不同條件下餐廚垃圾厭氧發酵產沼氣狀況分析

楊波　沈斐玲　鄒鵬超

摘要：

餐廚垃圾具有水的質量分數高、易腐爛、富含油脂和有機質等特點，對餐廚垃圾處理不當會對人類生產生活造成極大危害.結合餐廚垃圾的特點提出高溫厭氧發酵處理，對不同條件下（溫度、水的質量分數、接種率）餐廚垃圾厭氧發酵產沼氣過程進行了實驗研究.通過對實驗數據的分析，得出：不同條件下餐廚垃圾中水的質量分數對其厭氧發酵產沼氣過程的日產氣量、產氣速率、產氣穩定性等指標的影響較大，接種率的影響次之，溫度的影響最小.

關鍵詞：

餐廚垃圾； 厭氧發酵； 沼氣； 分析

中圖分類號： TK 6文獻標志碼： A

Abstract：

Food waste has the properties of high water content，rich grease and organic matter，etc.And it is easily rotted.Its improper disposal is detrimental to the environment.Based on its properties，anaerobic fermentation of food waste was proposed in this study.The effect of temperature，water content and vaccination rate on the biogas production was investigated.The conclusions could be drawn from the experimental results that the impact of experimental conditions on the daily biogas production，gas production rate，stability of gas production，and so on followed such order as：water content>vaccination rate>temperature.

Keywords：

food waste； anaerobic fermentation； biogas； analysis

餐廚垃圾是家庭、賓館、飯店等所產生的食物殘余的通稱，其具有水分、有機物、油脂及鹽分含量高，易腐爛、營養元素豐富等特點.因餐廚垃圾具有水的質量分數高的特點，不能滿足垃圾焚燒的發熱量要求；又因其具有易腐爛的特點不宜直接填埋，且填埋后會造成地下水和周邊環境污染.同時，餐廚垃圾還會派生出“泔水豬、地溝油”等，這些物質進入人類食物鏈后會嚴重危害人體健康，直接排入下水道后又給城市生活污水處理帶來巨大沖擊等問題[1-4].因此，餐廚垃圾的處理越來越引起全社會的關注.本文利用餐廚垃圾富含油和有機質且含有大量微生物菌種的特點，對其不同條件下（溫度、水的質量分數、接種率）的厭氧發酵產沼氣過程進行實驗研究.

1實驗設計

實驗裝置由容量為1 000 mL的錐形瓶、量筒和水浴鍋組成.實驗溫度分別為40℃和50℃，實驗設計情況[5-6]如表1所示，共進行了12組實驗.餐廚垃圾取自校園餐廳，主要成分包括大米、蔬菜、肉類、面類等；接種物取自焦作市武陟縣小原村奶牛場發酵池中的活性污泥，實驗采用排水集氣法測定所產氣量[7-8].

2數據分析

2.1接種率對日產氣量和產氣速率的影響

為了研究接種率對餐廚垃圾厭氧發酵過程產沼氣狀況的影響，取水的質量分數相同的實驗組別進行對比分析[5，9].

圖1為水的質量分數分別為85%、90%、95%時各組實驗的日產氣量.由圖可知：當水的質量分數為85%時，第1、4、7、10組實驗日產氣量在800～940 mL范圍內，其中第1、4組和第7、10組實驗的日產氣量的差值分別為40、75 mL，第4、10組實驗的日產氣量和產氣速率最穩定，整體效率較高；當水的質量分數為90%時，第2、5、8、11組實驗的日產氣量在640～800 mL范圍內，其中第2、5組和第8、11組實驗的日產氣量的差值分別為120、140 mL，第5、11組實驗的日產氣量和產氣速率最穩定，整體效率較高；當水的質量分數為95%時，第3、6、9、12組實驗的日產氣量為305～330 mL，第3、6組和第9、12組實驗的日產氣量的差值分別為35、40 mL，第3、6組實驗的日產氣量和產氣速率最穩定，整體效率較好.經分析得出：接種率不同會對產氣量產生影響；當溫度為40℃、接種率為75%時，各組實驗的日產氣量和產氣速率的整體效率最高.

2.2水的質量分數對日產氣量和產氣速率的影響

為了研究水的質量分數對餐廚垃圾高溫厭氧發酵過程中產氣狀況的影響，取相同接種率的實驗組別進行對比分析.

圖2為接種率分別為65%、75%時水的質量分數對日產氣量的影響.由圖可知：接種率為65%時，對比第1、7組，第2、8組，第3、9組實驗，日產氣量的最大差值分別為1 000、1 200、530 mL，第2、3組實驗的日產氣量和產氣速率相對最穩定，整體效率較高；接種率為75%時，對比第4、10組，第5、11組，第6、12組實驗日產氣量的最大差值分別為700、690、630 mL，第6、11組實驗的日產氣量和產氣速率最穩定，整體效率較高.經分析：當水的質量分數較高時，餐廚垃圾的日產氣量和產氣速率較穩定，與該條件下的平均水平偏離不大，但平均值相對較低；當水的質量分數相對較低時，餐廚垃圾的日產氣量和產氣速率變得不穩定，起伏較大，與該條件下的平均值偏離較大，但平均值相對較高；當溫度為40℃、水的質量分數為90%時，日產氣量和產氣速率的整體效率較高.

2.3溫度對日產氣量和產氣速率的影響

為了研究不同溫度對餐廚垃圾厭氧發酵過程中產氣狀況的影響，其他條件均相同時取溫度不同的實驗組別進行對比分析.

圖3為不同溫度對日產沼氣量的影響，第3、6組，第9、12組實驗的日均產氣量分別維持在310～355 mL和300～350 mL，日產氣量和產氣速率的起伏不大，較穩定；第2、5組，第8、11組實驗的日產氣量分別維持在590～710 mL和670～800 mL，日產氣量和產氣速率略有浮動，但相對較穩定；第1、4組，第7、10組實驗的日產氣量分別維持在840～960 mL和800～ 860 mL，日產氣量和產氣速率起伏較大，較為不穩定.經分析：① 保持其他條件相同的情況下，對比溫度分別為40℃和50℃時的實驗組別，兩者的日產氣量差值相對較小，說明溫度對產氣過程幾乎沒有影響；② 當溫度為40℃時，各組實驗的日產氣量和產氣速率相對較穩定，整體效率較高.

綜上可知：① 當溫度較低時，餐廚垃圾的日產氣量和產氣速率的變化相對穩定，且該條件下的平均值偏離較小；② 當溫度較高時，餐廚垃圾的日產氣量和產氣速率變化較大；③ 在保持其他條件不變的情況下，當溫度為40℃時的日產氣量和產氣速率較穩定，整體效率較高.

3結論

（1） 在不考慮各因素之間相互作用的情況下，溫度對餐廚垃圾高溫厭氧發酵產氣狀況影響不大；接種率對厭氧發酵產氣狀況的影響高于溫度的影響；水的質量分數對厭氧發酵產氣狀況的影響最大.

（2） 日產氣量隨接種率和水的質量分數的增加而減少，接種率為75%時比接種率為65%時的實驗組的日產氣量和產氣速率更加穩定；高溫更有利于產氣量的提高，但存在產氣過程不穩定的情況，同時高溫需要消耗更多能源.

（3） 從整體實驗的日產氣量和產氣速率的對比結果分析可知，當溫度為40℃、接種率為75%以及水的質量分數為90%時產氣效果最為穩定，對餐廚垃圾的合理資源化利用更有益.

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