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餐厨垃圾厌氧发酵影响因素研究

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来源: 作者: 2018-10-25 11:26:09

摘要:用L9(34)正交试验法研究了温度、含固率、接种率和pH对餐厨垃圾厌氧发酵产沼气量的影响,确定了考察因子的主次以及最优工艺条件,并针对影响较为显著的因素(温度、接种率和pH)进行了单因素验证试验。实验结果表明:在温度为55℃、pH值为7、接种率为30%、含固率为8%时,厌氧发酵产沼气的产率最大为633.8mL/gVS餐厨垃圾;各因素对沼气产量影响大小的顺序依次为温度、pH值、接种率和含固率。

关键词:餐厨垃圾;厌氧发酵;正交实验;影响因素

中图分类号:X799.3 文献标志码:A doi:10.3969/j.issn.1003-6504.2011.07.023 文章编号:1003-6504(2011)07-0094-04

餐厨垃圾俗称潲水、也称泔脚,是指居民日常生活中所产生的食物残余,其成分主要是纤维素、淀粉、蛋白质、脂肪和水。餐厨垃圾成分复杂,含水量高,且易腐烂变质,其在运输与处理的过程中不仅滋生蚊虫,而且污染水体和大气。近几年,北京、上海等城市餐厨垃圾日产量达近2000t[1],给市政、环卫部门带来了巨大的压力。由此引出的潲水猪与地沟油事件,危害市民健康的同时也造成了资源的浪费。如果能很好地处理餐厨垃圾,将之作为城市资源的来源之一,变废为宝,必将带来良好的经济效益和社会效益。餐厨垃圾含有厌氧微生物所需的各种均衡营养,利用厌氧发酵法将其资源化是一种较为合适的处理法。Cho[2]等研究了熟肉食品、纤维素、熟米饭、蔬菜和混合餐厨垃圾的产甲烷能力。Zhang[3]等通过研究发现餐厨垃圾的产沼气能力达435mL/gVS。以VS(挥发性固体含量)22.62%计算,即1t餐厨垃圾可产生沼气87m3。而1m3沼气完全燃烧后,能产生相当于0.7kg无烟煤、或0.7kg汽油、或0.8kg煤油完全燃烧所产生的热量[4]。由此可见,完善厌氧发酵法处理餐厨垃圾产沼气的技术具有重要意义。本文采用正交试验法[5]考察温度,含固率,接种率和pH值对餐厨垃圾厌氧发酵产沼气的影响。

1材料与方法

1.1实验材料

餐厨垃圾:采自中南大学某学生食堂,搅拌均匀后,用搅碎机搅碎至颗粒粒径小于5mm的糊状物,并于-5℃下保存待实验。

接种物:长沙某污水处理厂厌氧段的污泥,为黑色絮状物。取回后,用塑料瓶密封静置1d,分层后,取下层污泥作为接种物。见表1。

表1餐厨垃圾与污泥的性质

1.2实验装置

实验装置(图1)是由1L的厌氧发酵瓶,1L的集气瓶和500mL量筒三部分组成。发酵瓶分别置于低温(20±2)℃,中温(35±2)℃,高温(55±2)℃的水浴器中。发酵瓶中产生的气体沿着玻璃导管进入集气瓶,集气瓶中装有3%的NaOH溶液(质量分数),吸收气体中的酸性组分后,等体积的NaOH溶液被压入到右边的量筒中,量筒的读数即为所产甲烷的体积。发酵瓶与集气瓶之间的阀门为气体采样点。每次调节pH值后均向发酵瓶中通入N2以维持发酵瓶内的厌氧环境。

每天手动搅拌两次,每次5min,使发酵液的均匀混合。

图1实验装置图

1.3实验方法

(1)正交试验。实验采用L9(34)正交表,选定温度、含固率、接种率和pH为考察因子,进行4因素3水平正交试验。实验以沼气的产量为评价指标,且不考虑因子间的交互作用,实验因素水平设置如表2所示。

表2正交试验因素水平表

接种率采用固体比:污泥干重/(污泥干重+餐厨垃圾干重),各组实验均采用200g餐厨垃圾,根据接种率和含固率加入水和接种物。为保证实验的顺利进行,向发酵液中添加恰当的Ca(OH)2。

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