餐厨垃圾高温水解酸化过程研究

第28卷第1期,2015年1月宁波大学学报（理工版）首届中国高校优秀科技期刊奖Vol.28No.1,Jan.2015JOURNALOFNINGBOUNIVERSITY(NSEE)浙江省优秀科技期刊一等奖餐厨垃圾高温水解酸化过程研究樊星,张锐,李兵∗（宁波大学建筑工程与环境学院,浙江宁波315211）摘要:采用静态试验方式对餐厨垃圾在高温条件下的水解酸化过程进行了研究,探讨了总固体含量(TS)分别为10%、20%与27%时,物料水解酸化过程中pH、C/N、氨氮、醇类的变化及挥发性有机酸(VFA)的累积情况.结果表明,试验期间,3种TS条件下物料的pH值均基本稳定在4~5之间,并于3~5d内达到最低值;C/N值与VFA的累积有关,呈先升高后降低趋势;总醇浓度总体上呈降低趋势;3种TS条件下的氨氮平均质量浓度分别在200mg·L-1左右、600~900mg·L-1之间和600~1300mg·L-1之间;VFA浓度不断上升,分别由1008,2382,2887mg·L-1升至2282,5665,7159mg·L-1,VFA累积浓度与含固量成正相关.关键词:餐厨垃圾;水解酸化;高温厌氧中图分类号:X705文献标志码:A文章编号:1001-5132（2015）01-0129-04餐厨垃圾是居民在生活消费过程中形成的生活废物[1],其淀粉、蛋白质和脂肪含量均较高[2].目前,北京、上海、广州等大城市的餐厨垃圾每天产生量超过2000t[3],传统焚烧和填埋处理方式处理成本高,产生难以处理的渗滤液和有害气体,易造成二次污染.厌氧消化处理工艺是处理餐厨垃圾的良好选择,其不仅能实现餐厨垃圾无害化、资源化、减量化,同时还能回收清洁能源.根据反应器内消化物料总固体浓度(TS)的不同,厌氧消化可以分为干式发酵(TS>15%)[4]、湿式(TS<15%)发酵;且根据反应温度的不同,可分为常温(室温)发酵、中温(35℃)发酵和高温(55℃)发酵.湿式发酵具有启动快、技术成熟、进出料方便等优点,是当前处理餐厨垃圾的主流技术;干式发酵有机处理负荷率高,产气效率高,沼液产生量小,已成为当前的研究热点.郑晓伟等[5]以餐厨垃圾为原料,接种厌氧污泥进行干式厌氧发酵,经过72d的发酵,沼气产率为291.7mL·g-1(VS),甲烷产率为133.9mL·g-1(VS),系统运行效果较好.研究表明,温度是影响厌氧发酵效率的重要因素之一,其通过影响酶的活性对厌氧消化过程中水解速率以及微生物的种类和活性造成重要影响.马磊等[6]发现,驯化良好的高温厌氧细菌代谢速率比35℃中温厌氧细菌的代谢速率提高50%~100%.Kim等[7]通过序批式试验考察了温度和消化时间对餐厨垃圾厌氧消化的影响,结果表明,55℃与35℃相比可获得更高的SCOD去除率,同时沼气和甲院的产生速率也更高.在餐厨垃圾厌氧发酵过程中,水解酸化是第一个阶段,在次阶段中微生物催化固体状态垃圾水解液化,部分水解液在酸化细菌的作用下降解为小分子的脂肪酸和醇.这些小分子脂肪酸和醇的种类和浓度对产甲烷过程具有重要影响.因此研究餐厨垃圾的水解酸化过程,建立适宜的水解酸化反应条件对于提高垃圾降解率,加速厌氧消解过程具有重要意义.文中研究了高温(55℃)条件下不同含固率餐厨垃圾的水解酸化过程,以期为餐厨垃圾厌氧发酵工艺的改进提供参考.1材料与方法材料与方法1.1餐厨垃圾的来源和特性餐厨垃圾的来源和特性餐厨垃圾取自宁波大学第一餐厅食堂,主要收稿日期:2014−08−26.宁波大学学报（理工版）网址:http://journallg.nbu.edu.cn/基金项目:“十二五”国家科技支撑计划课题（2012BAC25B05）.第一作者:樊星（1989－）,男,河南济源人,在读硕士研究生,主要研究方向:城市固体废弃物处理.E-mail:fanxing@nbu.edu.cn*通信作者:李兵（1977－）,男,江苏泰州人,副教授,主要研究方向:城市固体废弃物处理.E-mail:libing@nbu.edu.cn130宁波大学学报（理工版）2015成分为米饭、面食、蔬菜、肉类、蛋壳和骨头等.首先去除餐厨垃圾中的杂物,包括一次性筷子、纸杯、纸巾、塑料袋等;然后利用小型粉碎机将余下物粉碎;粉碎后的餐厨垃圾经充分混匀,置于4℃冰箱保存待用.餐厨垃圾主要特性见表1.表1餐厨垃圾的主要性质测试指标测定值测试指标测定值含水率/%73.00含固率TS/%27.00颗粒尺寸/mm<2蛋白质/%8.75挥发性有机质/%91.72粗脂肪/%30.86pHNH4+-N/(mg·L-1)总氮(TN)/%5.75<101.40碳水化合物/%总碳(TC)/%碳氮比60.3943.1130.79注:表中指标蛋白质、碳水化合物和脂肪的含量以在垃圾干固体中的质量百分比表示.1.2