2 原理与方法.doc

2 实验原理与方法2.1利用餐饮废渣生产生物有机肥的原理2.1.1概述 以城市生活垃圾为主要原料生产生物有机肥料，是采用垃圾堆肥技术，利用微生物的作用先将垃圾中的易腐有机物质分解，转变成富含有机质和含有一定量氮、磷、钾等营养元素的粗肥，然后根据土壤自然生态结构特点和农作物的生长需要以及微生物对农作物的增产作用，按比例添加农作物生长所必需的营养元素、微量元素和具有固氮、解钾、溶磷等活性作用的有益微生物，制成多元素颗粒生物有机复混肥。生物有机肥料效具有综合效应，除了肥料本身所提供的植物营养元素和微量元素外，还通过微生物活动表现出固氮、解钾、溶磷以及对矿物质营养转化、保氮、保钾等功能，实现对植物营养元素的有效供应量和供应总量的提高。2.1.2堆肥原理及条件2.1.2.1堆肥原理堆肥是利用微生物人为地促进可生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的微生物反应过程。在生物化学反应过程中,垃圾中的有机物与氧气和细菌相互作用,析出二氧化碳、水和热,同时生成腐殖质,用作土壤改良剂或肥料。堆肥按需氧程度一般分为厌氧堆肥与好氧堆肥两种。厌氧堆肥是依靠专性和兼性厌氧细菌的作用降解有机物的生化过程。此法有机物的分解速度缓慢,发酵周期长,占地面积大。而好氧堆肥是依靠专性和兼性好氧细菌的作用降解有机物的生化过程。此法有机物的分解速度快,堆肥所需天数短,臭气发生量少,因此采用较多。在好氧堆肥发酵过程中,微生物分解有机物过程总的表达式如下:CSHtNuOvaH2O+bO2CwHxNyOzcH2O+dH2O(液)+eH2O(气)+fCO2+gNH3+Q（热量）熟堆肥中有机物与堆肥原料中有机物的比值(CwHxNyOzcH2O / CSHtNuOvaH2O)在0.30.5。以城市生活垃圾为主要原料生产生物有机肥料，是采用垃圾堆肥技术，利用微生物的作用先将垃圾中的易腐有机物质分解，转变成富含有机质和含有一定量氮、磷、钾等营养元素的粗肥，然后根据土壤自然生态结构特点和农作物的生长需要以及微生物对农作物的增产作用，按比例添加农作物生长所必需的营养元素、微量元素和具有固氮、解钾、溶磷等活性作用的有益微生物，制成多元素颗粒生物有机复混肥。2.1.2.2堆肥的条件堆肥过程的关键就是如何更好地满足微生物生长和繁殖所必须的条件。其条件可归纳如下:（1）供氧通风是好氧堆肥工艺中很重要的环节。其目的是向堆层中好氧微生物不断供氧,保证堆肥反应以最高速率进行。据资料研究,为保证微生物足够的氧浓度,缩短堆肥发酵的周期,在操作时应控制垃圾堆层中气相的氧浓度在10%以上。（2）水分堆肥中有机物的分解,微生物的生长繁殖,水是不可缺少的条件。含水量最大值取决于物料的空隙容积。据研究,对于含纸高的城市垃圾堆肥,50%60%的含水量最有利于微生物分解。水分超过70%,温度难以上升,分解速度明显降低,这是由于水分过多,使堆肥物质粒子之间充满水,有碍于通气而造成厌氧状态,不利于好氧微生物生长并产生2等恶臭气体。水分低于40%,不能满足微生物生长需要,有机物难以分解。根据国外研究结果,在进行有机物与污泥混合堆肥时,仍能保证堆肥过程顺利进行的最低含水量为40%。因此,堆肥正常进行的含水量下限为40%50%。当含水量降到20%以下时,生物活性就基本停止。（3）C/N比微生物的生长速度与堆肥物料的C/N有关。微生物自身的C/N为430,因此,作营养基的有机物的C/N也最好处于该范围内。C/N为1025时,有机物的降解速度最大。在堆肥过程中微生物以碳作能源,并构成细胞膜,随后以CO2形式释放出来,氮则用于合成细胞原生质。因此发酵后物料的C/N值将会减少,一般下降6%14%,最高则可下降27%以上。在成品堆肥施用时,如果其C/N值过高,易引起土地氮饥饿,影响土壤肥力。因此,要求成品堆肥C/N值为1020。据此可推算出,城市垃圾堆肥原料配制的最佳C/N值为2530。（4）C/P比除碳和氮外,磷对微生物的生长也有很大的影响。有时,在垃圾中添加污泥进行混合堆肥,就是利用污泥中丰富的磷来调整堆肥原料的C/P。堆肥原料适宜的C/P为75150。（5）pH值理论上, pH值对城市垃圾堆肥过程没有影响,而且pH值会随堆肥过程发生变化,其本身就是由于物料降解的结果。在堆肥初期,由于酸性细菌的作用, pH值降到5.56.0,使堆肥物料呈酸性;随后,由于以酸性物为养料的细菌的生长和繁殖,导致pH值上升,堆肥过程结束后,物料的pH值上升到8.59.0。2.1.3工艺流程利用城市生活垃圾生产生物有机复混肥是根据城市生活垃圾本身的特性，在堆肥中按不同农作物的生长需要加入相应比例的N、P、K及微量元素，并引入固氮菌、解磷菌、解钾菌等有益微生物，生产出富含有机质和有益微生物的肥料。由于目前使用的固氮、解磷、解钾等微生物均为常温菌，不能经历垃圾高温发酵阶段，因此需要将有益微生物制备成菌液并按比例混入堆肥成品。其生产工艺流程如下：图 2-1 利用城市生活垃圾生产生物有机复混肥的工艺流程2.2主要仪器、试剂及材料2.2.1主要仪器表2.1 主要仪器仪器名751G分光光度仪1台医用手提式蒸气灭菌器1台分析天平1台托盘天平1台水蒸气发生器1台pH计1台烘箱1台U型压差计2副二孔水浴锅2台温控器1台电炉（500W）1台容量瓶（1000ml）3个容量瓶（50ml）4个比色管（25ml）20支锥形瓶（500ml）10个锥形瓶（100ml）5个移液管（5ml）2支移液管（2ml）2支漏斗1个试剂瓶8个胶头滴管7支2.2.2试剂及材料表2.2 主要试剂及材料试剂名产地氢氧化钠（分析纯）重庆化学试剂总厂硝酸（分析纯）重庆东方试剂厂硫酸（分析纯）重庆东方试剂厂高氯酸（优级纯）上海化学试剂厂浓盐酸（化学纯）重庆试剂厂抗坏血酸（分析纯）重庆化学试剂总厂乙醇（医用95%消毒酒精）重庆普惠有限公司钼酸铵（分析纯）上海化学试剂厂酒石酸锑氧钾重庆东方试剂厂磷酸二氢钾（优级纯）上海化学试剂厂碱性过硫酸钾（分析纯）重庆化学试剂总厂硝酸钾（分析纯）重庆化学试剂总厂酚酞（分析纯）国营重庆无机化学试剂厂定性滤纸杭州新华纸业有限公司2.3检测项目与分析方法2.3.1含水率称取试样20g左右，在105下干燥18h，恒重至0.1g，测定水分。因堆肥中有机物的存在，将试样在60下干燥24h，确定其水分含量。2.3.2 pH值按“CJ/T99-1999城市生活垃圾pH的测定-玻璃电极法”。称取制备好的样品50g（干基）置于1L塑料瓶中，加入新鲜蒸馏水250ml，使固液比为1：5。加盖密封后，放在振荡机上（振荡频率11010次/min，振幅40mm）于室温下连续振荡30min，静置30min后，测其上清液的pH值。每次样品取两个平行样测定其pH值，差值不得大于0.15。否则取样重复试验，取中位值报结果。注意：由于样品中CO2含量影响pH值，并且CO2达到平衡极为迅速，所以采样后要立即测定。2.3.3淀粉的测定垃圾在堆肥处理过程中，需借助淀粉量来鉴定堆肥的腐烂程度，这一分析化验的基础是在堆肥过程中形成了淀粉碘化络和物。这种络和物颜色的变化取决于堆肥的降解度，当堆肥降解尚未结束时呈蓝色，降解结束时呈黄色。堆肥颜色的变化过程是深蓝浅蓝灰绿黄，试样分析试验的步骤是：将1g堆肥置于100ml烧杯中，滴入几滴酒精使其润湿，再加20ml36%的高氯酸。用纹网滤纸（90号纸）过滤。加入20ml碘反应剂到滤液中并搅拌。将几滴滤液滴到白色板上，观察其颜色变化。试剂是碘反应剂，将2g反应剂溶解到500ml水中，再加入0.08g36%的高氯酸；酒精。2.3.4有机质的测定按“CJ/T99-1999城市生活垃圾有机质的测定-灼烧法”。称取2.0g试样，精确至0.0001g，置于已恒重的瓷坩埚中（坩埚空烧2h）。将坩埚放入马弗炉中升温至600，恒温68h后取出坩埚移入干燥皿中，冷却后称重，再将坩埚重新放入马弗炉中同样温度下灼烧10min，同样冷却称重，直到恒重。2.3.5生物降解度的测定餐饮废渣中的有机物质，有的容易生物降解，有的难以生物降解。通过试验已经寻找出一种可以在室温下对垃圾生物降解作出适当估计的COD试验方法，即：称取0.5g已烘干磨碎的试样于500ml锥形瓶中。准确取20mlc/6 K2Cr2O7=2mol/L溶液加入样品瓶中并充分混合。用另一支量筒量取20ml硫酸加到样品瓶中。在室温下将这一混合物放置12h且不断摇动。加入大约15ml蒸馏水。再依次加入10ml磷酸，0.2g氟化钠和30滴指示剂，每加入一种试剂后必须混合。用标准硫酸亚铁铵溶液滴定，在滴定过程中颜色的变化是从棕绿绿蓝蓝绿，在等当点时出现的是纯绿色。用同样的方法在不放试样的情况下做空白试验。如果加入指示剂时已出现绿色，则试验必须重做，必须再加30mlK2Cr2O7溶液。生物降解物质的计算： BDM=1.28（V2-V1）VC/ V2 （2-1）式中BDM为生物降解度；V1为滴定体积，ml；V2为空白试验滴定体积，ml；V为K2Cr2O7溶液的体积，ml；C为K2Cr2O7的浓度。2.3.6总磷的测定钼锑抗分光光度法(GB 1189389)（1）原理 在中性条件下采用硝酸-高氯酸消解法使试样消解，将所含磷全部氧化为正磷酸盐。在酸性介质中，正磷酸盐与钼酸铵反应，在锑盐存在下生成磷钼杂多酸后，立即被抗坏血酸还原，生成蓝色的络合物。（2）仪器酒精灯 125ml锥形瓶 25ml比色管 751分光光度计（3）预处理硝酸-高氯酸消解法试剂：硝酸：=1.40g/ml高氯酸(优级纯):含量70%-72%硫酸（1/2H2SO4）:1mol/L氢氧化钠溶液：1mol/L,6mol/L1%酚酞指示剂步骤：吸取25.0ml水样置于锥形瓶中，加数粒玻璃珠，加2ml硝酸，用酒精灯加热浓缩至10ml。冷后加5ml硝酸，再加热浓缩至10ml，放冷。加3ml高氯酸，加热至冒白烟时，在锥形瓶上加小漏斗，使消解液在锥形瓶内壁保持回流状态，直至剩下3-4ml，放冷。加水10ml，加1滴酚酞指示剂，滴加氢氧化钠溶液至刚呈微红色，在滴加1mol/L硫酸溶液使微红色刚好褪去，充分混匀。过滤，并用水充分洗锥形瓶和滤纸，一并移入25ml比色管中，稀释至标线，供分析用。（4）总磷的测定试剂：（1+1）硫酸。10%抗坏血酸溶液：溶解10g抗坏血酸于水中，并稀释至100ml，贮存在棕色瓶中。如颜色变黄，则弃去重配。钼酸盐溶液：溶解13g钼酸铵(NH4)6Mo7O24.4H2O于100ml水中，溶解0.35g酒石酸锑氧钾（K（SbO）C4H4O6.1/2H2O）于100ml水中。在不断搅拌下，将钼酸铵溶液徐徐加到300ml（1+1）硫酸中，加酒石酸锑氧钾溶液并且混合均匀。贮存在棕色瓶中。磷酸盐贮备溶液：将优级纯磷酸二氢钾（KHPO）于110C干燥h，在干燥器中放冷。称取0.2197g溶于水，移入1000ml容量瓶中。加（1+1）硫酸5ml，用水稀释至标线。此溶液每毫升含50.0g磷。磷酸盐标准溶液：吸取10.00ml磷酸盐贮备液于250ml容量瓶中，用水稀释至标线。此溶液每毫升含2.00g磷。临用时现配。步骤：（1）校准曲线的绘制取数支25ml比色管，分别加入磷酸盐标准溶液0、0.25、0.50、1.50、2.50、5.00、7.50加水至25ml。显色：向比色管中加入1ml 10%抗坏血酸溶液，混匀。30s后加2ml钼酸盐溶液充分混匀,放置15min。测量：用10mm或30mm比色皿，于700nm波长处，一零浓度为参比，测量吸光度。（2）样品测量分取适量经滤膜过滤或消解的水样（是含磷量不超过30g加入50ml比色管中，用水稀释至标线。以下按绘制标准曲线的步骤进行显色和测量。减去空白实验的吸光度，并从标准曲线上查出含磷量。2.2.7总氮的测定碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法(GB1189489)(1)定义可滤性总氮：指水中可溶性及含可滤性固体(小于0.45/m颗粒物)的含氮量。 总氮：指可溶性及悬浮颗粒中的含氮量。(2)原理 在60以上水溶液中，过硫酸钾可分解产生硫酸氢钾和原子态氧，硫酸氢钾在溶液中离解而产生氢离子，故在氢氧化钠的碱性介质中可促使分解过程趋于完全。 分解出的原子态氧在120124条件下，可使水样中含氯化合物的氮元素转化为硝酸盐。并且在此过程中有机物同时被氧化分解。可用紫外分光光度法于波长220和275nm处，分别测出吸光度A220及A275按式(1)求出校正吸光度A： AA2202A275(2-1) 按A的值查校准曲线并计算总氮(以NO3N计)含量。(3)试剂和材料无氨水 200gL氢氧化钠溶液 20gL氢氧化钠溶液 碱性过硫酸钾溶液：称取40g过硫酸钾(K2S2O4)，另称取15g氢氧化钠(NaOH)，溶于无氨水中，稀释至1000mL，溶液存放在聚乙烯瓶内，最长可贮存一周。盐酸溶液（19）硝酸钾标准贮备液，CN100mgL：硝酸钾(KNO3)在105110烘箱中干燥3h，在干燥器中冷却后，称取0.7218g，溶于无氨水中，移至1000mL容量瓶中，用无氨水稀释至标线在010暗处保存，或加入12mL三氯甲烷保存，可稳定6个月。硝酸钾标准使用液，CN10mgL：将贮备液用无氨水稀释10倍而得，使用时配制。硫酸溶液，135。（4）仪器和设备紫外分光光度计及10mm石英比色皿医用手提式蒸气灭菌器或家用压力锅(压力为1.11.4kgcm2)，锅内温度相当于120124。具玻璃磨口塞比色管，25mL。（5）样品 采样：在水样采集后立即放入冰箱中或低于4的条件本保存，但不得超过24h。水作放置时间较长时，可在1000mL水样中加入约0.5mL硫酸(p1.84gmL)，酸化到pH小于2，并尽快测定。样品可贮存在玻璃瓶中。 试样的制备：取样品用20gL氢氧化钠溶液或硫酸溶液(135)调节pH至59从而制得试样。 如果试样中不含悬浮物按步骤测定，试样中含悬浮物则按步骤测定。（6）分析步骤测定用无分度吸管取10.00mL试样(CN超过100/g时，可减少取作量并加无氨水稀释至10mL)置于比色管中。试样不含悬浮物时，按下述步骤进行。 a.加入5mL碱性过硫酸钾溶液，塞紧磨口塞用布及绳等方法扎紧瓶塞，以防弹出。 b.将比色管置于医用手提蒸气灭菌器中，加热，使压力表指针到1.11.4kgcm2，此时温度达120124后开始计时。或将比色管置于家用压力锅中，加热至顶压阀吹气时开始计时。保持此温度加热半小时。 c.冷却、开阀放气，移去外盖，取出比色管井冷至室温。 d.加盐酸(19)1mL，用无氨水稀释至25mL标线，混匀。 e.移取部分溶液至10mm，石英比色皿中，在紫外分光光度计上，以无氨水作参比，分别在波长为220与275nm处测定吸光度，并用式(2-1)计算出校正吸光度A。试样含悬浮物时，先按上述中a至d步骤进行，然后待澄清后移取上清液到石英比色皿中。再按上述中e步骤继续进行测定。空白试验 空白试验除以10mL无氨水代替试料外，采用与测定完全相同的试剂、用量和分析步骤进行平行操作。 注：当测定在接近检测限时，必须控制空白试验的吸光度Ab不超过0.03，超过此值，要检查所用水、试剂、器皿和家用压力锅或医用手提灭菌器的压力。校准 A.校准系列的制备： a.用分度吸管向一组(10支)比色管中，分别加入硝酸盐氮标准使用溶液(4.6.2)0.0，0.10，0.30，0.50，0.70，1.00，3.00，5.00，7.00，10.00mL。加无氨水稀释至10.00mL。 b.按中a至e步骤进行测定。 B.校准曲线的绘制： 零浓度(空白)溶液和其他硝酸钾标准使用溶液制得的校准系列完成全部分析步骤，于波长22