餐廚垃圾發酵產氣潛力與特性*

梅　冰，謝　影（1.云南農業大學節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業化技術工程研究中心，云南　昆明　650201；.重慶大學，重慶　400045）

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餐廚垃圾發酵產氣潛力與特性*

梅冰1，2，謝影3
（1.云南農業大學節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業化技術工程研究中心，云南昆明650201；3.重慶大學，重慶400045）

【摘要】以餐廚垃圾為發酵原料，在恒溫37℃下進行批式沼氣發酵試驗，測定發酵過程中的VS產氣潛力、產氣速率、pH等指標。結果顯示：在4.0 kg/m3負荷下運行沼氣中CH4含量為73.40%，甲烷產率為377 mL/g，甲烷含量、VS利用率與甲烷產率方面都明顯優于在2.0 kg/m3負荷下運行結果。

【關鍵詞】餐廚垃圾；產氣潛力；甲烷

隨著餐飲業的發展，餐廚垃圾的產生量越來越大，餐廚垃圾對環境的污染以及對公共衛生的危害日趨嚴重，其危害已引起全社會的高度關注。在能源、環境問題日益突出的背景下，開發餐廚垃圾高效厭氧消化技術是減少環境污染、回收其內清潔能源的最佳技術途徑之一［1］。本研究以餐廚垃圾為發酵原料，以原料產沼氣潛力和污染物降解為試驗核心展開，以期為餐廚垃圾配套沼氣工程的工藝設計、餐廚垃圾處理環保工程設計提供基礎參數。

1　材料與方法

1.1試驗材料

本試驗所用餐廚垃圾來自重慶大學的學生餐館。餐廚垃圾通過自動破碎機破碎成平均大小為5.0 mm的碎片。試驗樣品主要理化性質指標測試結果見表1。本次試驗發酵原料是TS為8%左右的“餐廚垃圾漿液”。

表1　實驗研究中餐廚垃圾的特性

1.2接種污泥

反應器使用的活性污泥是厭氧消化反應器成功啟動穩定運行的污泥。

1.3發酵試驗裝置與方法

本實驗采用批式發酵試驗，試驗過程中共應用5個發酵罐進行發酵試驗，發酵反應器容積為1 L的廣口瓶，反應器有效容積為800 mL，反應裝置示意見圖1。發酵罐溫度為37℃，應用電熱恒溫水浴鍋水浴加熱。發酵原料和接種污泥由加料口加入，一次性5個批式反應器內投入的有機負荷分別為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），實驗過程中不調節pH。生物氣從反應器出氣口導出后收集于集氣瓶中，瓶中裝滿飽和碳酸氫鈉溶液，每天定時記錄排出的飽和碳酸氫鈉溶液的體積，即可知產生的沼氣體積，連續發酵20 d，發酵結束后取下密封的集氣瓶監測沼氣成分，同時對發酵液的各項理化指標進行分析測定。

圖1　實驗裝置

1.4試驗監測項目與方法

試驗過程中對發酵前后的 TSS、COD、VSS/TSS、沼氣成分等指標采取APHA的標準方法進行測定［2］。

2　結果與分析

2.1發酵前后料液的成分分析

對5組反應器內發酵前后的各項指標進行監測，分別見表2和表3。

表2　發酵液（前）的理化性質

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

2.2產氣情況

實驗發酵時間持續20 d，發酵過程中的日產氣量變化曲線如圖2所示。

圖2　每日產氣量

試驗過程中，不同負荷的發酵料液產氣規律類似，實驗初期產氣量較大，后逐漸變少，實驗10 d以后，產氣量很少，故產氣主要集中在前10 d。實驗過程中，發酵液氣體產量與氣體成分監測結果見表4。

表4　氣體產量與氣體成分

餐廚垃圾4.0 kg/m3負荷下，沼氣中CH4含量為73.40%，明顯高于餐廚垃圾在2.0 kg/m3負荷的CH4的含量。餐廚垃圾在2.0 kg/m3負荷下，產甲烷率為332 mL/g，餐廚垃圾在4.0 kg/m3負荷下，甲烷產率為377 mL/g。李俊濤等［3］對泔腳進行單相和兩相厭氧消化研究。試驗結果表明，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℃）、進料率為1 kg/m3·d、HRT為10 d的控制條件下，產甲烷率為330 mL/g。B.Dearman等［4］采用改進型序批式厭氧發酵反應器（SEBAC）處理廚余垃圾。結果表明，在腐熟、啟動反應器之間增加回流量，能夠加快物料腐熟，但總甲烷產量沒有明顯的變化，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，沼氣產率和VS降解率有較大差異。本實驗顯示，餐廚垃圾在4.0 kg/m3負荷下運行，沼氣組成與甲烷產率方面都明顯優于在2.0 kg/m3負荷下運行。

3結論

1） 以餐廚垃圾為原料，在37℃下進行批量式厭氧發酵試驗，發酵時間為20 d，產氣啟動快，產氣量主要集中在前10 d。

2） 餐廚垃圾在4.0 kg/m3負荷下運行，沼氣中CH4含量為73.40%，甲烷產率為377 mL/g，VS利用率、甲烷含量與甲烷產率方面都明顯優于在2.0 kg/m3負荷下運行結果。

3） 實驗數據為餐廚垃圾配套沼氣工程的工藝設計及餐廚垃圾處理環保工程設計提供了基礎參數。

參考文獻：

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

文獻標識碼：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。

*基金項目：云南農業大學科研啟動基金項目；云南農業大學校企合作項目（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，Faculty 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