有機(jī)垃圾厭氧消化處理衛(wèi)生學(xué)效果評價
隨著城市化規(guī)模不斷擴(kuò)大，人口劇增，中國年產(chǎn)垃圾已高達(dá)1.5億噸，每年還要以10%的速度遞增，全國城鄉(xiāng)都面臨著垃圾污染環(huán)境問題，特別是有機(jī)垃圾是蚊蠅和鼠害孳生場所，傳播疾病、危害健康，同時也嚴(yán)重影響市容生活環(huán)境。垃圾處理方式主要采用衛(wèi)生填埋、高溫堆肥、焚燒、厭氧消化4種處理方式，每種方式處理都有利弊。而城市生活垃圾厭氧發(fā)酵生物處理尚處于試驗(yàn)階段，未能得到廣泛應(yīng)用。本研究目的探討利用生物厭氧發(fā)酵技術(shù)加速有機(jī)垃圾分解，提供清潔能源和優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥料，以推動廢棄物資源化、減量化和無害化，改善生活環(huán)境質(zhì)量[1]。
1 材料與方法
1.1實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)
收集廚房殘渣剩飯有機(jī)垃圾，以活性污泥為接種物，混勻后，投入70L體積厭氧發(fā)酵罐內(nèi)，厭氧發(fā)酵罐具有自動控溫(35±1)℃、攪拌、檢測CO2、pH、CH4濃度等功能。進(jìn)行30天厭氧消化處理，獲取試驗(yàn)參數(shù)和經(jīng)驗(yàn)后再進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)。
1.2現(xiàn)場試驗(yàn)
收集社區(qū)生活垃圾，進(jìn)行人工分檢剔除廢鐵、玻璃、塑料制品等雜物后，進(jìn)行機(jī)械粉碎，用回流液稀釋攪拌成漿狀，注入100m3(有效容積75m3)厭氧發(fā)酵罐內(nèi)，每天注入5m3，固液比(以干重計)含5%左右的有機(jī)垃圾，用蒸汽加熱發(fā)酵罐內(nèi)溫度維持在55℃左右，以原發(fā)酵罐內(nèi)的雞糞為接種物，連續(xù)15天為一個周期，用有機(jī)垃圾置換出原有的雞糞原料，所產(chǎn)的沼氣經(jīng)脫水、脫硫后進(jìn)入儲氣罐，經(jīng)管網(wǎng)系統(tǒng)輸送入戶作為生活能源，通過4個月連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)，取得一些試驗(yàn)結(jié)果。
1.3微生物學(xué)評價指標(biāo)
采用糞大腸菌值、細(xì)菌總數(shù)、酵母菌值作為垃圾厭氧消化處理衛(wèi)生學(xué)效果的評價指標(biāo)。
1.4理化評價指標(biāo)
采用溫度、pH值、甲烷濃度和產(chǎn)氣量等作為評價指標(biāo)。
1.5微生物檢測方法
1.5.1糞大腸菌監(jiān)測方法
按《糞便無害化衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB7959-87)中堆肥、糞稀中糞大腸菌群檢測方法進(jìn)行。
1.5.2細(xì)菌總數(shù)和酵母菌測定方法按《水和廢水監(jiān)測分析》一書中的水中細(xì)菌總數(shù)的測定方法進(jìn)行。
2 結(jié)果與討論
2.1現(xiàn)場有機(jī)垃圾厭氧消化處理試驗(yàn)結(jié)果
2.1.1細(xì)菌總數(shù)、酵母菌去除率見附表
雖然沒有列入細(xì)菌總數(shù)和酵母菌值的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。但本研究仍進(jìn)行了細(xì)菌總數(shù)、酵母菌值檢測，其檢測結(jié)果作為衛(wèi)生學(xué)效果評價的參考依據(jù)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)檢測結(jié)果，活性污泥細(xì)菌總數(shù)含量高達(dá)107以上，經(jīng)過厭氧消化處理后，細(xì)菌總數(shù)明顯降低，糞大腸菌和酵母菌能已達(dá)到未檢出良好的滅活效果。一般情況下，微生物普遍存在自然環(huán)境中，除非經(jīng)過高溫消毒等措施，糞大腸菌、細(xì)菌和酵母菌才能被完全滅活。但試驗(yàn)室內(nèi)模擬試驗(yàn)出現(xiàn)了這一結(jié)果，可能是在實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)中，采用了廚房垃圾(主要是剩飯剩菜酸性食物)作為材料進(jìn)行生物厭氧發(fā)酵處理，有機(jī)物分解產(chǎn)生大量的有機(jī)酸，在酸性狀態(tài)下，糞大腸菌、酵母菌被滅活所致。
同時根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)檢測結(jié)果也表明，有機(jī)垃圾經(jīng)過高溫厭氧發(fā)酵生物處理后，出口消化液中細(xì)菌總數(shù)也能降低兩個數(shù)量級以上，酵母菌未檢出良好的除菌效果。由此可見，有機(jī)垃圾厭氧消化處理完全能達(dá)到了無害化的要求。
附表現(xiàn)場試驗(yàn)微生物指標(biāo)檢驗(yàn)結(jié)果 cfu/ml |
2.1.2理化檢測指標(biāo)結(jié)果
厭氧消化出口液溫度(55±110)℃，PH進(jìn)料口6.3、出料口7.5；COD原料80000mg/L進(jìn)料32.35mg/L出料16464mg/L；COD降解率平均為48.8%，產(chǎn)氣甲烷濃度平均為60.5%，1噸有機(jī)垃圾計算產(chǎn)氣量為73.4m3。
2.2衛(wèi)生學(xué)效果評價
2.2.1有機(jī)垃圾在厭氧消化過程中滯留時間
根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)研究，發(fā)酵罐體積為100m3，而厭氧消化有效體積大于75m3，每天注入有機(jī)垃圾液為3～5m3，由于在冬季同時采取蒸汽增溫措施，能有效維持溫度在55℃范圍，有機(jī)垃圾滯留時間達(dá)到15天以上，完全符合國家《糞便無害化標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的糞便高溫厭氧消化(53±2)℃，持續(xù)2天的要求。
2.2.2糞大腸菌去除率
根據(jù)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)模擬試驗(yàn)檢測結(jié)果，有機(jī)垃圾在35℃中溫厭氧消化狀態(tài)下，經(jīng)過活性污泥接種微生物菌種以后，加速了有機(jī)物快速分解，出口消化液中糞大腸菌達(dá)到未檢出良好效果，糞大腸菌去除率接近100%，能遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足《糞便無害化標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的常溫沼氣發(fā)酵糞大腸菌值10-4的要求。同時根據(jù)現(xiàn)場有機(jī)垃圾高溫厭氧消化處理試驗(yàn)檢測的結(jié)果表明，在55℃高溫厭氧發(fā)酵狀態(tài)下，有機(jī)垃圾出口消化液糞大腸菌值僅為16cfuPml，去除率也接近100%，也符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定高溫沼氣發(fā)酵10-1～10-2的要求。
2.3有機(jī)垃圾與人畜糞厭氧發(fā)酵處理效果比較
新鮮有機(jī)垃圾中生物病原體含量要比人畜糞便中生物病原體低得多，據(jù)1997年在湖南調(diào)查結(jié)果，戶廁沼氣池進(jìn)口處人畜糞大腸菌值率高達(dá)10-10以上，而新鮮的有機(jī)垃圾中糞便大腸菌值在10-4～10-2范圍，比人畜糞便低得多。糞便經(jīng)過常溫厭氧發(fā)酵處理后，糞大腸菌去除率可達(dá)99%以上，寄生蟲的滅活率也可達(dá)99%以上，完全能達(dá)到糞便無害化衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的要求，因此有機(jī)垃圾同樣經(jīng)過厭氧消化處理，也一定能達(dá)到垃圾無害化的要求[2，3]。
2.4環(huán)境衛(wèi)生質(zhì)量的改善 有機(jī)垃圾極易腐爛，產(chǎn)生惡臭，特別是在夏季成為蚊蠅孳生場所，有機(jī)垃圾中大量生物病原體通過各種途徑污染水體、大氣、土壤環(huán)境，直接或間接地影響、危害人群健康。發(fā)展有機(jī)垃圾厭氧消化處理技術(shù)，可以加速有機(jī)物快速分解，消滅蚊蠅孽生場所，切斷病原體傳播途徑，試驗(yàn)結(jié)果計算出COD去除率平均為48.8%，同時也能提供沼氣能源和優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥料，更有利于改善城市生活環(huán)境質(zhì)量。
2.5制約垃圾厭氧消化處理技術(shù)應(yīng)用的因素
在國外，城市有機(jī)垃圾厭氧發(fā)酵生物處理技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用，所產(chǎn)生的沼氣被用于發(fā)電，而我國城市有機(jī)垃圾厭氧消化處理仍處于試驗(yàn)階段。追究其原因，主要存在三方面問題：首先是城市垃圾數(shù)量巨大，厭氧消化處理的能力有限，不能滿足城市垃圾日益增長量的需求；其次是有機(jī)垃圾在厭氧消化處理中需要進(jìn)行預(yù)處理，要剔除不能分解的雜物。由于我國人群生活習(xí)慣、衛(wèi)生素質(zhì)不同，致使垃圾尚未普及分類收集，混合垃圾不能直接采取濕式厭氧消化來處理，需要進(jìn)行預(yù)篩選，這樣增加垃圾處理難度；第三點(diǎn)是厭氧消化處理還需要有配套設(shè)施，如蒸汽鍋爐、儲氣罐、脫水脫硫裝置，同時還要建立輸氣管網(wǎng)系統(tǒng)，一次性投資較大，運(yùn)營成本也很高，這些因素嚴(yán)重制約了有機(jī)垃圾厭氧消化處理技術(shù)的應(yīng)用，導(dǎo)致我國城市垃圾主要采用衛(wèi)生填埋處理措施來控制垃圾污染環(huán)境。
綜上所述，城市有機(jī)垃圾厭氧消化處理技術(shù)應(yīng)用從衛(wèi)生學(xué)效果評價角度來講，厭氧消化處理技術(shù)是可行的，能達(dá)到無害化目標(biāo)，特別適用于大型飼養(yǎng)場家禽、家畜糞便無害化處理。也可以作為補(bǔ)充城市垃圾無害化處理另一種形式，各地區(qū)根據(jù)城鄉(xiāng)垃圾組分不同，可以采取不同的方式處理，最終達(dá)到有機(jī)垃圾無害化的目標(biāo)，提高城市居民生活環(huán)境質(zhì)量，有利于保障人民健康。
3 參考文獻(xiàn)
略
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