氨氮对餐厨垃圾厌氧发酵产氢的影响

第29卷第6期2008年6月太阳能学报AcrAENER(丑AESoI^RISSINlcAv01．29．№．6J曲．，2008文章编号：02肄∞％(20吣)O伽51．惦氨氮对餐厨垃圾厌氧发酵产氢的影响曹先艳，赵由才，袁玉玉，牛冬杰(同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室，上海200092)摘要：研究了以尿素作为氮源时对餐厨垃圾厌氧发酵产氢的影响。研究结果表明，随着尿素添加量的增大，体系中氨氮的浓度逐渐增大，当氨氮浓度在3．58—7．89∥L的范围内，对氢气的产生有促进作用；氨氮浓度超过7．89∥L时，体系的氢气产量开始下降，氨氮浓度为6．24∥L时得到最大氢气产率(126．8mugVs)；然而，当氨氮浓度超过5．93∥L时，体系反应的延迟时间超过了13．64h，因此综合考虑氢气产量和产氢效率，应该控制反应过程中氨氮的浓度低于6g，L。反应后，液相中的主要产物是乙酸和丁酸，随着尿素投加量的增大，体系中丁酸的浓度逐渐减少。乙酸的浓度增大，但两者的浓度和所占总有机酸的比例都约为80％，没有明显变化；丙酸和戊酸含量较少，且变化不大。关键词：餐厨垃圾；厌氧发酵；产氢；氨氮；影响中图分类号：11(511+．4文献标识码：A0引言1实验在有机废物的厌氧消化过程中，氨氮是非常重要的控制条件¨’2J。在厌氧消化过程中，由于厌氧微生物的细胞增殖很少，因此只有很少量的氮被转化为细胞物质，大部分可生物降解的有机氮都被还原为消化液中的氨氮。虽然氨氮是微生物重要的氮源，而且在反应过程中能够中和厌氧消化产生的挥发性有机酸，对系统的pH具有缓冲作用，但若其浓度过高，将会影响微生物的活性【3]。国内外许多研究者都认识到氨氮的抑制性影响，但氨氮的具体抑制浓度根据反应器类型、微生物种群和反应条件等的不同而变化的。文献报道，两相厌氧消化系统对氨氮的抑制会有更大的抵抗能力[4]，经过驯化的微生物对氨氮的浓度也有更高的抵抗力哺J。对于高含氮废物(餐厨垃圾)的厌氧消化产氢，尤其是高固体浓度的系统，随着反应的进行，蛋白质在代谢过程中生成的氨氮在反应器内会逐渐累积，从而对反应造成影响。因此，研究氨氮的抑制浓度对高含氮废物的厌氧消化产氢的影响有重要意义。但如果直接添加N彤会引入其他离子，所以，本实验添加尿素作为氮源，其在反应过程中会逐渐生成氨氮。1．1材料餐厨垃圾取自上海市同济大学食堂学生就餐后的剩余物，主要包括米饭、蔬菜、肉、蛋、豆腐、油脂等。手工分选杂物后用搅碎机粉碎成流体状，放入4℃冰箱内保存待用。接种污泥取自上海市杨浦区曲阳污水处理厂的脱水污泥。加水过筛去除杂质后放人35℃的恒温室内厌氧驯化ld。1．2实验条件和操作称取餐厨垃圾样品(干重)5．0g，按照40％的接种率，添加2．Og污泥，放入250IllL血清瓶中，加入蒸馏水调整含水率至90％，加入尿素作为氨氮来源，实验分7组进行，尿素的添加量见表1(每个体系的体积均为70lllL)。表l尿素的添加量’rable17n坨d0鼬gea嗍mt0fur阻序号l234567加入量O．10．2O．30．4O．50．71．O试验在恒温室(35℃)内进行，将餐厨垃圾和污泥的混合物装入250xIlL的血清瓶中，充入氮气后，收稿日期：20∞旬1．03基金项目：国家科技部攻关项目(No．05dz05818)；上海市科学技术委员会科研计划项目(N0．06dzl2006)通讯作者：赵由才(1963一)，男，教授，主要从事固体废物的处理处置与资源化方面的研究。出研∞cai@I嘣1．t帅球．edu．∞万方数据752太阳能学报29卷上接硅胶管便于采气，产生的气体量用排饱和食盐水法计量。同时测定反应前后的体系的N也．N、TN、pH、VFA等的变化。1．3分析方法vs、pH、NH4．N、TCoD、scOD等根据标准方法测定[6]，样品在10000r·min。1速度下离心分离后取上清液过滤测定。TN采用日本SHIMADzII公司rIDc．VCPN型’IDC／7矾分析仪。H2、C02、CH4含量通过SHIMAD殂I公司的GC—14B气相色谱仪测定。色谱条件：10m×2r啪不锈钢色谱柱；进样口温度、柱温以及检测器(，I℃D)温度分别为40、40、90℃；N2为载气，流速为30n叫rnin；采用lmL的密封进样针采样，进样量0．2mL。VFA的含量是利用HP5890Ⅱ气相色谱测定。色谱条件：CP．wax30m×0．32衄的毛细管柱，内附膜厚为0．25脚的聚乙二醇胶联固定相，采用nD检测器，初始炉温为110℃，以10℃／Ⅱlin的升温速率升高至220℃，保持2ITlin；进样口和检测器(FD)的温度分别为200℃和220℃；氮气作为载气，流速为2muIllin，压力为11．1psi。1．4氢气体积计算方法氢气体积的计算公式[7]：‰，f=％’i_l+CH，i(％