餐厨垃圾厌氧发酵影响因素及产物分析2

餐厨垃圾厌氧发酵影响因素及产物分析

杨林海

(兰州理工大学，甘肃 兰州 730000)

摘要：对城市餐厨垃圾进行了厌氧发酵实验，探讨了活性污泥来源、基质来源、盐分、以及基质粒度等因素对餐厨垃圾厌氧发酵的影响。实验结果表明:化粪池污泥接种餐厨垃圾厌氧发酵产气效果明显；当碳氮比在30左右时产气量增加趋于平稳；钠盐浓度大于5g/L的基质对餐厨垃圾厌氧发酵有抑制作用，钠盐浓度小于5g/L的基质对餐厨垃圾厌氧发酵有促进作用；减小基质的颗粒粒度可以加快厌氧发酵产气速度，缩短发酵时间，提高垃圾的减量化。此外，在餐厨垃圾厌氧堆肥发酵过程中，pH一般会降低。 关键词：餐厨垃圾；厌氧发酵；影响因素

The influence factors of food waste anaerobic digestion and product analysis

Yang lin-hai

（Lanzhou university of technology ,Lanzhou Gansu 730000,China）

Abstract：In the experiments of city food waste anaerobic digestion.. The effects of sources of activated sludge, sources of food waste, salinity, and matrix size, on anaerobic digestion were discussed in detail. The results showed that the gas anaerobic fermentation is obvious effect using the septic tank sludge;when C/N in about 30 than gas production tend to be stable; the salinity more than 5g/L can inhibit anaerobic fermentation, opposite the salinity less than 5g/L can promote anaerobic fermentation ; reduce the size of matrix can accelerate gas velocity and shortens fermentation time; In the actual, the pH generally can be decreased.

Key words: food waste；anaerobic fermentation；influence factors

餐厨垃圾俗称泔水，是指宾馆、饭店、餐馆和机关、院校、企事业单位在食品加工、餐饮服务、单位供餐等活动过程中产生的废弃物。餐厨垃圾含有丰富的有机物和营养元素，含水率高、易腐烂、容易产生臭气和污水等，如果不能及时处置，将对周围的环境卫生造成严重影响。传统的餐厨垃圾处置方法有直接填埋、作猪饲料、堆肥等。直接填埋处置的方法存在明显不足，如产生温室气体、渗滤液等。随着《中华人民共和国动物防疫法》的颁布实施， 餐厨垃圾直接用作猪饲料的方法也受到了限制；而餐厨垃圾由于含水率和含盐量高，堆肥过程中的通风条件和微生物生长受到影响，堆肥效果差。同以上方法相比，厌氧消化工艺是处理餐厨垃圾等有机废弃物的较好途径， 它不仅可以降解餐厨垃圾中的有机物，还能生成生物气，残余物再经离心机分离和烘干得到一种可用的饲料，实现资源化再利用

[2]-[4]

[1]

。

1．厌氧发酵的原理

厌氧堆肥是在缺氧条件下利用厌氧微生物进行的腐败发酵分解, 其最终产物除了二氧化碳和水外, 还有氨、硫化氢、甲烷和其他有机酸等物质, 其中氨、硫化氢等物质有异臭气味, 而且厌氧堆肥需要的时间也很长,完全腐熟往往需要几个月的时间。

厌氧堆肥过程主要分为两个阶段: 第一阶段是产酸阶段, 产酸菌将大分子有机物降解为小分子的有机酸和乙酸、丙醇等物质; 第二阶段为产甲烷阶段。甲烷菌把有机酸继续分解为甲烷气体。

厌氧过程没有氧参加, 酸化过程产生的能量较少,许多能量保留在有机酸分子中, 在甲烷细菌作用下以甲烷气体的形式释放出来。厌氧堆肥的特点是反应步骤多, 速度慢, 时间长

[7],[8]

。

2.实验部分

2.1仪器

500毫升消化瓶，500毫升集气瓶，100毫升量筒，聚乙烯管，保温箱，温度计，水

浴锅，采样器。

2.2试剂

3%NaOH溶液，蒸馏水。

2.3实验装置

试验装置（图1）主要由500mL 的广口消化瓶，500 mL 集气瓶和100 mL 量筒三部分组成。消化瓶处在（55±1）℃的水浴中，消化过程产生的气体经聚乙烯管进入集气瓶，同时等体积的3%NaOH 溶液在压力作用下置换溢流至量筒，量筒中液体的体积读数即为所产甲烷气体的体积。在试验材料入瓶前和每次取样前，先关闭阀门3，然后在材料入瓶后和取样完成后打开阀门2，从阀门1 向消化瓶通入N2 2 min，以保持消化瓶内的厌氧环境。

[6]

图1 厌氧发酵装置示意图

2.4实验步骤

2.4.1不同来源接种污泥对城市餐厨垃圾厌氧堆肥发酵实验研究

将化粪池污泥、终沉池污泥、河沟污泥、脱水间污泥、厌氧污泥、二沉池污泥六种不同来源的污泥各取100ml，于100g餐厨垃圾和等量的蒸馏水充分混合均匀 ,装入六个消化瓶内,组装成六套装置并分别编号为L1 、L2、L3、L4、L5、L6，然后密封 ,置于 (55 ±1) ℃的恒温水浴锅中，进行试验,每隔 24 h记录累积产气量（量筒中3%NaOH 溶液的体积）。从第 2 d开始 ,间隔 1 d取样 ,测定消化液 pH值、观察微生物的活性及微生物菌群变化规律。试验过程中 ,采用3%NaOH溶液调节系统的 pH值 ,具体调节方式为:在试验阶段,分两次依次加入5ml、4ml的3%NaOH溶液 ,以防止因酸化水解导致系统的 pH值骤降。直到不再产气为止，停止试验。

14

121086420

5

10累计日期/d

15

20

累计产气量/ml

图2 六种污泥接种餐厨垃圾累积产气量随反应时间的变化曲线

这六种污泥接种餐厨垃圾所产气体随反应时间的变化曲线如图2 所示。由图2可知,各体系反应启动阶段产气量增加均较缓慢，而在3天后反应速率明显加快，尤其L5、L6增加幅度更明显。此时微生物的活性最好，尤其L5、L6的活性更好，细菌数量明显增加。L6、L5 较其他反应体系所产累积气体体积高,在12d 时,累积所产气体量达到最大值 ,其中L6所产累积气体量达到11.38ml，L5所产累积气体量达到11.51ml。

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参数值

脱水间污二泥沉池污泥河沟污厌泥氧池污化泥粪池污终泥沉池污泥

污泥类型

图3 不同来源污泥接种餐厨垃圾厌氧堆肥发酵细菌总数、pH和累计产气量对比 由上述实验分析得出以下结论：对于不同来源污泥接种餐厨垃圾厌氧堆肥发酵试验，根据20天厌氧堆肥发酵累计产气量情况、PH变化、微生物活性和每毫升菌液微生物总个数分析，不同来源活性污泥接种城市厨垃圾进行厌氧发酵产气效果顺序为：化粪池污泥>终沉池污泥>脱水间污泥>二沉池污泥>河沟污泥>厌氧污泥。化粪池污泥和终沉池污泥为最优活性污泥。 2.4.2相同接种污泥对不同餐厨垃圾厌氧堆肥发酵实验研究

将最优活性污泥震荡混合均匀，然后把混合均匀的活性污泥取五等份，每等份取60ml。取五种不同来源的餐厨垃圾各50g、等量的蒸馏水、活性污泥三者混合均匀，装入五个相同规格的消化瓶，组成五套装置分别编号L1、L2、L3、L4、L5，然后密封 ,置于 (55 ±1) ℃的恒温水浴锅中，进行试验,每隔 24 h记录累积产气量。从第 2 d开始 ,间隔 1 d取样 ,测定消化液 pH值、观察微生物的活性及微生物菌群变化规律。试验过程中 ,采用3%NaOH调节系统的 pH值 ,具体调节方式为:在试验阶段,分两次依次加入5ml、4ml的3%NaOH溶液 ,以防止因酸化水解导致系统的 pH值骤降。直到不再产气为止，停止试验。

7

65432100

5

10

累积日期/d

累积产气量/ml

1520

图4 相同污泥接种不同种类的餐厨垃圾累积产气量随反应时间的变化曲线 由图4知，在前两天, 由于反应系统不稳定，微生物中总细菌的总个数比较少，累计产气量增加很慢,。从第三天开始,累计产气量迅速增加,尤其火锅店和学生食堂增加快。随着反应的进行, pH值将逐渐的降低,在2～5天之间，曲线的斜率最大，表示此阶段的反应速率很快。随着反应的不断进行，由于反应基质的不断消耗，反应速率逐渐降低，在第12 天时累计产气量达到高峰，之后产气量的增加趋于平稳。火锅店在15天内累计产气量最多，累计产气量为6.39ml,其次是学生食堂在15天内累计产气量最多，累计产气量为5.81ml.而此时所有系统的PH值相对较高，这是由于添加3%NaOH溶液所致。

参数值

大饭店小饭店牛肉

面馆学生食堂火锅店

垃圾来源

图5 相同污泥接种不同餐厨垃圾厌氧堆肥发酵细菌总数、pH和累计产气量对比图 由图5知，在最优污泥接种不同来源餐厨垃圾厌氧堆肥发酵反应中，火锅店餐厨垃圾和学生食堂餐厨垃圾厌氧堆肥发酵累计产气量较高，火锅店基质每毫升菌液细菌总数最多，该系统的pH值为3.94。

有上述实验得出以下结论：火锅店和学生食堂的餐厨垃圾是餐厨垃圾厌氧堆肥发酵较好的基质。

2.4.3盐度对城市餐厨垃圾厌氧发酵产气实验研究

将活性污泥震荡混合均匀，然后取四等份，每等份取100ml,分别与最优餐厨垃圾50g和等量的蒸馏水混合均匀，装入四个相同规格的消化瓶，组成四套装置分别编号L1、L2、L3、L4，然后密封 ,置于 (55 ±1) ℃的恒温水浴锅中，进行试验,每隔 24 h记录累积产气量。从第 2 d开始 ,间隔 1 d取样 ,测定消化液 pH值、观察微生物的活性及微生物菌群变化规律。直到不再产气为止，停止试验。

180

[***********]200

510累积日期/d

15

累计产气量/m

l

图6盐度与城市餐厨垃圾厌氧发酵累计产气量随反应时间变化曲线

发酵系统中，盐分主要以NaCl为主。从图6可以看出,在反应第2天～第4天2.5倍和10倍水浸泡的基质产气效果明显，从第6天以后，反应基本停止。。

由上述实验得出以下结论：餐厨垃圾垃圾中含有较高的盐分，而在餐厨垃圾的厌氧消化的过程中，甲烷菌对盐类较为敏感，尤其是当钠盐的浓度突然增加时，厌氧消化过程的正常运行会受到冲击。高浓度的盐分会对餐厨垃圾厌氧发酵具有抑制作用，而低浓度的盐分可以促进反应的进行。无机盐对餐厨垃圾的厌氧消化的影响，其主要原因在于无机盐对微生物的生长抑制主要表现在微生物外界中渗透压较高，造成微生物代谢酶活性降低，严重时引起细胞壁分离，甚至死亡。

2.4.4粒度对城市餐厨垃圾厌氧发酵产气实验研究概述

将最优污泥震荡混合均匀，然后把混合均匀的活性污泥取四等份，每等份取100ml,分

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别与最优餐厨垃圾各50g和等量的蒸馏水混合均匀，装入四个相同规格的消化瓶，组成四套装置分别编号L1、L2、L3、L4，然后密封 ,置于 (55 ±1) ℃的恒温水浴锅中，进行试验,每隔 24 h记录累积产气量。从第 2 d开始 ,间隔 1 d取样 ,测定消化液 pH值、观察微生物的活性及微生物菌群变化规律。直到不再产气为止，停止试验。

300

累计产气量/ml

[**************]0

2

4

6

累积日期/d

8

10

12

图7不同粒度基质对城市餐厨垃圾厌氧发酵累计产气量随反应时间变化曲线 针对不同粒度基质对城市餐厨垃圾厌氧堆肥发酵的影响，在反应体系中，有四种不同粒度的基质反应系统。由图7得出：细颗粒基质系统累计产气量L1明显高于其他反应系统，L1结束反应时，累计产气量为258ml；反应速度L1>L4>L3>L2；在相同的基质相同反应条件下，L1反应先结束。因此基质粒度减小可使比表面积增大，加快产气速度，提高垃圾的减量化效率。

3．结论

通过对城市餐厨垃圾厌氧堆肥实验研究，众多影响因素，导致反应系统不稳定。主要的影响因素包括不同的活性污泥、不同来源的基质、盐度以及粒度。由实验得出以下结论：

（1）通过六种不同污泥接种城市餐厨垃圾厌氧堆肥实验，化粪池污泥做为餐厨垃圾堆肥发酵的最优污泥。其主要原因是具有产气的优势菌群，其菌群的活性较高且细菌总数也比较多。

（2）不同的基质影响着城市餐厨垃圾厌氧堆肥反应，火锅店和学生食堂餐厨垃圾是做为餐厨垃圾发酵的最优基质。

（3）减小基质粒度可增大比表面积，加快产气， 提高餐厨垃圾的减量化程度，还可以缩短发酵时间。

（4）餐厨垃圾中含有较高的盐分，高浓度的盐分会对餐厨垃圾厌氧发酵具有抑制作用，而低浓度的盐分，可以促进反应的进行。

参考文献

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