不同物料配比對餐廚垃圾中溫厭氧發酵過程的影響

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合發酵時不同的物料配比對中溫濕法厭氧發酵過程的影響。改變餐廚垃圾與河底淤泥的VS比值，實時監測產生的總氣體量和甲烷氣體含量，結果表明聯合發酵比單獨發酵能更快地啟動且累積產氣量大，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、影響產氣量因素多，對厭氧消化反應條件進行合理設計和優化，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℃高溫發酵和35℃中溫發酵，但高溫發酵對溫度變化較敏感，而中溫發酵相對穩定[2-3]。梁銀春[4]等研究了不同碳氮比對干法厭氧消化產沼氣特性的影響，結果確定碳氮比為15時累積產氣量最高。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合發酵也會對產氣過程有重要影響，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合發酵，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。聯合發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℃恒溫培養箱中預培養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，烘燥數小時，取出稱重后繼續放入烘箱處理30min，復取出稱重，如此重復兩三次直至達到恒重，然后記錄數據，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。根據記錄的數據求得結果如表1。

2.2 實驗裝置

本實驗采用35℃中溫濕法厭氧發酵，以500mL集氣瓶為厭氧發酵罐，研究不同物料比對厭氧消化產氣的影響。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）均有氣體產生，將產生的氣體用排NaOH溶液法測定，發現氣體全部被吸收。表明A組、B組物料比能夠有利于厭氧發酵的啟動，而且前期主要是產酸階段，產生的氣體主要是CO2、H2S等溶于NaOH的氣體。實驗繼續進行時，B組和E組產氣明顯減少，僅A組繼續產氣，且A組產生的氣體用排NaOH溶液法測定，僅部分被吸收，證明有甲烷氣體產生。經測量，A組實驗進行10d的總產氣量約1050 mL，甲烷氣體量約300mL。說明物料比是1：1時，產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生，說明餐廚和淤泥聯合發酵可以更快更好的進行。各組厭氧消化產氣情況對比見圖1。

4 ?結語

本文通過餐廚垃圾與河底淤泥聯合發酵，采用不同的物料配比，研究35℃中溫濕法厭氧發酵過程中產氣情況。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，實時監測產生的總氣體量和甲烷氣體含量，結果表明聯合發酵比單獨發酵能更快的啟動且產氣量大，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沼氣特性及細菌群落多樣性的影響[J].環境工程學報，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酵啟動的影響[J].環境工程學報，2014，8（3）：1158-1160.