无水冲厕所粪便消毒抑臭及资源化处理技术

发布时间：2020-05-27 03:25

【摘要】：城市的快速发展导致了人口增长、城市扩张以及废弃物不断增加,由此产生的大量粪便污泥(FS)带来了各种各样的问题。粪便污泥的营养物质含量较高,可作为农业肥料使用,但未消毒的粪便中含有致病微生物,会导致疾病的传播。因此本研究采用乳酸发酵(LAF)、生物脱水干化及热解处理对FS进行消毒并实现资源化利用,得出的主要结论如下:乳酸可以降低细菌细胞内的pH值,从而抑制多种微生物的生长,因此乳酸可以灭活粪便中致病微生物的生长。本研究采用乳酸发酵法对FS进行消毒抑臭,首先将接种乳酸菌粉、发酵木薯粉和发酵米粉三种物料分别与粪便污泥以相同比例(如1:1)混合发酵。研究结果表明,经过21天的发酵后,乳酸菌接种物、发酵木薯粉和发酵米粉三种处理的最终平板计数分别为8.6×108 FFU/100mL、2.4× 108 CFU/100mL和0 FFU/100mL,只有发酵米粉可以完全灭活指示生物(粪大肠菌群)。然后以发酵米粉和红糖为主要原料制备LAB培养基,反应七天后,FS和LAB培养基为1:1和2:1的反应器中粪大肠菌群的浓度降至初始浓度的一半。经过15-17天的反应,两组反应器中的粪大肠菌群完全消除,低于检测限(3log10CFU/100mL),而对照组的粪大肠菌群数量为2.3 ×108 CFU/1100mL。此外,添加10-15%红糖和发酵米粉的LAF工艺能够有效抑制FS的气味。生物脱水干化可以通过微生物对有机物的降解产热来降低FS的含水量,并且产生的热量可以为灭活病原体和去除异味创造条件。本研究生物脱水预处理和热解将经过LAF消毒后的FS转化为生物炭,生物脱水过程持续35天。研究结果表明,加入10%生物炭和干叶后,有助于反应器中含水量降低,1:1、2:1、3:1反应器和对照组的最终含水量分别为35.19%、37.3%、38.9%和65%。热解过程中,450℃条件下生成样品的pH值高于350℃条件,而且所有生物炭的pH值都是碱性的,证明该生物炭可用于改善酸性土壤的pH值。同时热解工艺保证了 100%的病原体灭活,产生的粪便生物炭具有重要应用价值。为了解公众对在农业中使用卫生处理后FS的接受程度,在尼日利亚克里斯河州和卡杜纳州对公众进行了问卷调查。调查结果显示,大多数受访者支持对粪便污泥进行管理,以实现资源回收。其中,54%的受访者对现在的卫生方法表示满意,78%的受访者支持粪便污泥管理(FSM),72%的受访者支持使用消毒后的FS改良土壤,62%的受访者对生物炭产品的外观感到满意。结果表明,在农村和城市中心利用废弃物作为营养源构建生态卫生系统,具有经济优势并有利于卫生和可持续发展。本研究结果表明采用发酵米粉和红糖对FS进行乳酸发酵可以有效灭活致病微生物并抑制臭味,消毒后FS经过生物脱水干化和热解处理生成生物炭实现资源化利用,提供了一种低成本可持续的卫生技术,有助于建立卫生安全的粪便管理系统。
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703
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本文编号：2682875