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餐厨垃圾生物质炭优化堆肥技术初探

北极星固废网  来源:《工程管理前沿》    2020/2/12 18:00:09  我要投稿  

北极星固废网讯:【摘要】 餐厨垃圾在我国生活垃圾中占有很高的比例,如果不对其进行合理处置,将会对环境造成严重危害。因此,我们提出将餐厨垃圾进行生物质炭处理后再用于堆肥原料,以废治废,实现“减量化、无害化、资源化”,具有很好的现实意义及可行性。

【关键词】 餐厨垃圾;生物质炭;堆肥

1 餐厨垃圾的特性及处理现状

餐厨垃圾是人类生活生产中所产生的食品废弃物,根据产生来源可分为餐饮垃圾和厨余垃圾[2]。它们极易腐败变质,散发恶臭,传播细菌和病毒,因此对其资源化处理处置十分有必要。

我国各地区餐厨垃圾的成分特性有所区别,但总体具备3个显著的特点[3]。(1)含水率高,80%以上的含水率是餐厨垃圾难以处理的主要原因[4]。高含水率极大的提高了处理难度,一方面,餐厨垃圾会污染其他可回收垃圾,另一方面,餐厨垃圾形成的渗滤水在运输、处理等过程中破坏了周边水体。(2)餐厨垃圾含有丰富的有机物及各种微量元素,拥有很高的重复利用价值,若对其进行简单处理,是一种资源浪费。(3)餐厨垃圾中有机质占到的比例高达95%以上[2],易腐烂发臭,滋生蚊虫,产生渗滤水,极大地影响周围环境卫生,若处理不当而直接利用,会造成病原菌的传播和感染[5]。

餐厨垃圾之前通常以填埋方式处理,占用大量的土地资源,且会导致大量的臭水臭气排出 [7]。然而焚烧处理又会由于餐厨垃圾的水份高,发热量低而无法直接进行焚烧发电,还需要额外添加助燃剂,且极易产生二噁英等致癌气体 。此外,餐厨垃圾常被用作家禽饲料,其所含的有害物质、病原菌等在动物体内积累,然后通过食物链危及人类健康。综上所述,传统的餐厨垃圾处理方式不仅投资大,二次污染严重,造成有机物的浪费,且由于含有有害物质,不能用于制作饲料。

2 餐厨垃圾生物质炭制备

生物质炭不仅热稳定性好,抗生物化学分解,同时具有巨大的比表面积和高孔隙率,其表面含有丰富的官能团,化学吸附能力强。吴琪琳等以板栗壳为原料,制备了固定碳含量为83%~91%,热值为30~35MJ/kg的热解炭;金桃等以餐厨垃圾为原料,制备出热值为30.18 MJ/kg的水热炭。研究表明,生物质炭可调节土壤pH,缓解污染物毒性,优化微生物生存环境,以利于污染物的降解。Xu等在土壤中添加生物质炭后,土壤由碱性改良为中性。张伟明等研究发现生物质炭可降低土壤容重,提高孔隙率,改善植被环境。生物质炭还可作为吸附剂,应用于各个方面。吴艳姣等]制成的炭球-活性炭吸附量是活性炭的数倍。马东兴制备的氮掺杂微孔炭材料,CO2吸附量达到11.77 wt%。

目前,利用餐厨垃圾制作生物质炭主要有热解法与水热炭化法两种,热解炭通过物理作用进行吸附,而水热炭则是利用表面官能团与物质进行化学反应来达到吸附效果。

3 餐厨垃圾生物质炭回用优化堆肥

餐厨垃圾中丰富的微生物菌群及大量的营养成分使其具备做堆肥原料的良好条件,但餐厨垃圾的高含水率和酸性环境不利于微生物生存,从而影响堆肥的进行。因此,堆肥法由于餐厨垃圾本身因素的制约,若将餐厨垃圾制成生物质炭,再回用于堆肥,可以从而有效提升堆肥效率及堆肥质量。

3.1 减少堆肥中有害气体的排放

堆肥过程中,堆体中的含氮物被微生物通过氨化作用被反应生成氨气,进而形成铵态氮。堆体中因氨气挥发导致的N损失占总量的一半甚至更多。生物质炭可通过物理吸附减少部分氨气的排放;此外,生物质炭表面的酸性官能团与铵态氮反应,达到了减量的目的,同时抑制了铵态氮再次转变成氨气,达到保氮效果。好氧堆肥中产生的N2O及CH4是重要的温室气体,利用生物质炭强大的吸附能力等特性,将其加入堆体,既能保氮,又能去除和减少有害气体的产生,一举两得。

3.2 调节pH值

pH值的变化严重影响着堆体内微生物生长繁殖,堆体有机质的分解速率受pH的影响很大,直接影响堆肥进程。生物质炭多呈碱性,且在制作过程中温度越高,pH值则越高。因此,餐厨垃圾生物质炭可有效缓解其堆肥过程中pH过低的问题。

3.3 改善含水率

堆体中的水分起到了媒介作用,且可以通过蒸发作用将热量吸收从而调节堆温。将生物质炭提前加入堆体,使堆体的孔隙度增加,氧气充足,从而使前期堆体含水率下降。同时,在堆肥后期,生物质炭的保水作用保证了微生物生长代谢所需的基本水分。因此,生物质炭在前期降低了堆体含水率,优化了通风供氧条件,使得有机质顺利降解,又在后期保证了堆体的含水率优化了堆肥品质。

3.4 优化微生物环境

餐厨垃圾生物质炭巨大的比表面积、独特的表面官能团、高孔隙率等特性,使得堆肥微生物可以较好的生存繁殖。在堆肥过程中,生物质炭表面的酸性官能团数量也随生物氧化作用的增强而增多,保氮作用增强。餐厨垃圾生物质炭的特性、微生物种类与堆体接近,可更高效的促进微生物分解有机物,提高堆肥效率。

4 总结

本文主要探讨了餐厨垃圾生物质炭优化堆肥技术的可行性。通过合理的优化处理及资源化利用,将餐厨垃圾变废为宝,既降低了餐厨垃圾的产量,又提高了堆肥效率,具有很好的实际应用价值。

参考文献

[1]付婉霞,孙丽娟,刘英杰. 利用食物垃圾生产微生物蛋白饲料的发展前景[J]. 环境卫生工程, 2006, 6(14): 23.

[2]秦学,李宁,李贵霞,等. 餐厨垃圾资源化处理技术现状及进展[J]. 煤炭与化工, 2015(7): 35-40.

[3]赵由才. 生活垃圾资源化原理和技术[M]. 北京: 化学工业出版社, 2002, 358-368.

[4]群慧,马鸿志,王旭明,等. 厨余垃圾的资源化技术[J]. 现代化工, 2004, 24(7): 56-59.

[5] Kelley T R, Walker P M. Bacterial concentration reduction of food waste amended animal feed using a single-screw dry-extrusion process [J]. Bioresource Technology, 1999, 68(3): 247—253.


原标题:餐厨垃圾生物质炭优化堆肥技术初探

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