餐廚垃圾發(fā)酵產(chǎn)氣潛力與特性*

梅　冰，謝　影（1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)節(jié)能減排檢測工程中心，云南　昆明　650000；2.云南省高校生物天然氣產(chǎn)業(yè)化技術(shù)工程研究中心，云南　昆明　650201；.重慶大學(xué)，重慶　400045）

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餐廚垃圾發(fā)酵產(chǎn)氣潛力與特性*

梅冰1，2，謝影3
（1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)節(jié)能減排檢測工程中心，云南昆明650000；2.云南省高校生物天然氣產(chǎn)業(yè)化技術(shù)工程研究中心，云南昆明650201；3.重慶大學(xué)，重慶400045）

【摘要】以餐廚垃圾為發(fā)酵原料，在恒溫37℃下進(jìn)行批式沼氣發(fā)酵試驗(yàn)，測定發(fā)酵過程中的VS產(chǎn)氣潛力、產(chǎn)氣速率、pH等指標(biāo)。結(jié)果顯示：在4.0 kg/m3負(fù)荷下運(yùn)行沼氣中CH4含量為73.40%，甲烷產(chǎn)率為377 mL/g，甲烷含量、VS利用率與甲烷產(chǎn)率方面都明顯優(yōu)于在2.0 kg/m3負(fù)荷下運(yùn)行結(jié)果。

【關(guān)鍵詞】餐廚垃圾；產(chǎn)氣潛力；甲烷

隨著餐飲業(yè)的發(fā)展，餐廚垃圾的產(chǎn)生量越來越大，餐廚垃圾對環(huán)境的污染以及對公共衛(wèi)生的危害日趨嚴(yán)重，其危害已引起全社會的高度關(guān)注。在能源、環(huán)境問題日益突出的背景下，開發(fā)餐廚垃圾高效厭氧消化技術(shù)是減少環(huán)境污染、回收其內(nèi)清潔能源的最佳技術(shù)途徑之一［1］。本研究以餐廚垃圾為發(fā)酵原料，以原料產(chǎn)沼氣潛力和污染物降解為試驗(yàn)核心展開，以期為餐廚垃圾配套沼氣工程的工藝設(shè)計(jì)、餐廚垃圾處理環(huán)保工程設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)參數(shù)。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)所用餐廚垃圾來自重慶大學(xué)的學(xué)生餐館。餐廚垃圾通過自動破碎機(jī)破碎成平均大小為5.0 mm的碎片。試驗(yàn)樣品主要理化性質(zhì)指標(biāo)測試結(jié)果見表1。本次試驗(yàn)發(fā)酵原料是TS為8%左右的“餐廚垃圾漿液”。

表1　實(shí)驗(yàn)研究中餐廚垃圾的特性

1.2接種污泥

反應(yīng)器使用的活性污泥是厭氧消化反應(yīng)器成功啟動穩(wěn)定運(yùn)行的污泥。

1.3發(fā)酵試驗(yàn)裝置與方法

本實(shí)驗(yàn)采用批式發(fā)酵試驗(yàn)，試驗(yàn)過程中共應(yīng)用5個(gè)發(fā)酵罐進(jìn)行發(fā)酵試驗(yàn)，發(fā)酵反應(yīng)器容積為1 L的廣口瓶，反應(yīng)器有效容積為800 mL，反應(yīng)裝置示意見圖1。發(fā)酵罐溫度為37℃，應(yīng)用電熱恒溫水浴鍋水浴加熱。發(fā)酵原料和接種污泥由加料口加入，一次性5個(gè)批式反應(yīng)器內(nèi)投入的有機(jī)負(fù)荷分別為0.0、2.0、2.0、4.0、4.0 kg/m3（2.0 kg/m3和 4.0 kg/m3分別做平行試驗(yàn)），實(shí)驗(yàn)過程中不調(diào)節(jié)pH。生物氣從反應(yīng)器出氣口導(dǎo)出后收集于集氣瓶中，瓶中裝滿飽和碳酸氫鈉溶液，每天定時(shí)記錄排出的飽和碳酸氫鈉溶液的體積，即可知產(chǎn)生的沼氣體積，連續(xù)發(fā)酵20 d，發(fā)酵結(jié)束后取下密封的集氣瓶監(jiān)測沼氣成分，同時(shí)對發(fā)酵液的各項(xiàng)理化指標(biāo)進(jìn)行分析測定。

圖1　實(shí)驗(yàn)裝置

1.4試驗(yàn)監(jiān)測項(xiàng)目與方法

試驗(yàn)過程中對發(fā)酵前后的 TSS、COD、VSS/TSS、沼氣成分等指標(biāo)采取APHA的標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行測定［2］。

2　結(jié)果與分析

2.1發(fā)酵前后料液的成分分析

對5組反應(yīng)器內(nèi)發(fā)酵前后的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測，分別見表2和表3。

表2　發(fā)酵液（前）的理化性質(zhì)

從料液發(fā)酵前后的TSS、VSS、COD和pH變化可以看出，隨著發(fā)酵時(shí)間的進(jìn)行，發(fā)酵液的TSS和VSS均有不同程度的下降，說明在發(fā)酵過程中，原料被消耗并產(chǎn)生沼氣。通過計(jì)算發(fā)酵料2.0 kg/m3負(fù)荷下VS利用率為34.1%，4.0 kg/m3負(fù)荷下為40.2%，對照組為22.5%，可見在餐廚垃圾4.0 kg/m3負(fù)荷下VS利用率最高。

2.2產(chǎn)氣情況

實(shí)驗(yàn)發(fā)酵時(shí)間持續(xù)20 d，發(fā)酵過程中的日產(chǎn)氣量變化曲線如圖2所示。

圖2　每日產(chǎn)氣量

試驗(yàn)過程中，不同負(fù)荷的發(fā)酵料液產(chǎn)氣規(guī)律類似，實(shí)驗(yàn)初期產(chǎn)氣量較大，后逐漸變少，實(shí)驗(yàn)10 d以后，產(chǎn)氣量很少，故產(chǎn)氣主要集中在前10 d。實(shí)驗(yàn)過程中，發(fā)酵液氣體產(chǎn)量與氣體成分監(jiān)測結(jié)果見表4。

表4　氣體產(chǎn)量與氣體成分

餐廚垃圾4.0 kg/m3負(fù)荷下，沼氣中CH4含量為73.40%，明顯高于餐廚垃圾在2.0 kg/m3負(fù)荷的CH4的含量。餐廚垃圾在2.0 kg/m3負(fù)荷下，產(chǎn)甲烷率為332 mL/g，餐廚垃圾在4.0 kg/m3負(fù)荷下，甲烷產(chǎn)率為377 mL/g。李俊濤等［3］對泔腳進(jìn)行單相和兩相厭氧消化研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，新鮮泔腳的酸化速度很快，VFA增加非常迅速，pH快速下降；中溫（35℃）、進(jìn)料率為1 kg/m3·d、HRT為10 d的控制條件下，產(chǎn)甲烷率為330 mL/g。B.Dearman等［4］采用改進(jìn)型序批式厭氧發(fā)酵反應(yīng)器（SEBAC）處理廚余垃圾。結(jié)果表明，在腐熟、啟動反應(yīng)器之間增加回流量，能夠加快物料腐熟，但總甲烷產(chǎn)量沒有明顯的變化，分別為229L/kg和214L/kg。

在厭氧消化過程中，不同成分餐廚垃圾，使用不同工藝參數(shù)，沼氣產(chǎn)率和VS降解率有較大差異。本實(shí)驗(yàn)顯示，餐廚垃圾在4.0 kg/m3負(fù)荷下運(yùn)行，沼氣組成與甲烷產(chǎn)率方面都明顯優(yōu)于在2.0 kg/m3負(fù)荷下運(yùn)行。

3結(jié)論

1） 以餐廚垃圾為原料，在37℃下進(jìn)行批量式厭氧發(fā)酵試驗(yàn)，發(fā)酵時(shí)間為20 d，產(chǎn)氣啟動快，產(chǎn)氣量主要集中在前10 d。

2） 餐廚垃圾在4.0 kg/m3負(fù)荷下運(yùn)行，沼氣中CH4含量為73.40%，甲烷產(chǎn)率為377 mL/g，VS利用率、甲烷含量與甲烷產(chǎn)率方面都明顯優(yōu)于在2.0 kg/m3負(fù)荷下運(yùn)行結(jié)果。

3） 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為餐廚垃圾配套沼氣工程的工藝設(shè)計(jì)及餐廚垃圾處理環(huán)保工程設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)參數(shù)。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 任連海，田媛.城市典型固體廢棄物資源化工程［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

［2］ Gujer W，Zehnder A J B.Conversion processes in anaerobic digestion［J］.Water Sci Technol，1983，15：127-167.

［3］ De Baere L.Anaerobic digestion of solid waste:State-of-the-art ［J］.Water Sci Technol，2000，41（3）：283-290.

［4］ Dearman B，Bentham R H.Anaerobic digestion of food waste:Comparing leachate exchangerates in sequential batch systems digestingfoodwasteandbiosolids［J］.WasteManage，2007，27（12）：1792-1799.

E-mail：meibing11meibing@163.com。

中圖分類號：X799.3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1005-8206（2016）02-0042-03

作者簡介：梅冰（1982—），講師，從事固體廢物處理與處置方面的研究。

*基金項(xiàng)目：云南農(nóng)業(yè)大學(xué)科研啟動基金項(xiàng)目；云南農(nóng)業(yè)大學(xué)校企合作項(xiàng)目（KX141111）

收稿日期：2015-06-12

Potential and Characteristics of Biogas Production of Food Waste under Anaerobic Digestion

Mei Bing1，2，Xie Ying3
（1.Yunnan Agricultural University，F(xiàn)aculty of Civil and Architectural Engineering，Kunming Yunnan650000；2.Engineering and Research Center for Industrial Biogas Technology of Yunnan Province University，Kunming Yunnan650201；3.Chongqing University，Chongqing400045）

【Abstract】Using food waste as raw materials，the fermentation experiments were carried out at 37℃.Parameters of VS，such as production potential，production rate and pH were determined during experiments.The results showed that the content，production rate and utilization of CH4under 4.0 kg/m3loadshad better performance than those under 2.0 kg/m3loads. The percentage and the production rate ofCH4were 73.40%and 377 mL/g，respectively under 4.0 kg/m3loads.

【Key words】food waste；potential ofbiogasproduction；CH4