温度对城市生活垃圾厌氧消化的影响

牛态环境2005，l4(5)：683·685http：／A~IIII．jeesci．comE·mail：editor@jeesci．com温度对城市生活垃圾厌氧消化的影响吴满昌，孙可伟，李如燕，孙艳，张海东昆明理工大学固体废弃物资源化国家_q2程研究中心，云南昆明650033摘要：在TS的质量分数为15．5％的半干式条件下，通过对城市生活垃圾厌氧消化进行批量实验，研究了温度对厌氧消化过程的影响，探讨了不同消化温度对产气量、发酵启动时间以及温度从55℃突降到20H~x,-t厌氧反应器产气量的影响等面的问题。实验结果表明，城市生活垃圾厌氧消化的较佳温度为55℃，消化时间短，产气率高，启动时间较快，沼气中的甲烷的平均体积分数为66．3％。关键词：温度；城市生活垃圾；厌氧消化中图分类号：X705文献标识码：A文章编号：1672．2l75(2005)05．0683．03近年来，随着国民经济的飞速发展，城市化进程不断加快，城市人口不断增多，城市生活垃圾产量H益增加，据统计【JJ，我国垃圾的历年堆存量已达到60亿t，全国200多座城市已陷入“垃圾同城”之中，1997年，全国生活垃圾H清运量约为1～1．2亿t，还以年均8％～10％的速度增长。如何实现城市生活垃圾的“减量化、无害化、资源化”处理，消除城市环境污染和实现资源二次利用的可持续发展已成为我国必须解决的重大问题L2’31。温度是影响厌氧生物处理T艺的重要T艺参数。厌氧消化的温度与有机物的厌氧分解过程有密切的关系，不同的温度范同内存在不同类的微生物，研究者根据产甲烷菌在不同温度下的最佳活性将厌氧发酵分为3个温度范同：5O～55℃称为高温发酵；30～35℃称为中温发酵；15～20℃称为低温发’。而一般农村沼气发酵罐随着自然环境的温度变化而变化，称为常温发酵。一般认为，厌氧生物反应可以在很宽的温度范同(5～83℃)内进行，而产甲烷作用则可以在4～100oC的温度范同内发生。温度主要是通过对厌氧微生物细胞内某些酶的活性的影响而影响微生物的生长速率和微生物对基质的代谢速率，这样会影响到厌氧生物处理T艺中污泥的产量，有机物的去除速率，反应器所能达到的处理负荷；温度还会影响有机物在生化反应中的流向和某些中问产物的形成以及各种物质在水中的溶解度，会影响到沼气的产量和成分等【6，。本文在废水厌氧消化及农村沼气发酵的理论和实践基础上，研究了温度对城市生活垃圾厌氧消化过程的影响，探讨了温度对产气量，发酵启动时间以及温度突变对厌氧反应器产气量的影响等方面的问题。1实验方法和材料1．1实验装置采用2000mL的平底玻璃烧瓶，橡胶塞密封，用排水集气法收集气体，水为饱和食盐水，防止沼气中CO2溶于水中。水浴加热，温控仪和继电器显示和控制发酵温度，温度波动范同±1℃。1．2实验材料本实验所用发酵原料取自学校生活区内新鲜生活垃圾，主要为厨余垃圾，纤维素含量较多。经人T分选后，人1一破碎成大约1．5cm×1．5cm左右的小块，并于70℃条件下适当进行烘干，以便调节发酵同含量。发酵初期接种物为学校教学楼化粪池中取得。第2次实验则用第1次实验的剩余污泥作接种物。发酵同含牢通过加水进行调节控制，NaHCO3调节PH值。1．3实验方案采用8套发酵罐进行间歇实验。分别在25、35、45、55℃的温度条件下进行，每个温度段有2个发酵罐，8个发酵罐编成1～8’，其中1～2’为25，3～4’为35oC，5～6’为45℃，7～8’为55℃。每个发酵罐在实验时均同时加料，同时开始实验。1．4分析项目与方法(1)总同体(TS)：烘干法；(2)挥发性同体(VS)：灼烧法；(3)pH值：精密试纸测定；(4)气体成分：1904气体分析仪；(5)w(C)／w(N)比：C以VS估算(C：0．47VS)，VS以灼烧法测定，N以凯氏测氮法测定。2实验结果与讨论2．1温度对发酵最终累积产气量的影响发酵原料中TS为W=15．5％，其中1、2、3、4、基金项目：国家经贸委再生资源回收利用产业化示范基地基金项目(国家经贸委投资[2002]548号)作者简介：吴满昌(1973一)，男，博士研究生，研究方向为固体废弃物资源化技术。E-mail：wyuc@sinatom收稿日期：2005—05．23维普资讯http://www.cqvip.com生态环境第l4卷第5期(2005年9月)5、6、7、8发酵罐的最终累积产气量如表l所示。从表l可以看出，其他条件相同，随着温度的升高，生活垃圾厌氧消化的最终累积产气量(是指一批发酵原料从开始发酵产气到停止产气时的累积量)也随之上升。发酵温度为35℃时的产气量表l不同温度条件下的厌氧发酵最终累积产气量TablelFinalcumulativebiogasyieldunderdifferentfermentationtemperat