果蔬废弃物可资源化物质再生利用及能源回收的研究

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我国每年产生大量的果蔬废弃物,常见的处理方式有焚烧、填埋、好氧堆肥、厌氧消化。这些废弃物可用于制造饲料、生物燃料、生物塑料、酶和胞外多糖等,还可将其直接制备为生物炭用于环境治理。但由于果蔬废弃物较高的含水率使其在实际处理过程中常常面临着诸多困难,其高碳、高氮、高磷的特点又使之成为一种可资源化利用回收的物质。基于上述特点,本研究首先对果蔬废弃物粉碎压榨脱水,将其分为压榨液与压榨残渣两部分。对于其含碳、氮、磷较高的压榨液,采用混凝的方式,将能源物质(主要是磷)沉淀下来,将絮体部分制备为生物炭(一方面用于废水中磷的吸附,另一方面用于土壤中温室气体的减排);上清液则采取厌氧消化的方式将碳源转化为能源;压榨残渣部分则采取与调理剂混合的方式进行好氧堆肥。为研究混凝对果蔬废弃物粉碎压榨液的处理效果及絮体热解制备生物炭对水中磷的吸附及土壤温室气体排放的影响。通过比较热解温度为300 oC、400 oC和500 oC下的生物炭(XT-300、XT-400和XT-500)对真实含磷废水和模拟含磷废水在不同投加量(4g/L、7 g/L、10 g/L)下对磷酸盐的吸附效果,发现XT-300吸附效果最佳,其吸附属于吸热过程且符合Frundlich吸附等温方程和Elovich吸附动力学。通过p H、共存阴离子及对XT-300结构表征显示,其吸附涉及静电吸引、孔隙填充等。此外,将XT-300生物炭放入装有2.5 kg土壤的花盆中,比较直接还田与制碳还田下对温室气体排放的影响,结果表明相比于直接还田,XT-300生物炭极大的减少了CO2、CH4和N2O的排放量,同时增加了土壤SOC与TN含量。为研究果蔬废弃物粉碎压榨液混凝后上清液的厌氧消化效果,选择厌氧消化瓶的容积为1000 m L,将每组COD含量控制为3 g/L、5 g/L、7 g/L、9 g/L、11 g/L,在35±1℃,150 rpm/min下探究其产气效果及对污染物的降解情况。结果表明不同有机负荷下SCOD、STOC、STP和PO43-都得到有效降解,降解高峰期发生在实验的第一、二天。在适宜的有机负荷下,产气量增加,7 g/L的产气效果最佳,而当有机负荷较高时,总气体与甲烷气体产量均有所降低。为研究果蔬废弃物粉碎压榨残渣的堆肥效果,将压榨残渣分别与麦麸和稻草以2:1的比例混合。此外,由于在堆肥过程中,水分会不断渗出而影响堆肥进程,本实验额外添加木炭与微生物菌剂处理研究其对堆肥效果的影响。结果表明,添加麦麸、稻草、木炭及微生物菌剂对有机质的降解起到了一定作用,各组有机质的降解率均达到90%以上。但从含水率,C/N值和种子发芽指数来看,本实验中的堆肥没有达到完全腐熟状态,且外加木炭与微生物菌剂对堆肥进程无显著影响,推测与其含水率过高有关。本研究中对果蔬废弃物的处理采用固液分离的方式,对粉碎压榨液中的能源物质采用混凝的方式收集起来,并将这部分能源物质转化为生物炭利用,在实现污染物降解的同时发挥其价值用途;而混凝后上清液的厌氧消化也进一步对液体部分的碳源进行回收;而压榨残渣的堆肥处理仍然面临含水率过高所导致的堆肥效果较差的问题,但压榨后的果蔬废弃物已经在含水率方面大大降低,未来仍需研究如何进一步缓解其水分较高的问题。本研究为果蔬废弃物的资源化利用与回收提出了一种新的方法途径,以期对今后易腐垃圾的治理提供参考。
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