xiàn),生物干化過(guò)程中,添加調(diào)理劑可以改變廚余垃圾的理化特性,提升生物干化效果,有利于廚余垃圾的處理。木屑作為調(diào)理劑添加進(jìn)廚余垃圾可以有效縮短進(jìn)入高溫期的時(shí)間,促進(jìn)水分去除,7 d生物干化后物料含水率降低了31.97%。玉米秸稈作為調(diào)理劑雖然升溫不如木屑快,但是除水效果更好,7 d后物料含水率降低了36.43%。實(shí)際工業(yè)應(yīng)用可以綜合考慮調(diào)理劑成本和生物干化效果,因地制宜選取合適的調(diào)理劑。

通過(guò)研究不同調(diào)理劑添加比例對(duì)生物干化效果的影響發(fā)現(xiàn),添加木屑較少時(shí)有利于物料內(nèi)溫度的積累但不利于水分的散發(fā)。添加的木屑越多,物料的孔隙率越高,這一方面促進(jìn)了微生物的生長(zhǎng)繁殖,大量降解有機(jī)物,產(chǎn)生更多熱量,另一方面有利于水分的散失。但是過(guò)高的孔隙率會(huì)導(dǎo)致熱量損失,又制約了溫度的積累和水分的散失。實(shí)驗(yàn)表明,添加15%木屑水分去除效果最好,但會(huì)導(dǎo)致有機(jī)物消耗變大;添加20%木屑有機(jī)物消耗最少,但是不利于去除水分。綜合考慮生物干化效果和成本問(wèn)題,建議生物干化工程中使用15%木屑作為調(diào)理劑。

通過(guò)研究不同通風(fēng)速率對(duì)生物干化效果的影響發(fā)現(xiàn),通風(fēng)速率越小越有利于溫度的積累,不通風(fēng)時(shí)物料迅速進(jìn)入高溫期并且能夠長(zhǎng)久維持高溫,通風(fēng)速率為0.6 L/(kg·min)時(shí)堆體熱量散失較快,在第2天就進(jìn)入降溫期。通風(fēng)速率較大時(shí)可以促進(jìn)水分的散失,但是過(guò)高的通風(fēng)量主要起到物理除水的效果,耗費(fèi)大量電能,與生物干化的初衷不符。研究發(fā)現(xiàn),通風(fēng)速率為0.4 L/(kg·min)時(shí),高溫期持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng),除水效果最好,VS降解率最低,因此廚余垃圾生物干化通風(fēng)速率設(shè)定為0.4 L/(kg·min)較好。

4 結(jié)論

對(duì)廚余垃圾生物干化工藝條件進(jìn)行優(yōu)化,發(fā)現(xiàn)添加15%木屑做為調(diào)理劑,通風(fēng)速率設(shè)為0.4 L/(kg·min)可以獲得較好的干化效果,為廚余垃圾生物干化技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用提供參考。但是有機(jī)調(diào)理劑往往不能重復(fù)利用,未來(lái)可以開發(fā)可重復(fù)利用的無(wú)機(jī)調(diào)理劑,降低廚余垃圾處理成本,促進(jìn)廚余垃圾的資源化利用。