餐厨垃圾糖化液用于飞灰生物淋滤处理的研究

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城市生活垃圾焚烧飞灰中含有大量具有浸出毒性的重金属,未经处理的飞灰进入填埋场或进行资源化利用后,会对土壤和水体环境造成潜在的、长期的重金属污染。因此,垃圾焚烧飞灰的无害化处理处置技术的研究受到广泛的关注。生物淋滤法处理垃圾焚烧飞灰是一种安全、高效、绿色的飞灰脱毒处理技术。本研究对生物淋滤法去除飞灰中重金属的条件进行了优化试验,并尝试用餐厨垃圾糖化液替代葡萄糖或蔗糖应用到飞灰生物淋滤处理领域。  利用响应面法进行试验设计,选定蔗糖初始浓度、黑曲霉孢子浓度、投加的飞灰浓度以及飞灰投加时间作为影响因素,对生物淋滤城市生活垃圾焚烧飞灰的处理条件进行优化。通过响应面法得到飞灰中Cd、Cr、Fe、Mn、Zn及重金属总量与4种因素之间的非线性回归方程,确定了生物淋滤的最适条件范围:蔗糖初始浓度为114~126g/L;黑曲霉孢子浓度为(1.6~2.1)×107孢子/mL;飞灰浓度为29~39g/L;飞灰投加时间为3.6~4.4天。在最适条件下,生物淋滤70g/L飞灰20天后,溶出重金属总浓度达到了901mg/L,占飞灰中重金属总量的41%,处理后飞灰的重金属浸出毒性远低于国家标准中允许的最大值。  餐厨垃圾糖化液用于飞灰生物淋滤处理的可行性分析,分别从淋滤液的pH、还原糖浓度、重金属溶出率和淋滤后飞灰浸出毒性四个方面考察餐厨垃圾糖化液用于飞灰生物淋滤得可行性。试验结果表明,餐厨垃圾糖化液用于飞灰生物淋滤处理是可行性。  在餐厨垃圾糖化液用于飞灰生物淋滤处理可行性实验基础上,考察了餐厨垃圾的灭菌、营养盐的添加、黑曲霉菌株对餐厨垃圾的驯化、还原糖浓度、飞灰浓度和装液量对飞灰生物淋滤处理的影响,得出餐厨垃圾糖化液用于生物淋滤需要灭菌,两种不同的黑曲霉菌种之间有拮抗作用;不需要添加营养盐,餐厨垃圾糖化液中营养丰富,完全可以供给黑曲霉生长所需;糖化液中含有盐类及油脂,驯化后的黑曲霉更适于在糖化液中生长,有利于生物淋滤处理的进行;糖化液中还原糖浓度不足以完全供给黑曲霉生物淋滤处理全过程所需,需要额外添加还原糖,本实验中所需额外添加40g/L的还原糖,糖化液中总还原糖浓度达到80g/L;飞灰浓度20g/L为最佳;试验设计装液量为50、100、150、200mL,结果显示,200mL的装液量最好,在相同飞灰浓度情况下,重金属溶出率随装液量的增加而增加。  在最适条件下,即在还原糖浓度约为40g/L的餐厨垃圾糖化液200mL中,投加8g葡萄糖,使还原糖浓度达到80 g/L,接种1%(v/v)AS3.879C,转速140r/min,在30℃下恒温培养4天后,投加20g/L的飞灰,即4g,培养15天后,测定金属溶出率和脱毒后飞灰的毒性浸出实验,结果表明 Cd和Zn的金属溶出率达到了88.7%和73.1%,与葡萄糖溶液中的金属溶出率相差不大,Cr、Cu、和Pb的溶出率约为葡萄糖溶液中的金属溶出率的2/3,Fe和Mn的溶出率约为1/2左右;生物淋滤后飞灰浸出毒性与国家标准进行了对比,餐厨垃圾糖化液进行生物淋滤后的飞灰的浸出毒性达到危险废物填埋污染控制标准。  总之,黑曲霉生物淋滤飞灰去除其中的重金属是一种新兴的绿色生物技术。餐厨垃圾糖化液替代葡萄糖或蔗糖应用到飞灰生物淋滤处理领域对降低该工艺的运行成本有显著作用,为其工业化提供了理论与技术上的支持。
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