半渗透膜技术在堆肥过程中的工业规模发展外文翻译资料

 2022-08-07 03:08

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Accepted Manuscript

半渗透膜技术在堆肥过程中的工业规模发展

Inmaculada Gonzaacute;lez, Tatiana Robledo-Mahoacute;n, Gloria Andrea Silva-Castro, Alfonso Rodriacute;guez-Calvo, M.Carmen Gutieacute;rrez, M.Aacute;ngeles Martiacute;n, Arturo F. Chica, Concha Calvo

PII: S0959-6526(15)01857-0

doi： 10.1016/j.jclepro.2015.12.033

Reference: JCLP 6505

To appear in: Journal of Cleaner Production

Received Date: 18 May 2015

Revised Date: 26 October 2015

Accepted Date: 6 December 2015

请引用本文为：Gonzaacute;lezI，Robledo-Mahoacute;nT，Silva-Castro GA，Rodriacute;guez-CalvoA，Gutieacute;rrezMC， Martiacute;nMAacute;，Chica AF，Calvo C，工业规模半渗透膜技术堆肥工艺的发展，《期刊》清洁生产报告

（2016），doi：10.1016 / j.jclepro.2015.12.033。

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半透膜技术在堆肥过程中的演变

工业规模

Inmaculada Gonzaacute;lez a, Tatiana Robledo-Mahoacute;nb, Gloria Andrea Silva-Castrob,

Alfonso Rodriacute;guez-Calvob, M. Carmen Gutieacute;rrez a, M. Aacute;ngeles Martiacute;na*, Arturo

F. Chicaa and Concha Calvob

a. University of Cordoba (Spain) – Department of Inorganic Chemical and Chemical Engineering.

Campus Universitario de Rabanales. Carretera N-IV, km 396, Edificio Marie Curie, 14071

Coacute;rdoba, Spain. Phone: 34 957 218639; fax: 34 957 218625; e-mail: iq2masam@uco.es

b. Institute of Water Research, Department of Microbiology. University of Granada. C/ Ramoacute;n

Cajal nordm; 4, 18071 Granada, Spain

摘 要

本研究以半封闭式堆肥系统为研究对象，对污泥与膨松剂的混合堆肥过程进行了工业性评价。研究了堆肥过程中的理化和呼吸变量，并对细菌和真菌进行了监测，以评估堆肥过程中的改进。与传统的露天堆料场相比，该系统需要较长的堆肥时间才能获得稳定的堆肥，而且堆肥所需的环境条件并不总是达到，必须定期进行翻堆以避免厌氧条件。在半透膜（asymp;80摄氏度）下达到并保持高温的堆肥基质的作用下，沙门氏菌的迅速消失，同样大肠杆菌在整个过程中仅在5天内减少。在堆肥过程中，总微生物浓度也降低了。 以挥发性固体（VS）表示的碳含量快速下降（约41％）表明，在半透膜下进行的堆肥过程可缩短至30天。嗜热和中温细菌和真菌的进化受堆肥温度和可生物降解的有机物含量制约。在堆肥过程中，微生物总浓度(log CFU/g)与VS（%）之间有足够的线性关系(r2 = 0.9214)。

关键词

堆肥，半透膜技术，部分稳定污泥，挥发性固体，培养微生物群

术语

C/N ratio =碳氮比

CFU =菌落形成单位

OD20 = 20小时的累积需氧量（mg O2 / g VS）

ouE =欧洲气味单位

OER =气味排放率（ouE / s）

OXC =可氧化有机碳（％）

P-P2O5 =磷作为五氧化二磷（％）

SOURmax =最大比氧吸收率（mg O2 /（g VS·h））

TOC =总有机碳（％）

TKN =凯氏氮总量（％）

VOC =挥发性有机化合物

VS =挥发性固体（％）

WWTP =废水处理厂

1.介绍

堆肥仍然是处理和回收固体有机废物最广泛使用的方法之一。堆肥过程被证明是稳定有机物和灭活病原微生物的有效技术(deBertoldi et al., 1983)。根据温度的变化，堆肥过程可分为三个阶段。第一阶段的特点是好氧嗜温微生物群的生长，这会导致温度升高。随后，升高的温度有助于第二阶段或嗜热阶段的发展，其中嗜热微生物群得到增强，同时抑制嗜热微生物，特别是致病微生物。第三阶段是成熟阶段，包括温度下降和中温种群的恢复(Liu et al., 2011)。一些作者认为微生物多样性是有效堆肥过程的先决条件(Tiquia et al., 2002)。微生物群在这一过程中起着关键作用，因为它直接参与有机基质的生物转化。此外，由于微生物的代谢多样性，为了优化堆肥过程和最终产品的质量，充分描述堆肥过程中存在的微生物种群非常重要(Brown et al., 2008; Amir et al.,2008 and Loacute;pez-Gonzaacute;lez et al., 2015)。该过程在封闭系统（隧道或渠道）或开放系统（如具有不同曝气系统的料堆）中进行。由于挥发性有机化合物（VOC）的产生和臭气的排放，开放系统对环境有着明显的影响。排放的污染化合物，如VOCs、NH3、含硫化合物等的浓度与生物反应器的处理流量成反比。这不仅发生在污染化合物中，也发生在产生环境影响的气味化合物中（Kennes，2009）。福本等人。（2003）证明，通过转动通风增加了堆料场堆肥过程中的NH3、N2O和CH4排放。然而，车削可以改善材料的温度和粒度均匀化。此外，露天料堆中的堆肥产生与风蚀过程相关的风沙，对气候生物地球化学循环和大气化学产生重大影响，并对公众健康产生不利影响（Chalvatazaki等人，2012年）。此外，与该过程相关的VOC和颗粒物的排放也会产生气味排放（Romain等人，2008年；Hanajima等人，2010年；Scaglia等人，2011年）。最后，由于这些系统中的过程比封闭系统中受气象条件的影响更大，因此无论采用何种曝气系统，都很难控制物理化学变量，特别是物料的含水量和温度。过高或过低的含水量会降低堆肥过程的效率。因此，控制水分是堆肥的关键（Luo and Chen，2004；Rynk，2000；Luo et al.，2008）。在堆肥过程中，微生物群落也需要足够的水分和氧气（Karadag等人，2013年）。

温度是指示堆肥成熟度的另一个重要且简单的参数（Bari等人，2012年），高温是消毒最终产品所必需的。北美的指南和法规（如CCME，2005；USEPA，2003）要求每个堆肥颗粒至少连续3天暴露在ge;55℃的环境中。然而，欧洲生物废物生物处理工作文件（2001年）第二稿要求，根据用于进行堆肥过程的技术，将全部生物废物混合并置于适当的温度和堆肥时间下。

在封闭系统中进行堆肥过程的水解阶段，可以改善在这一阶段用于监控过程的变量的控制，并缩短整个过程的时间。这一阶段的特点是微生物活性最高（Schlegelmilch等人，2005年）。从环境的角度来看，这些系统的主要优点是它们控制和最小化堆肥过程中产生的液体、固体和气体排放（Komilis等人，2004年；Turan等人，2009年）。然而，这些系统的缺点是基础设施比开放系统更复杂、成本更高。最后，在封闭和开放系统中堆肥的碳足迹是另一个需要考虑的重要因素。Edelmann等人。（2001年）报告的工业堆肥每公斤碳排放量，开放系统中的二氧化碳排放量为47%，封闭系统为60%（AOO，2002年），主要是由于建造隧道、维护作业和能源成本相关的二氧化碳排放量的摊销。

由于对新技术的需求，这些新技术在处理废物方面表现得和封闭的好氧系统一样好，但成本要低得多，欧洲和其他大陆的一些国家不得不在处理能力、倒置和操作成本方面寻找高效的系统。此外，工厂人员要求系统在与现有工厂的接口方面具有多功能性。带有强制通风和半透膜的静态堆肥系统（料堆）满足这些要求（Haaren等人，2010年；Luo等人，2014年）。在半透膜下进行堆肥可以储存大量废物，从而使废物管理厂在处理废物的数量方面具有更大的灵活性。此外，该技术不仅具有成本效益，而且通过减少化合物和气味的排放，将对环境的影响降到最低。Haaren等人。（2010）显示，与料堆系统相比，使用半透膜可减少二氧化碳、硫或氮氧化物的排放。

这项研究是新颖的，因为我们使用覆盖有半透膜的充气静态堆肥来发展部分稳定的污水污泥的堆肥工艺，以鼓励加速堆肥。 这项研究的目的是通过以下方法证明堆肥过程第一阶段在半透膜下的技术改进：（i）进行物理化学研究，其中的变量包括温度，湿度，有机物或呼吸测定变量 在堆肥过程中受到监控； （ii）在堆肥过程中评估微生物监测。

2.材料和方法

这项研究是在位于维加斯德尔金尼尔市政区（西班牙格拉纳达）的“El Salao”生物固体堆肥厂进行的（UTM坐标，X=435843；Y=4113046 m）。堆肥厂占地35000平方米，有四条堆肥生产线，堆肥料堆上覆盖半透膜。由定时器控制的通风系统用于调节料堆中的温度。为了进行这项研究，建造了一个实际尺寸为30times;8times;1.5米的料堆，由250吨污泥和膨胀剂组成，体积比为3:1。此前，污水污泥已通过中温厌氧消化（水力停留时间=12天）部分稳定，并在同一省份的污水处理厂（WWTP）通过离心脱水。膨化剂是由从公园和花园中压碎蔬菜生物量的碎片组成。

该过程分两个阶段监测190天:i）第一阶段（1-60天），在覆盖有半透膜的料堆中进行，如下所述（覆盖阶段）；ii）成熟阶段（60-190天），在静态开放料堆系统中进行。然后将获得的产品储存起来。甘特图（表1）显示了测量料堆温度、取样、翻堆和灌溉以及进行微生物分析的天数。

2.1 废物特性

对污泥和膨胀剂进行了单独和联用的初步表征。理化和微生物变量如表2所示。物理化学变量是根据美国农业部和美国堆肥委员会（2002）提出的方法确定的。测定了水浸提液（1:25，1g干物质-25g水）中的pH值、电导率（mS/cm）、总碳（TC）、无机碳（IC）和总有机碳（TOC）的可溶形态。

在整个过程中对样品的金属含量进行评估，并通过原子吸收分光光度法（Perkin Elmer提供的AAnalyst 100/300型分光光度计）进行分析。

根据欧洲标准UNE-EN-13725，通过动态嗅觉测定法测定初始混合物的气味排放量。使用基于是/否方法的气味计型号T08（由Odournet GmbH提供）测量以欧洲气味单位/立方米（ouE/m3）表示的气味浓度（Gutieacute;rrez等人，2014b）。表2显示了初始物质的气味排放率（OER，ouE/s），以评估在开放系统中执行该过程时可能产生的气味影响。在这项研究中，我们进行了一项有趣的微生物监测，以评估半透膜下的微生物发展。首先，沙门氏菌和大肠杆菌分别由安达卢西亚农业和渔业管理局（区域农业、渔业和环境部）根据UNE-EN ISO 6579:2003和ISO 7251:2002提出的方法测定。

此外，还列举了堆肥过程不同阶段的培养菌和真菌。在取样日（见表1），在5个不同点的50 cm深度处取样，然后均匀化。新鲜样品（1g）悬浮于9ml无菌盐水溶液（0.9%NaCl蒸馏水中）。用所需培养基将0.1毫升连续稀释10倍于无菌生理盐水的培养皿铺开。计数表示为每克样本的菌落形成单位（CFU/g）。微生物计数采用平板计数法。培养基和培养时间如下：胰蛋白酶大豆琼脂（Oxoidtrade;) 中温细菌（MB）和嗜热细菌（TB）培养48小时；Czapek Dox肉汤（Difcotrade;，MI，美国）添加14g/L琼脂（Difcotrade;，美国密歇根州）和96小时的中温真菌（MF）和嗜热真菌（TF）培养。中温微生物的培养温度为30℃，高温微生物的培养温度为55℃。

2.2 半透膜的护套

护套由一层叠层膜/微孔膜（0.2mu;m）组成，微孔膜位于两层非常坚固的纺织层之间

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