摘要:利用以锯末为载体的Bio-Lux S15型生态卫生设备,对人粪便进行了连续性堆肥实验,考察了BOD5、粪大肠菌和蛔虫卵的灭活以及最终产品N、P和K等肥料成分的含量。实验结果表明,最初30d,BOD5的累积去除率由27%快速增加到50%,之后的30d维持在50%左右,随后下降至40%左右。生态卫生设备中维持50~60℃的温度是杀灭粪便病原微生物的适宜条件,可保证粪便投入后在24h内,粪大肠菌的灭活率达到99.99%,蛔虫卵的灭活率在2h内达100%。对反应周期内载体的N、P和K等肥料成分的分析结果表明,反应过程中3种肥分都持续积累,在反应末期,按TN、P2O5和K2O计算的3种肥分最终分别达到25.1、123.4和2.0g/kg,基本上达到了农用肥料的国家标准,表明以锯末为载体的反应器具有良好的堆肥效果。
关键词:堆肥反应器;有机物;病原微生物;载体
作为固体有机废物的堆肥处理技术,人们所关心的是其堆肥效果:即对有机污染物的降解、病原微生物的灭活和作为肥料使用营养成分的最终含量。Bio-Lux S15型生态卫生设备作为分散式处理系统的重要子系统,是使用锯末作为基质,微生物以其为载体,将人类排泄物转化为富含N、P和K的有机肥料或土壤改良剂的堆肥产品的新型堆肥生物反应器,已经越来越受到人们的重视[1]。生态卫生设备是在好氧条件下,通过微生物的代谢作用进行有机物分解的堆肥过程[2]。在整个堆肥周期内,好氧微生物对有机物的降解起着重要的作用。与传统的污染物堆肥处理相比较,生态卫生设备具有以下特点[3]:
(1)生态卫生设备的堆肥反应器具有加热和搅拌系统用来保证嗜热好氧生物降解过程和恒定的温度分布。
(2)通过加热和通风保持堆肥反应器中的含水率维持在50%~60%。
(3)传统的堆肥系统是间歇装置,而生态卫生设备是连续的加料过程。
(4)利用具有高孔隙度的锯末作为微生物的载体,通过排风扇和对锯末的搅拌混合使空气产生流动并充满锯末的孔隙从而保证微生物的活性。
(5)具有一定的使用周期。由于是连续批量加料,随着反应时间的延续,灰分和不可生物降解物质大量粘附在锯末上,从而降低锯末的孔隙率,抑制氧的传输。此时预示着锯末载体失效,需要更换锯末,开始新的周期。
在传统的城市垃圾堆肥中,人们对堆肥的效果做过大量的研究[4],但目前关于生态卫生设备在堆肥效果方面的研究还不多。因此,系统的研究生态卫生设备堆肥过程中有机污染物的降解,病原微生物的灭活和其堆肥产品的最终肥效是有重大意义的。为此,本文作者通过新型堆肥反应器在一个周期内的连续运行实验,分析评价了有机污染物的生物降解特性,研究了以粪大肠菌和蛔虫卵为代表的病原微生物的灭活情况,并对最终堆肥产品中主要营养成分N、P和K的含量进行了分析。
1实验装置与方法
1.1装置材料
实验装置采用日本科学技术振兴机构JST提供的Bio-Lux S15型生态卫生设备,其系统构成如图1所示。装置安装在西安建筑科技大学,作为生物载体的锯末由西安市木材加工厂提供,实验中定量加料的粪便取自该校学生公寓。
图1堆肥反应器(Bio-Lux S15)构造示意图
1.2实验方法
1.2.1实验设计和条件控制
实验开始前向堆肥反应器中投加锯末0.16m3作为生物载体,加水调节载体含水率至65%左右。试验中每日监测载体含水率与温度,当含水率过低时加水调节含水率,使含水率维持在50%~60%之间。每日上午7时定时一次性投加约1000g粪便(含少量尿液,平均含水率82.1%),相当于3~5人的日排泄量。加料后进行充分搅拌混合。利用自动加热装置,保持反应器内温度稳定在55~60℃左右[5,6]。
1.2.2分析方法
每日加料前测量反应器内温度并采集样品,分析样品的含水率、BOD5、粪大肠菌、蛔虫卵、TN、TP和TK等。含水率的测定采用烘干灼烧法[7],粪大肠菌采用MPN计数法[8],蛔虫卵按照GB/T19524.2-2004测定,BOD5的测定采用哈希BOD分析仪器,TN、TP和TK的测定分别采用硫酸2过氧化氢消煮、碱化后蒸馏定氮方法、钒钼黄比色法、火焰光度法[9]。
2结果与讨论
2.1有机物的微生物降解特性
Bio-Lux S15型堆肥反应器利用粪便中的土著微生物,在好氧条件下对粪便中的有机污染物进行降解。因此,堆肥条件的变化将影响微生物的数量、活性和种群结构,从而影响有机污染物的降解。图2和图3是在一个堆肥周期内,剩余BOD5和BOD5的去除率随时间的变化情况。
图2 BOD5随时间的变化