餐厨垃圾发酵产气潜力与特性*

梅　冰，谢　影（1.云南农业大学节能减排检测工程中心，云南　昆明　650000；2.云南省高校生物天然气产业化技术工程研究中心，云南　昆明　650201；.重庆大学，重庆　400045）



餐厨垃圾发酵产气潜力与特性*

梅冰1，2，谢影3
（1.云南农业大学节能减排检测工程中心，云南昆明650000；2.云南省高校生物天然气产业化技术工程研究中心，云南昆明650201；3.重庆大学，重庆400045）

【摘要】以餐厨垃圾为发酵原料，在恒温37℃下进行批式沼气发酵试验，测定发酵过程中的VS产气潜力、产气速率、pH等指标。结果显示：在4.0 kg/m3负荷下运行沼气中CH4含量为73.40%，甲烷产率为377 mL/g，甲烷含量、VS利用率与甲烷产率方面都明显优于在2.0 kg/m3负荷下运行结果。

【关键词】餐厨垃圾；产气潜力；甲烷

随着餐饮业的发展，餐厨垃圾的产生量越来越大，餐厨垃圾对环境的污染以及对公共卫生的危害日趋严重，其危害已引起全社会的高度关注。在能源、环境问题日益突出的背景下，开发餐厨垃圾高效厌氧消化技术是减少环境污染、回收其内清洁能源的最佳技术途径之一［1］。本研究以餐厨垃圾为发酵原料，以原料产沼气潜力和污染物降解为试验核心展开，以期为餐厨垃圾配套沼气工程的工艺设计、餐厨垃圾处理环保工程设计提供基础参数。

1　材料与方法

1.1试验材料

本试验所用餐厨垃圾来自重庆大学的学生餐馆。餐厨垃圾通过自动破碎机破碎成平均大小为5.0 mm的碎片。试验样品主要理化性质指标测试结果见表1。本次试验发酵原料是TS为8%左右的“餐厨垃圾浆液”。

表1　实验研究中餐厨垃圾的特性

1.2接种污泥

反应器使用的活性污泥是厌氧消化反应器成功启动稳定运行的污泥。

1.3发酵试验装置与方法

本实验采用批式发酵试验，试验过程中共应用5个发酵罐进行发酵试验，发酵反应器容积为1 L的广口瓶，反应器有效容积为800 mL，反应装置示意见图1。发酵罐温度为37℃，应用电热恒温水浴锅水浴加热。发酵原料和接种污泥由加料口加入，一次性5个批式反应器内投入的有机负荷分别为0.0、2.0、2.0、4.0、4.0 kg/m3（2.0 kg/m3和 4.0 kg/m3分别做平行试验），实验过程中不调节pH。生物气从反应器出气口导出后收集于集气瓶中，瓶中装满饱和碳酸氢钠溶液，每天定时记录排出的饱和碳酸氢钠溶液的体积，即可知产生的沼气体积，连续发酵20 d，发酵结束后取下密封的集气瓶监测沼气成分，同时对发酵液的各项理化指标进行分析测定。

图1　实验装置

1.4试验监测项目与方法

试验过程中对发酵前后的 TSS、COD、VSS/TSS、沼气成分等指标采取APHA的标准方法进行测定［2］。

2　结果与分析

2.1发酵前后料液的成分分析

对5组反应器内发酵前后的各项指标进行监测，分别见表2和表3。

表2　发酵液（前）的理化性质

从料液发酵前后的TSS、VSS、COD和pH变化可以看出，随着发酵时间的进行，发酵液的TSS和VSS均有不同程度的下降，说明在发酵过程中，原料被消耗并产生沼气。通过计算发酵料2.0 kg/m3负荷下VS利用率为34.1%，4.0 kg/m3负荷下为40.2%，对照组为22.5%，可见在餐厨垃圾4.0 kg/m3负荷下VS利用率最高。

2.2产气情况

实验发酵时间持续20 d，发酵过程中的日产气量变化曲线如图2所示。

图2　每日产气量

试验过程中，不同负荷的发酵料液产气规律类似，实验初期产气量较大，后逐渐变少，实验10 d以后，产气量很少，故产气主要集中在前10 d。实验过程中，发酵液气体产量与气体成分监测结果见表4。

表4　气体产量与气体成分

餐厨垃圾4.0 kg/m3负荷下，沼气中CH4含量为73.40%，明显高于餐厨垃圾在2.0 kg/m3负荷的CH4的含量。餐厨垃圾在2.0 kg/m3负荷下，产甲烷率为332 mL/g，餐厨垃圾在4.0 kg/m3负荷下，甲烷产率为377 mL/g。李俊涛等［3］对泔脚进行单相和两相厌氧消化研究。试验结果表明，新鲜泔脚的酸化速度很快，VFA增加非常迅速，pH快速下降；中温（35℃）、进料率为1 kg/m3·d、HRT为10 d的控制条件下，产甲烷率为330 mL/g。B.Dearman等［4］采用改进型序批式厌氧发酵反应器（SEBAC）处理厨余垃圾。结果表明，在腐熟、启动反应器之间增加回流量，能够加快物料腐熟，但总甲烷产量没有明显的变化，分别为229L/kg和214L/kg。

在厌氧消化过程中，不同成分餐厨垃圾，使用不同工艺参数，沼气产率和VS降解率有较大差异。本实验显示，餐厨垃圾在4.0 kg/m3负荷下运行，沼气组成与甲烷产率方面都明显优于在2.0 kg/m3负荷下运行。

3结论

1） 以餐厨垃圾为原料，在37℃下进行批量式厌氧发酵试验，发酵时间为20 d，产气启动快，产气量主要集中在前10 d。

2） 餐厨垃圾在4.0 kg/m3负荷下运行，沼气中CH4含量为73.40%，甲烷产率为377 mL/g，VS利用率、甲烷含量与甲烷产率方面都明显优于在2.0 kg/m3负荷下运行结果。

3） 实验数据为餐厨垃圾配套沼气工程的工艺设计及餐厨垃圾处理环保工程设计提供了基础参数。

参考文献：

［1］ 任连海，田媛.城市典型固体废弃物资源化工程［M］.北京：化学工业出版社，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。

中图分类号：X799.3

文献标识码：A

文章编号：1005-8206（2016）02-0042-03

作者简介：梅冰（1982—），讲师，从事固体废物处理与处置方面的研究。

*基金项目：云南农业大学科研启动基金项目；云南农业大学校企合作项目（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