不同物料配比对餐厨垃圾中温厌氧发酵过程的影响
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摘 要：在接种量、温度、pH不变的情况下，研究餐厨垃圾与河底淤泥联合发酵时不同的物料配比对中温湿法厌氧发酵过程的影响。改变餐厨垃圾与河底淤泥的VS比值，实时监测产生的总气体量和甲烷气体含量，结果表明联合发酵比单独发酵能更快地启动且累积产气量大，同时确定了VS比为1：1时为最佳物料比。
关键词：餐厨垃圾 污泥 物料比 中温厌氧发酵
中图分类号：X712 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）02（a）-0103-02
餐厨垃圾产量高、成份复杂，可生物降解能力强，资源化利用空间很大，但未经妥善处理的餐厨垃圾危害也极大，因此餐厨垃圾进行资源化处理具有十分重要的意义和发展前景。餐厨垃圾处理技术主要有饲料化、堆肥化和厌氧消化等，而厌氧消化技术是目前最常用的餐厨垃圾处理技术。厌氧消化工艺种类多、机理复杂、影响产气量因素多，对厌氧消化反应条件进行合理设计和优化，是目前比較重要的研究方向[1]。影响厌氧消化最常见的因素有pH、温度、碳氮比、接种比等。大量研究已经表明厌氧消化反应器的最佳pH是6.5～7.5，最佳温度分为55℃高温发酵和35℃中温发酵，但高温发酵对温度变化较敏感，而中温发酵相对稳定[2-3]。梁银春[4]等研究了不同碳氮比对干法厌氧消化产沼气特性的影响，结果确定碳氮比为15时累积产气量最高。郑晓伟等[5]针对不同接种比对餐厨垃圾干式厌氧发酵启动的影响，对比分析了不同接种比对餐厨垃圾干式厌氧发酵启动过程的影响。除了这些基本影响因素外，餐厨垃圾和其他物料联合发酵也会对产气过程有重要影响，而这方面的研究还不够完善，因此本文通过餐厨垃圾与河底淤泥联合发酵，研究不同的物料配比对厌氧消化过程的影响。
1 实验材料
实验所用设备和耗材有：马弗炉、恒温培养箱、摇床、烘箱、500mL集气瓶、集气袋、量筒、烧杯、瓷坩埚、破碎机、超纯水仪、pH计等。实验所用餐厨垃圾来自某高校食堂，主要成份有米饭、蔬菜和猪肉，用破碎机破碎后冰箱保存。联合发酵污泥取自某河流河底淤泥，接种物来自污水处理厂厌氧消化池，实验前将污泥和接种物均放在35℃恒温培养箱中预培养1～2d。
2 实验方法
2.1 物料特性测定
采用重量法测餐厨垃圾和河底淤泥的含水率、TS和VS。具体过程如下：用分析天平准确称取餐厨100g置于烘箱中，在105℃～108℃的条件下，烘燥数小时，取出称重后继续放入烘箱处理30min，复取出称重，如此重复两三次直至达到恒重，然后记录数据，即可求出含水率和TS。
将准备好的瓷坩埚放入马弗炉中，在600℃灼烧30min，取出瓷坩埚放入干燥器中冷却后在电子天平上称重，记下坩埚重量W1（g）。再将上述烘箱中烘干的餐厨放入坩埚中，在600℃灼烧2h，取出瓷坩埚放入干燥器中冷却后在电子天平上称重，记下重量W2（g），由此求出餐厨的VS。河底淤泥的测定过程同餐厨垃圾。根据记录的数据求得结果如表1。
2.2 实验装置
本实验采用35℃中温湿法厌氧发酵，以500mL集气瓶为厌氧发酵罐，研究不同物料比对厌氧消化产气的影响。分别设置物料比（餐厨、河底淤泥VS比）为1：1，2：1和1：2，分别记作A组、B组、C组，然后各加入等量的接种物，再加超纯水定容至400mL，最后用Ca（OH）2溶液调整pH至7.0。在其他条件都相同的条件下，设立空白对照组，即只加餐厨不加河底淤泥，记为D组;只加河底淤泥而不加餐厨，记为E组。以上各组均设两个平行样。在各组集气瓶中通入氮气除氧后，用橡胶塞密封，外接导管连接500mL铝箔集气袋，置于温度35℃恒温摇床中。每隔一天观察集气袋中气体总量并用排NaOH溶液法测定甲烷气体量;同时取上清液测pH值，当呈酸性时及时加Ca（OH）2溶液调整为7.0。
3 实验结果和讨论
实验进行第3天，A组（物料比1：1）、B组（物料比2：1）、E组（仅含淤泥）均有气体产生，将产生的气体用排NaOH溶液法测定，发现气体全部被吸收。表明A组、B组物料比能够有利于厌氧发酵的启动，而且前期主要是产酸阶段，产生的气体主要是CO2、H2S等溶于NaOH的气体。实验继续进行时，B组和E组产气明显减少，仅A组继续产气，且A组产生的气体用排NaOH溶液法测定，仅部分被吸收，证明有甲烷气体产生。经测量，A组实验进行10d的总产气量约1050 mL，甲烷气体量约300mL。说明物料比是1：1时，产甲烷阶段能够顺利进行，因此在温度、pH一定时，物料比1：1是最佳反应条件。
C组（物料比1：2）和D组（仅含餐厨）直至实验结束始终无气体产生。原因可能是C组淤泥量比餐厨多，而淤泥中的含氮量较高，造成碳氮比偏低影响了厌氧消化的启动。而D组未加淤泥无气体产生，说明餐厨和淤泥联合发酵可以更快更好的进行。各组厌氧消化产气情况对比见图1。
4 结语
本文通过餐厨垃圾与河底淤泥联合发酵，采用不同的物料配比，研究35℃中温湿法厌氧发酵过程中产气情况。实验过程中控制相同的接种量、温度、pH，仅改变餐厨垃圾与河底淤泥的VS比值，实时监测产生的总气体量和甲烷气体含量，结果表明联合发酵比单独发酵能更快的启动且产气量大，同时确定了VS比为1：1时为最佳物料比。
参考文献
[1] 郑巧利，王国芳，刘婷婷.餐厨垃圾资源化处理技术研究进展[J].科技创新导报，2018（7）：143-144.
[2] 何品晶.固体废物处理与资源化技术[M].北京：高等教育出版社，2011.
[3] 郭晓慧.餐厨垃圾厌氧消化产甲烷工艺特性及其微生物学机理研究[D].浙江大学，2014.
[4] 梁银春，黄逸鑫，郭晓博.不同碳氮比对干法厌氧消化产沼气特性及细菌群落多样性的影响[J].环境工程学报，2016，10（10）：5979-5985.
[5] 郑晓伟，李兵，李益.接种比对餐厨垃圾干式厌氧发酵启动的影响[J].环境工程学报，2014，8（3）：1158-1160.
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