不同條件下餐廚垃圾厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣狀況分析

楊波　沈斐玲　鄒鵬超

摘要：

餐廚垃圾具有水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高、易腐爛、富含油脂和有機(jī)質(zhì)等特點(diǎn)，對(duì)餐廚垃圾處理不當(dāng)會(huì)對(duì)人類生產(chǎn)生活造成極大危害.結(jié)合餐廚垃圾的特點(diǎn)提出高溫厭氧發(fā)酵處理，對(duì)不同條件下（溫度、水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、接種率）餐廚垃圾厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣過程進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究.通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，得出：不同條件下餐廚垃圾中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)其厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣過程的日產(chǎn)氣量、產(chǎn)氣速率、產(chǎn)氣穩(wěn)定性等指標(biāo)的影響較大，接種率的影響次之，溫度的影響最小.

關(guān)鍵詞：

餐廚垃圾； 厭氧發(fā)酵； 沼氣； 分析

中圖分類號(hào)： TK 6文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

Abstract：

Food waste has the properties of high water content，rich grease and organic matter，etc.And it is easily rotted.Its improper disposal is detrimental to the environment.Based on its properties，anaerobic fermentation of food waste was proposed in this study.The effect of temperature，water content and vaccination rate on the biogas production was investigated.The conclusions could be drawn from the experimental results that the impact of experimental conditions on the daily biogas production，gas production rate，stability of gas production，and so on followed such order as：water content>vaccination rate>temperature.

Keywords：

food waste； anaerobic fermentation； biogas； analysis

餐廚垃圾是家庭、賓館、飯店等所產(chǎn)生的食物殘余的通稱，其具有水分、有機(jī)物、油脂及鹽分含量高，易腐爛、營養(yǎng)元素豐富等特點(diǎn).因餐廚垃圾具有水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高的特點(diǎn)，不能滿足垃圾焚燒的發(fā)熱量要求；又因其具有易腐爛的特點(diǎn)不宜直接填埋，且填埋后會(huì)造成地下水和周邊環(huán)境污染.同時(shí)，餐廚垃圾還會(huì)派生出“泔水豬、地溝油”等，這些物質(zhì)進(jìn)入人類食物鏈后會(huì)嚴(yán)重危害人體健康，直接排入下水道后又給城市生活污水處理帶來巨大沖擊等問題[1-4].因此，餐廚垃圾的處理越來越引起全社會(huì)的關(guān)注.本文利用餐廚垃圾富含油和有機(jī)質(zhì)且含有大量微生物菌種的特點(diǎn)，對(duì)其不同條件下（溫度、水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、接種率）的厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣過程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究.

1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)裝置由容量為1 000 mL的錐形瓶、量筒和水浴鍋組成.實(shí)驗(yàn)溫度分別為40℃和50℃，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)情況[5-6]如表1所示，共進(jìn)行了12組實(shí)驗(yàn).餐廚垃圾取自校園餐廳，主要成分包括大米、蔬菜、肉類、面類等；接種物取自焦作市武陟縣小原村奶牛場發(fā)酵池中的活性污泥，實(shí)驗(yàn)采用排水集氣法測定所產(chǎn)氣量[7-8].

2數(shù)據(jù)分析

2.1接種率對(duì)日產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率的影響

為了研究接種率對(duì)餐廚垃圾厭氧發(fā)酵過程產(chǎn)沼氣狀況的影響，取水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同的實(shí)驗(yàn)組別進(jìn)行對(duì)比分析[5，9].

圖1為水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為85%、90%、95%時(shí)各組實(shí)驗(yàn)的日產(chǎn)氣量.由圖可知：當(dāng)水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85%時(shí)，第1、4、7、10組實(shí)驗(yàn)日產(chǎn)氣量在800～940 mL范圍內(nèi)，其中第1、4組和第7、10組實(shí)驗(yàn)的日產(chǎn)氣量的差值分別為40、75 mL，第4、10組實(shí)驗(yàn)的日產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率最穩(wěn)定，整體效率較高；當(dāng)水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90%時(shí)，第2、5、8、11組實(shí)驗(yàn)的日產(chǎn)氣量在640～800 mL范圍內(nèi)，其中第2、5組和第8、11組實(shí)驗(yàn)的日產(chǎn)氣量的差值分別為120、140 mL，第5、11組實(shí)驗(yàn)的日產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率最穩(wěn)定，整體效率較高；當(dāng)水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95%時(shí)，第3、6、9、12組實(shí)驗(yàn)的日產(chǎn)氣量為305～330 mL，第3、6組和第9、12組實(shí)驗(yàn)的日產(chǎn)氣量的差值分別為35、40 mL，第3、6組實(shí)驗(yàn)的日產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率最穩(wěn)定，整體效率較好.經(jīng)分析得出：接種率不同會(huì)對(duì)產(chǎn)氣量產(chǎn)生影響；當(dāng)溫度為40℃、接種率為75%時(shí)，各組實(shí)驗(yàn)的日產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率的整體效率最高.

2.2水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)日產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率的影響

為了研究水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)餐廚垃圾高溫厭氧發(fā)酵過程中產(chǎn)氣狀況的影響，取相同接種率的實(shí)驗(yàn)組別進(jìn)行對(duì)比分析.

圖2為接種率分別為65%、75%時(shí)水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)日產(chǎn)氣量的影響.由圖可知：接種率為65%時(shí)，對(duì)比第1、7組，第2、8組，第3、9組實(shí)驗(yàn)，日產(chǎn)氣量的最大差值分別為1 000、1 200、530 mL，第2、3組實(shí)驗(yàn)的日產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率相對(duì)最穩(wěn)定，整體效率較高；接種率為75%時(shí)，對(duì)比第4、10組，第5、11組，第6、12組實(shí)驗(yàn)日產(chǎn)氣量的最大差值分別為700、690、630 mL，第6、11組實(shí)驗(yàn)的日產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率最穩(wěn)定，整體效率較高.經(jīng)分析：當(dāng)水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高時(shí)，餐廚垃圾的日產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率較穩(wěn)定，與該條件下的平均水平偏離不大，但平均值相對(duì)較低；當(dāng)水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)較低時(shí)，餐廚垃圾的日產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率變得不穩(wěn)定，起伏較大，與該條件下的平均值偏離較大，但平均值相對(duì)較高；當(dāng)溫度為40℃、水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90%時(shí)，日產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率的整體效率較高.

2.3溫度對(duì)日產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率的影響

為了研究不同溫度對(duì)餐廚垃圾厭氧發(fā)酵過程中產(chǎn)氣狀況的影響，其他條件均相同時(shí)取溫度不同的實(shí)驗(yàn)組別進(jìn)行對(duì)比分析.

圖3為不同溫度對(duì)日產(chǎn)沼氣量的影響，第3、6組，第9、12組實(shí)驗(yàn)的日均產(chǎn)氣量分別維持在310～355 mL和300～350 mL，日產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率的起伏不大，較穩(wěn)定；第2、5組，第8、11組實(shí)驗(yàn)的日產(chǎn)氣量分別維持在590～710 mL和670～800 mL，日產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率略有浮動(dòng)，但相對(duì)較穩(wěn)定；第1、4組，第7、10組實(shí)驗(yàn)的日產(chǎn)氣量分別維持在840～960 mL和800～ 860 mL，日產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率起伏較大，較為不穩(wěn)定.經(jīng)分析：① 保持其他條件相同的情況下，對(duì)比溫度分別為40℃和50℃時(shí)的實(shí)驗(yàn)組別，兩者的日產(chǎn)氣量差值相對(duì)較小，說明溫度對(duì)產(chǎn)氣過程幾乎沒有影響；② 當(dāng)溫度為40℃時(shí)，各組實(shí)驗(yàn)的日產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率相對(duì)較穩(wěn)定，整體效率較高.

綜上可知：① 當(dāng)溫度較低時(shí)，餐廚垃圾的日產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率的變化相對(duì)穩(wěn)定，且該條件下的平均值偏離較小；② 當(dāng)溫度較高時(shí)，餐廚垃圾的日產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率變化較大；③ 在保持其他條件不變的情況下，當(dāng)溫度為40℃時(shí)的日產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率較穩(wěn)定，整體效率較高.

3結(jié)論

（1） 在不考慮各因素之間相互作用的情況下，溫度對(duì)餐廚垃圾高溫厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣狀況影響不大；接種率對(duì)厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣狀況的影響高于溫度的影響；水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣狀況的影響最大.

（2） 日產(chǎn)氣量隨接種率和水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而減少，接種率為75%時(shí)比接種率為65%時(shí)的實(shí)驗(yàn)組的日產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率更加穩(wěn)定；高溫更有利于產(chǎn)氣量的提高，但存在產(chǎn)氣過程不穩(wěn)定的情況，同時(shí)高溫需要消耗更多能源.

（3） 從整體實(shí)驗(yàn)的日產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率的對(duì)比結(jié)果分析可知，當(dāng)溫度為40℃、接種率為75%以及水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90%時(shí)產(chǎn)氣效果最為穩(wěn)定，對(duì)餐廚垃圾的合理資源化利用更有益.

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