微量金屬對餐廚垃圾厭氧消化過程中氨氮含量的影響

摘 要：以餐廚垃圾為研究對象，采用中溫（35℃）厭氧消化，研究不同微量金屬Fe、Co投加量條件下對餐廚垃圾厭氧消化過程中氨氮含量的影響。研究表明，投加微量金屬元素在厭氧消化12d內會抑制氨氮的積累，而投加金屬元素的量低于0.0025mgoL-1·d-1時，消化反應在12d后氨氮的積累量會提高，氨氮的積累速率最高分別為17.72mgoL-1·d-1、18.27mgoL-1·d-1。

關鍵詞：餐廚垃圾；Fe；Co；厭氧消化；氨氮

餐廚垃圾容易腐爛變質，滋生病菌，造成疾病的傳播；散發的惡臭氣體污染大氣；易產生滲濾液而污染地表水和地下水[1]。在我國城市生活垃圾構成中，餐廚垃圾的比例約37%～62%[2]。由于餐廚垃圾含水率高，有機物含量高[3]，傳統的處理方法，如填埋法不僅造成餐廚垃圾中營養價值的損失，而且容易產生溫室氣體、滲濾液等二次污染物[4]。在世界能源緊缺的時代，利用餐廚垃圾作為厭氧消化產沼氣的原料，既可以獲得清潔能源，又減少了污染物的排放，是目前餐廚垃圾無害化處理和資源化利用的一種有效途徑。

厭氧消化對無機營養缺乏較為敏感，補充甲烷菌所需的必要無機營養元素（主要是微量金屬元素），是提高厭氧消化效率的重要途徑；其中Fe、Co、Ni等微量營養元素對甲烷菌生長和活性具有重要的促進作用。微量金屬元素還可以發生某些特殊的轉化，并提高微生物對有毒污染物質的耐受能力。一般情況下，投加低濃度金屬離子對甲烷菌有利，當濃度大于一定值后，就會抑制甲烷菌的活性。

在厭氧消化過程中，氨氮是微生物重要的氮源，但其濃度過高會快速抑制甲烷菌的活性。氨氮在厭氧消化中起著多重作用：一方面，氨氮是厭氧微生物的營養物質，并提供了厭氧消化體系的部分堿度；另一方面，氨氮濃度超過一定值后會對厭氧消化體系產生較強的抑制作用，甚至導致厭氧處理系統失穩。

目前，國內外關于微量金屬對于厭氧消化過程中氨氮含量的影響的研究鮮有報道。為此，本研究以餐廚垃圾為研究對象，研究微量Fe和Co對餐廚垃圾厭氧消化過程氨氮的影響。

1 材料與方法

餐廚垃圾取自校食堂，將其用打漿機粉碎，使固體顆粒直徑小于1mm。以1L帶有橡膠塞的棕色廣口瓶作為反應器，初始餐廚垃圾量為0.7L；充氮氣使系統保持厭氧環境，置于120rpm，35℃恒溫水浴振蕩器中。試驗設定周期為25d，每5d取樣一次分析氨氮的變化情況。Fe和Co的化合物形式和投加量見表1。

表1 Fe、Co投加量對餐廚垃圾厭氧消化的影響試驗方案

2 結果與分析

2.1 微量Fe對餐廚垃圾厭氧消化過程中氨氮含量的影響

不同微量Fe投加量下，厭氧消化過程氨氮含量變化情況如圖1所示。可以發現，隨著反應進行，氨氮量迅速增加，12d內Fe1組氨氮增加量和增加速率均高于其他組。隨后Fe2和Fe3兩組氨氮迅速增加，其他組則逐漸趨于穩定。投加量為0.0025mgoL-1·d-1時，反應器中氨氮的積累量最大，為415.87mg/L。

2.2 微量Co對餐廚垃圾厭氧消化過程中氨氮含量的影響

不同微量Co投加量下，厭氧消化過程氨氮含量變化情況如2所示。可以看出，隨著反應進行，氨氮量迅速增加，12d內Co1組氨氮增加量和增加速率均高于其他組，隨后逐漸趨于穩定。Co2、Co3兩組在12d后，氨氮積累速率迅速升高。Co的投加量為0.0025mgoL-1·d-1時，氨氮的含量最高，為418.61mgoL-1。

3 結束語

研究了不同微量金屬Fe和Co投加量條件下對餐廚垃圾厭氧消化過程中氨氮含量的影響。結果表明，實驗開始階段，氨氮的積累較快，隨著反應的進行逐漸趨于穩定。投加微量金屬元素Fe和Co，在反應初期會抑制氨氮含量的提高；后期，投加量低于0.0025mgoL-1od-1時則會提高氨氮含量。

參考文獻

[1]呂凡，何品晶，邵立明，等.易腐性有機垃圾的產生與處理技術途徑比較[J].環境污染治理技術與設備，2003，4（8）：46-50.

[2]陳朱蕾，周磊，江娟，等.糞便與廚余垃圾現場處理研究[J].環境科學學報，2005，26（5）：196-199.

[3]王星，王德漢，徐菲，等.餐廚垃圾厭氧消化的工藝比選研究[J].能源工程，2005，（5）：27-31.

[4]Speece R.E.“Nutrient requirements”in：Anaerobic digestion of Biogass[M].USA：Elsevier Applied Sciences Pub，1987.