接种比对厨余垃圾干式厌氧发酵性能影响_秦丞志.pdf
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1、第 卷第期 青 岛 理 工 大 学 学 报 接种比对厨余垃圾干式厌氧发酵性能影响秦丞志,张虹莹,张奇,刘青鑫,赵建伟,孙英杰(青岛理工大学 环境与市政工程学院,青岛 ;青岛洁宝生态科技有限公司,青岛 )摘要:以厨余垃圾作为发酵底物,以二沉池剩余污泥及厌氧消化后的发酵沼渣作为接种物,研究了剩余污泥与沼渣质量比为(),(),(),(),()对厨余垃圾干式厌氧发酵效率的影响。结果表明:接种比能显著影响厨余垃圾干式厌氧消化。相较于,接种物内沼渣比例的提高利于产气量的提升。在 内,累计产气量为 ,而当污泥和沼渣混合比降低至时,累计产气量达到 。继续降低污泥和沼渣混合接种比,累计产气量降低,但仍高于。接种
2、物内沼渣能缓解系统的过度酸化,组别内 均高于。此外,接种物内沼渣的存在促进了有机物的释放,内挥发性脂肪酸浓度最大值为 ,高于 内的 。过量沼渣存在提高了反应体系内氨氮的释放,从而降低了微生物代谢活性,降低产气效率。研究结果对厨余垃圾高效资源化利用提供了一定的数据支撑与理论依据。关键词:厨余垃圾;厌氧发酵;接种比;酸化;产气量中图分类号:文献标志码:文章编号:()收稿日期:基金项目:国家自然科学基金资助项目(;);中国博士后科学基金资助项目();山东省博士后创新项目()作者简介:秦丞志(),男,山东日照人。硕士,研究方向为有机废物资源化、生物技术等。:。通信作者:赵建伟(),男,山东日照人。博士
3、,副教授,主要从事固体废物污染控制等方面的研究。:。,(,;,):(),(),(),()(),青 岛理工大学学报第 卷 ,:;厨余垃圾是生活垃圾的重要组成部分,由餐厅垃圾、菜市场垃圾、家庭厨房垃圾等组成。如何妥善处理日益增长的厨余垃圾成为了当今世界面临的重大挑战。据联合国环境署()发布的 年食物浪费指数报告 预计,全球每年有的食物被浪费,约为 亿,其中,中国家庭食物浪费量每年高达 万。厨余垃圾具有含水量高、有机物质含量丰富、容易出现腐烂变质等特点,如果不进行有效的处理和处置,可能会对环境造成许多有害影响。厌氧发酵具有资源化、减量化和无害化的特征从而被认为是厨余垃圾处理的重要技术。相较于厌氧湿式
4、发酵(含固率),厌氧干式发酵(含固率)具有承受有机负荷能力高、沼液产量低、沼气产量高、耗能少、操作简单等特点,因此厨余垃圾厌氧干式发酵得到学者的广泛关注。厌氧发酵过程中,接种物为系统提供最初的微生物群,这些微生物群随后将参与构成有机物降解过程的反应。它还含有几种能积极影响酶活性和沼气生产的大量营养素。付龙云等通过探究比较了,和 接种比(接种物与所有发酵物料的质量分数)对叶菜类尾菜厌氧发酵产沼气性能的影响,结果发现接种比过低时(和),发酵中会出现丙酸乙酸大量累积、值骤降、酸碱平衡失调的“过酸化”现象;当接种比为 和 时最高沼气日产量分别为 和 ,累计产气量分别为 和 ,最高甲烷浓度分别为 和 。
5、董姚君等研究了不同接种量对芥菜渣厌氧消化产气的影响,结果发现接种物量为 的实验组累计产气量为 ,最高甲烷含量为 ,明显好于其他实验组,是实验中最适宜芥菜渣发酵的浓度。等通过探究不同接种比条件下的接种污泥对猪浆厌氧消化的影响,结果发现当猪粪与接种污泥比值为时,实验组内产生的挥发性脂肪酸()能够更加快速地被降解利用,使用更高的比例可能会因为 的积累而导致反应器失衡,造成“酸抑制”现象。接种物对厨余垃圾干式发酵和湿式发酵的影响存在显著差异:干式发酵系统内介质流动性差、物质的传递效率受限;干式发酵系统内代谢产物易积累从而导致酸化现象。接种物混合比对厨余垃圾干式厌氧消化的影响鲜有探究,这阻碍了厨余垃圾干
6、式厌氧消化技术的推广与应用。鉴于此,本文以厨余垃圾为发酵底物,在中温条件下探究了接种比对厨余垃圾干式厌氧发酵产气性能的影响并揭示相关机制。首先探究了不同接种比对厨余垃圾干式厌氧发酵日产气及累计产气性能的影响,随后分析接种比对厨余垃圾干式发酵内关键运行参数的影响,最后比较了不同接种比对厨余垃圾内有机物生物转化的影响并揭示了相关机制。材料与方法实验材料接种污泥:取自青岛某污水处理厂二沉池的剩余污泥,该污水厂主要采用缺氧好氧工艺生物脱氮。取回后的接种污泥首先用不锈钢网()过滤后去掉上清液并静置 进行浓缩。最后将浓缩后的污泥置于冰箱内贮存备用。接种污泥的主要特征见表。接种沼渣:取自青岛某固体废物处理厂
7、(采用厨余垃圾为原料)厌氧消化罐出料,除去杂物后放在冰箱中备用。沼渣的主要特征见表。表为接种污泥和接种沼渣含固率测定参数。第期秦丞志,等:接种比对厨余垃圾干式厌氧发酵性能影响厨余垃圾:依据青岛理工大学某学生餐厅厨余垃圾的成分人工配制厨余垃圾。具体配比如表所示。表接种污泥与沼渣的理化性质物料 ()氨氮()()接种污泥 接种沼渣 表接种污泥与沼渣含固率测定参数物料坩埚干质量湿质量烘干后质量含固率接种污泥 接种沼渣 表人工配置厨余垃圾厨余垃圾主要组成(湿基)组成成分米饭蔬菜类面食类蛋类肉类比例 实验装置实验反应装置为青岛理工大学固体废物与污染控制实验室自制的小型厌氧反应器,由个部分组成:锥形瓶、专用
8、集气袋和恒温振荡培养箱。将厌氧反应器放入恒温振荡培养箱中,反应温度控制在,反应器有效体积为 。发酵瓶用带穿孔管的橡胶塞密封,穿孔管连接采样气袋。实验装置在组装后需向瓶内通入,以排除发酵起始阶段残留对厌氧发酵反应的影响。实验方案以厨余垃圾为发酵底物,根据剩余污泥与发酵沼渣接种比的不同设置组厌氧反应器。将个带有集气装置的 厌氧反应器放入振荡培养箱中,温度设置为(),依次向这个厌氧反应器中加入不同接种比(质量比)的接种物,以使各瓶中接种污泥与接种沼渣之间的接种比依次达到(),(),(),(),()。依照接种物厨余垃圾接种比进行实验,各发酵实验组的发酵总质量均为 。用 吹扫 以除去瓶中,避免 残留在瓶
9、中影响实验结果,整个厌氧发酵实验持续。每天记录集气袋中产生气体体积,第天产生气体的体积,即为厨余垃圾干式厌氧消化第天的日产气量,累计产气量为。在整个发酵过程中,每隔 测定集气袋中体积分数,每隔 测定反应器中 以及氨氮的浓度。监测指标与分析方法氨氮参考 水质 氨氮的测定 纳氏试剂分光光度计法()测定;值使用 检测仪测定;气体体积采用抽气法测定;含固率()参考 生活垃圾采样和分析方法()测定;实验过程中料液里的挥发性脂肪酸()含量采用滴定法 测定;多糖采用硫酸苯酚法 测定。结果与分析接种比对产气性能的影响图为不同接种比对厨余垃圾干式厌氧消化日产气的影响。需要注意的是除 外,其他组反应器皆只有次产气
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