楊波　沈斐玲　鄒鵬超

摘要：

餐廚垃圾具有水的質量分數(shù)高、易腐爛、富含油脂和有機質等特點，對餐廚垃圾處理不當會對人類生產(chǎn)生活造成極大危害.結合餐廚垃圾的特點提出高溫厭氧發(fā)酵處理，對不同條件下（溫度、水的質量分數(shù)、接種率）餐廚垃圾厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣過程進行了實驗研究.通過對實驗數(shù)據(jù)的分析，得出：不同條件下餐廚垃圾中水的質量分數(shù)對其厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣過程的日產(chǎn)氣量、產(chǎn)氣速率、產(chǎn)氣穩(wěn)定性等指標的影響較大，接種率的影響次之，溫度的影響最小.

關鍵詞：

餐廚垃圾； 厭氧發(fā)酵； 沼氣； 分析

中圖分類號： TK 6文獻標志碼： A

Abstract：

Food waste has the properties of high water content，rich grease and organic matter，etc.And it is easily rotted.Its improper disposal is detrimental to the environment.Based on its properties，anaerobic fermentation of food waste was proposed in this study.The effect of temperature，water content and vaccination rate on the biogas production was investigated.The conclusions could be drawn from the experimental results that the impact of experimental conditions on the daily biogas production，gas production rate，stability of gas production，and so on followed such order as：water content>vaccination rate>temperature.

Keywords：

food waste； anaerobic fermentation； biogas； analysis

餐廚垃圾是家庭、賓館、飯店等所產(chǎn)生的食物殘余的通稱，其具有水分、有機物、油脂及鹽分含量高，易腐爛、營養(yǎng)元素豐富等特點.因餐廚垃圾具有水的質量分數(shù)高的特點，不能滿足垃圾焚燒的發(fā)熱量要求；又因其具有易腐爛的特點不宜直接填埋，且填埋后會造成地下水和周邊環(huán)境污染.同時，餐廚垃圾還會派生出“泔水豬、地溝油”等，這些物質進入人類食物鏈后會嚴重危害人體健康，直接排入下水道后又給城市生活污水處理帶來巨大沖擊等問題[1-4].因此，餐廚垃圾的處理越來越引起全社會的關注.本文利用餐廚垃圾富含油和有機質且含有大量微生物菌種的特點，對其不同條件下（溫度、水的質量分數(shù)、接種率）的厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣過程進行實驗研究.

1實驗設計

實驗裝置由容量為1 000 mL的錐形瓶、量筒和水浴鍋組成.實驗溫度分別為40℃和50℃，實驗設計情況[5-6]如表1所示，共進行了12組實驗.餐廚垃圾取自校園餐廳，主要成分包括大米、蔬菜、肉類、面類等；接種物取自焦作市武陟縣小原村奶牛場發(fā)酵池中的活性污泥，實驗采用排水集氣法測定所產(chǎn)氣量[7-8].

2數(shù)據(jù)分析

2.1接種率對日產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率的影響

為了研究接種率對餐廚垃圾厭氧發(fā)酵過程產(chǎn)沼氣狀況的影響，取水的質量分數(shù)相同的實驗組別進行對比分析[5，9].

圖1為水的質量分數(shù)分別為85%、90%、95%時各組實驗的日產(chǎn)氣量.由圖可知：當水的質量分數(shù)為85%時，第1、4、7、10組實驗日產(chǎn)氣量在800～940 mL范圍內，其中第1、4組和第7、10組實驗的日產(chǎn)氣量的差值分別為40、75 mL，第4、10組實驗的日產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率最穩(wěn)定，整體效率較高；當水的質量分數(shù)為90%時，第2、5、8、11組實驗的日產(chǎn)氣量在640～800 mL范圍內，其中第2、5組和第8、11組實驗的日產(chǎn)氣量的差值分別為120、140 mL，第5、11組實驗的日產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率最穩(wěn)定，整體效率較高；當水的質量分數(shù)為95%時，第3、6、9、12組實驗的日產(chǎn)氣量為305～330 mL，第3、6組和第9、12組實驗的日產(chǎn)氣量的差值分別為35、40 mL，第3、6組實驗的日產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率最穩(wěn)定，整體效率較好.經(jīng)分析得出：接種率不同會對產(chǎn)氣量產(chǎn)生影響；當溫度為40℃、接種率為75%時，各組實驗的日產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率的整體效率最高.

2.2水的質量分數(shù)對日產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率的影響

為了研究水的質量分數(shù)對餐廚垃圾高溫厭氧發(fā)酵過程中產(chǎn)氣狀況的影響，取相同接種率的實驗組別進行對比分析.

圖2為接種率分別為65%、75%時水的質量分數(shù)對日產(chǎn)氣量的影響.由圖可知：接種率為65%時，對比第1、7組，第2、8組，第3、9組實驗，日產(chǎn)氣量的最大差值分別為1 000、1 200、530 mL，第2、3組實驗的日產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率相對最穩(wěn)定，整體效率較高；接種率為75%時，對比第4、10組，第5、11組，第6、12組實驗日產(chǎn)氣量的最大差值分別為700、690、630 mL，第6、11組實驗的日產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率最穩(wěn)定，整體效率較高.經(jīng)分析：當水的質量分數(shù)較高時，餐廚垃圾的日產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率較穩(wěn)定，與該條件下的平均水平偏離不大，但平均值相對較低；當水的質量分數(shù)相對較低時，餐廚垃圾的日產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率變得不穩(wěn)定，起伏較大，與該條件下的平均值偏離較大，但平均值相對較高；當溫度為40℃、水的質量分數(shù)為90%時，日產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率的整體效率較高.

2.3溫度對日產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率的影響

為了研究不同溫度對餐廚垃圾厭氧發(fā)酵過程中產(chǎn)氣狀況的影響，其他條件均相同時取溫度不同的實驗組別進行對比分析.

圖3為不同溫度對日產(chǎn)沼氣量的影響，第3、6組，第9、12組實驗的日均產(chǎn)氣量分別維持在310～355 mL和300～350 mL，日產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率的起伏不大，較穩(wěn)定；第2、5組，第8、11組實驗的日產(chǎn)氣量分別維持在590～710 mL和670～800 mL，日產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率略有浮動，但相對較穩(wěn)定；第1、4組，第7、10組實驗的日產(chǎn)氣量分別維持在840～960 mL和800～ 860 mL，日產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率起伏較大，較為不穩(wěn)定.經(jīng)分析：① 保持其他條件相同的情況下，對比溫度分別為40℃和50℃時的實驗組別，兩者的日產(chǎn)氣量差值相對較小，說明溫度對產(chǎn)氣過程幾乎沒有影響；② 當溫度為40℃時，各組實驗的日產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率相對較穩(wěn)定，整體效率較高.

綜上可知：① 當溫度較低時，餐廚垃圾的日產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率的變化相對穩(wěn)定，且該條件下的平均值偏離較??；② 當溫度較高時，餐廚垃圾的日產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率變化較大；③ 在保持其他條件不變的情況下，當溫度為40℃時的日產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率較穩(wěn)定，整體效率較高.

3結論

（1） 在不考慮各因素之間相互作用的情況下，溫度對餐廚垃圾高溫厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣狀況影響不大；接種率對厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣狀況的影響高于溫度的影響；水的質量分數(shù)對厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣狀況的影響最大.

（2） 日產(chǎn)氣量隨接種率和水的質量分數(shù)的增加而減少，接種率為75%時比接種率為65%時的實驗組的日產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率更加穩(wěn)定；高溫更有利于產(chǎn)氣量的提高，但存在產(chǎn)氣過程不穩(wěn)定的情況，同時高溫需要消耗更多能源.

（3） 從整體實驗的日產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率的對比結果分析可知，當溫度為40℃、接種率為75%以及水的質量分數(shù)為90%時產(chǎn)氣效果最為穩(wěn)定，對餐廚垃圾的合理資源化利用更有益.

參考文獻：

[1]王向會，李廣魏，孟虹，等.國內外餐廚垃圾處理狀況概述[J].環(huán)境衛(wèi)生工程，2005，13（2）：41-43.

[2]馮思靜，馬云東，關曉玲，等.城市生活垃圾的減量化管理經(jīng)濟效益分析[J].環(huán)境科技，2010，23（1）：75-78.

[3]何雄浪，朱旭光.發(fā)展我國城市廢棄物循環(huán)經(jīng)濟的理論與實踐思考[J].當代經(jīng)濟管理，2008，30（11）：15-18.

[4]黃文雄，劉暢.餐廚垃圾處理現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].建設科技，2002，8（3）：90-92.

[5]馬磊，王德漢，謝錫龍，等.餐廚垃圾的高溫厭氧消化處理研究[J].環(huán)境工程學報，2009，3（8）：1509-1512.

[6]王延昌，袁巧霞，謝景歡，等.餐廚垃圾厭氧發(fā)酵特性的研究[J].環(huán)境工程學報，2009，3（9）：1677-1682.

[7]張宏麗，陳麗佳.我國新能源產(chǎn)業(yè)及核心技術發(fā)展探析[J].能源研究與信息，2013，29（4）：187-191.

[8]尼姝麗，王述洋，梁素鈺.餐廚垃圾循環(huán)處理的產(chǎn)業(yè)化分析[J].能源研究與信息，2011，27（1）：7-12.

[9]劉曉英.餐廚垃圾特性及厭氧消化產(chǎn)沼性能研究[D].北京：北京化工大學，2010.