蔬菜废弃物快速无害化处理方法研究

作     者：万丹丹 

作者单位：兰州理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李金平;田斌守

授予年度：2023年

学科分类：082803[工学-农业生物环境与能源工程] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 

主      题：蔬菜废弃物 厌氧发酵 好氧处理 有机物降解特性 无害化还田 

摘      要：随着我国蔬菜产业的快速发展,在收获、冷藏运输和储存过程中会产生大量的蔬菜废弃物(VW),蔬菜废弃物易降解、腐烂速度快,随意倾倒会对环境、水土等产生严重的危害,因此亟需处理。现有的蔬菜废弃物规模化处理系统普遍将蔬菜废弃物视为高含水的垃圾,采用挤压和污水处理的工艺,不仅处理成本高,而且造成了资源的浪费。为降低蔬菜废弃物处理成本、实现蔬菜废弃物资源的循环利用,本文根据蔬菜废弃物的成分、降解特性及现有蔬菜废弃物规模化处理系统存在的问题,提出了恒温厌氧发酵与恒温好氧处理相结合的蔬菜废弃物快速无害化处理方法。首先将蔬菜废弃物及其压榨水在0.56m的厌氧发酵罐中进行30天的恒温厌氧发酵;其次对发酵后的沼液进行48小时的好氧处理;最终对处理后的沼液中重金属、致病菌、农药残留、总养分及有机质等指标进行检测,与现行标准作对比,确定其是否能实现无害化还田,验证恒温厌氧+恒温好氧处理方法的可行性。此外,在可行性验证的基础上,探究不同混合物料、不同温度对蔬菜废弃物及其压榨水厌氧发酵产气特性、有机物降解特性的影响,确定曝气量及曝气温度对沼液好氧处理过程的影响,最终分析得出蔬菜废弃物快速无害化处理条件。本文的主要研究结论如下:(1)根据蔬菜废弃物成分、降解特性及现有的蔬菜废弃物规模化处理系统存在的问题,提出恒温厌氧发酵与恒温好氧曝气相结合的蔬菜废弃物处理方法,并用试验验证该处理方法的可行性。研究结果表明,蔬菜废弃物压榨水(PVW)在厌氧发酵过程中的产甲烷量为0.409m/kg VS,可以实现其资源化利用;在31天的处理过程中,蔬菜废弃物压榨水的化学需氧量(COD)从初始的15687.5mg/L降低至1018.4mg/L,去除率高达93.51%;处理后的沼液种子发芽率大于80%,未检出农药残留、重金属及致病菌等有害物质,可无害化还田,试验结果验证了恒温厌氧-好氧处理方法的可行性。(2)为探究混合物料对蔬菜废弃物压榨水厌氧发酵的影响,试验以蔬菜废弃物压榨水单一发酵为空白组,对比添加蔬菜废弃物及玉米秸秆时的产气性能和有机物降解特性,得出降解速率最快的物料组合。研究结果表明,添加蔬菜废弃物和玉米秸秆组的产甲烷量分别为0.491m/kg VS和0.523m/kg VS,比蔬菜废弃物压榨水单一发酵组分别高20.05%和27.87%;3个实验组的COD去除率分别为83.07%、79.45%和79.15%,蔬菜废弃物压榨水单一发酵组的挥发性固体(VS)去除率为89.05%,比添加组分别高14.52%和19.66%,因此蔬菜废弃物压榨水单一发酵组降解速率最快。(3)为确定蔬菜废弃物压榨水的最佳好氧处理条件,对比不同温度(20℃、30℃)及不同曝气量(0.5L/min、1.0L/min、1.5L/min)下沼液的好氧处理效果,评价得出最佳好氧处理条件。研究结果表明,相同的曝气量(0.5L/min)下,30℃的COD去除率为59.35%比20℃高9.85%,氨氮去除率比20℃高13.52%,此外30℃处理组沼液的种子发芽情况明显比20℃时好;相同的好氧处理温度(30℃)下,氨氮去除率1.0L/min1.5L/min0.5L/min,COD去除率1.5L/min1.0L/min0.5L/min,3组曝气量下种子发芽率均大于80%,1.0L/min和1.5L/min的曝气量下其余各参数变化趋势相似,而1.0L/min的曝气量能降低其处理成本和能耗;因此当温度为30℃且曝气量为1.0L/min时沼液的好氧处理效果最佳。(4)在最快降解的物料组合和最佳好氧处理条件的基础上,探究温度对蔬菜废弃物压榨废水快速处理的影响,首先试验对比了26℃、37℃及52℃厌氧发酵时蔬菜废弃物压榨水的产气特性和有机物降解特性,其次在最佳好氧处理条件下探究其处理效果,最终确定处理条件及处理后的沼液能否实现无害化还田。研究结果表明,52℃组的产甲烷量为2034.2L,比37℃、26℃组高15.95%、101.16%;COD从15687.5mg/L降低至2201.1mg/L,去除率为85.97%,比37℃、26℃组高3.99%、22.29%;此外在好氧处理过程中52℃组沼液的COD在24h内从2201.1mg/L降到了902.7mg/L,去除率为58.99%,种子发芽率为123.4%,是中、低温组的1.39、1.96倍。在31天的处理过程中,52℃组的COD从15687.5mg/L降低至902.7mg/L,去除率达到94.25%,因此,52℃组表现出更高的降解率。经检测分析知,37℃、52℃处理后的沼液各参数符合标准要求,可以还田。(5)分析总结得出蔬菜废弃物及其压榨水快速无害化处理条件,在30天的厌氧发酵(37℃和52℃)和24小时的好氧处理(30℃、1.0L/min)后,蔬菜废弃物及其压榨水均能达到标准要求并无害化还田。