不同物料配比對餐廚垃圾中溫厭氧發(fā)酵過程的影響

鄭巧利 林慧敏 蔣夢茜 戴一楓

摘 ? 要：在接種量、溫度、pH不變的情況下，研究餐廚垃圾與河底淤泥聯(lián)合發(fā)酵時不同的物料配比對中溫濕法厭氧發(fā)酵過程的影響。改變餐廚垃圾與河底淤泥的VS比值，實時監(jiān)測產(chǎn)生的總氣體量和甲烷氣體含量，結果表明聯(lián)合發(fā)酵比單獨發(fā)酵能更快地啟動且累積產(chǎn)氣量大，同時確定了VS比為1：1時為最佳物料比。

關鍵詞：餐廚垃圾 ?污泥 ?物料比 ?中溫厭氧發(fā)酵

中圖分類號：X712 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）02（a）-0103-02

餐廚垃圾產(chǎn)量高、成份復雜，可生物降解能力強，資源化利用空間很大，但未經(jīng)妥善處理的餐廚垃圾危害也極大，因此餐廚垃圾進行資源化處理具有十分重要的意義和發(fā)展前景。餐廚垃圾處理技術主要有飼料化、堆肥化和厭氧消化等，而厭氧消化技術是目前最常用的餐廚垃圾處理技術。厭氧消化工藝種類多、機理復雜、影響產(chǎn)氣量因素多，對厭氧消化反應條件進行合理設計和優(yōu)化，是目前比較重要的研究方向[1]。影響厭氧消化最常見的因素有pH、溫度、碳氮比、接種比等。大量研究已經(jīng)表明厭氧消化反應器的最佳pH是6.5～7.5，最佳溫度分為55℃高溫發(fā)酵和35℃中溫發(fā)酵，但高溫發(fā)酵對溫度變化較敏感，而中溫發(fā)酵相對穩(wěn)定[2-3]。梁銀春[4]等研究了不同碳氮比對干法厭氧消化產(chǎn)沼氣特性的影響，結果確定碳氮比為15時累積產(chǎn)氣量最高。鄭曉偉等[5]針對不同接種比對餐廚垃圾干式厭氧發(fā)酵啟動的影響，對比分析了不同接種比對餐廚垃圾干式厭氧發(fā)酵啟動過程的影響。除了這些基本影響因素外，餐廚垃圾和其他物料聯(lián)合發(fā)酵也會對產(chǎn)氣過程有重要影響，而這方面的研究還不夠完善，因此本文通過餐廚垃圾與河底淤泥聯(lián)合發(fā)酵，研究不同的物料配比對厭氧消化過程的影響。

1 ?實驗材料

實驗所用設備和耗材有：馬弗爐、恒溫培養(yǎng)箱、搖床、烘箱、500mL集氣瓶、集氣袋、量筒、燒杯、瓷坩堝、破碎機、超純水儀、pH計等。實驗所用餐廚垃圾來自某高校食堂，主要成份有米飯、蔬菜和豬肉，用破碎機破碎后冰箱保存。聯(lián)合發(fā)酵污泥取自某河流河底淤泥，接種物來自污水處理廠厭氧消化池，實驗前將污泥和接種物均放在35℃恒溫培養(yǎng)箱中預培養(yǎng)1～2d。

2 ?實驗方法

2.1 物料特性測定

采用重量法測餐廚垃圾和河底淤泥的含水率、TS和VS。具體過程如下：用分析天平準確稱取餐廚100g置于烘箱中，在105℃～108℃的條件下，烘燥數(shù)小時，取出稱重后繼續(xù)放入烘箱處理30min，復取出稱重，如此重復兩三次直至達到恒重，然后記錄數(shù)據(jù)，即可求出含水率和TS。

將準備好的瓷坩堝放入馬弗爐中，在600℃灼燒30min，取出瓷坩堝放入干燥器中冷卻后在電子天平上稱重，記下坩堝重量W1（g）。再將上述烘箱中烘干的餐廚放入坩堝中，在600℃灼燒2h，取出瓷坩堝放入干燥器中冷卻后在電子天平上稱重，記下重量W2（g），由此求出餐廚的VS。河底淤泥的測定過程同餐廚垃圾。根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)求得結果如表1。

2.2 實驗裝置

本實驗采用35℃中溫濕法厭氧發(fā)酵，以500mL集氣瓶為厭氧發(fā)酵罐，研究不同物料比對厭氧消化產(chǎn)氣的影響。分別設置物料比（餐廚、河底淤泥VS比）為1：1，2：1和1：2，分別記作A組、B組、C組，然后各加入等量的接種物，再加超純水定容至400mL，最后用Ca（OH）2溶液調(diào)整pH至7.0。在其他條件都相同的條件下，設立空白對照組，即只加餐廚不加河底淤泥，記為D組;只加河底淤泥而不加餐廚，記為E組。以上各組均設兩個平行樣。在各組集氣瓶中通入氮氣除氧后，用橡膠塞密封，外接導管連接500mL鋁箔集氣袋，置于溫度35℃恒溫搖床中。每隔一天觀察集氣袋中氣體總量并用排NaOH溶液法測定甲烷氣體量;同時取上清液測pH值，當呈酸性時及時加Ca（OH）2溶液調(diào)整為7.0。

3 ?實驗結果和討論

實驗進行第3天，A組（物料比1：1）、B組（物料比2：1）、E組（僅含淤泥）均有氣體產(chǎn)生，將產(chǎn)生的氣體用排NaOH溶液法測定，發(fā)現(xiàn)氣體全部被吸收。表明A組、B組物料比能夠有利于厭氧發(fā)酵的啟動，而且前期主要是產(chǎn)酸階段，產(chǎn)生的氣體主要是CO2、H2S等溶于NaOH的氣體。實驗繼續(xù)進行時，B組和E組產(chǎn)氣明顯減少，僅A組繼續(xù)產(chǎn)氣，且A組產(chǎn)生的氣體用排NaOH溶液法測定，僅部分被吸收，證明有甲烷氣體產(chǎn)生。經(jīng)測量，A組實驗進行10d的總產(chǎn)氣量約1050 mL，甲烷氣體量約300mL。說明物料比是1：1時，產(chǎn)甲烷階段能夠順利進行，因此在溫度、pH一定時，物料比1：1是最佳反應條件。

C組（物料比1：2）和D組（僅含餐廚）直至實驗結束始終無氣體產(chǎn)生。原因可能是C組淤泥量比餐廚多，而淤泥中的含氮量較高，造成碳氮比偏低影響了厭氧消化的啟動。而D組未加淤泥無氣體產(chǎn)生，說明餐廚和淤泥聯(lián)合發(fā)酵可以更快更好的進行。各組厭氧消化產(chǎn)氣情況對比見圖1。

4 ?結語

本文通過餐廚垃圾與河底淤泥聯(lián)合發(fā)酵，采用不同的物料配比，研究35℃中溫濕法厭氧發(fā)酵過程中產(chǎn)氣情況。實驗過程中控制相同的接種量、溫度、pH，僅改變餐廚垃圾與河底淤泥的VS比值，實時監(jiān)測產(chǎn)生的總氣體量和甲烷氣體含量，結果表明聯(lián)合發(fā)酵比單獨發(fā)酵能更快的啟動且產(chǎn)氣量大，同時確定了VS比為1：1時為最佳物料比。

參考文獻

[1] 鄭巧利，王國芳，劉婷婷.餐廚垃圾資源化處理技術研究進展[J].科技創(chuàng)新導報，2018（7）：143-144.

[2] 何品晶.固體廢物處理與資源化技術[M].北京：高等教育出版社，2011.

[3] 郭曉慧.餐廚垃圾厭氧消化產(chǎn)甲烷工藝特性及其微生物學機理研究[D].浙江大學，2014.

[4] 梁銀春，黃逸鑫，郭曉博.不同碳氮比對干法厭氧消化產(chǎn)沼氣特性及細菌群落多樣性的影響[J].環(huán)境工程學報，2016，10（10）：5979-5985.

[5] 鄭曉偉，李兵，李益.接種比對餐廚垃圾干式厭氧發(fā)酵啟動的影響[J].環(huán)境工程學報，2014，8（3）：1158-1160.