餐厨垃圾两相厌氧消化特性试验研究

摘要：研究了餐厨垃圾两相厌氧消化特性。以北京化工大学餐厨垃圾为原料，分别以不同有机负荷（10、30、50和70gVS/L）、接种量（5、10、15和20gVS/L）、酸化时间（3、5、7和9d）考察其对酸化效果的影响，并对酸化出料进行甲烷化产气实验。结果表明，餐厨垃圾最优酸化条件为有机负荷30gVS/L，酸化时间5d，接种量15gVS/L。在此条件下，单位负荷产酸率为561.0mg乙酸/gVS，酸化末端产物主要为乙酸和丁酸，单位负荷累积产气量达到826.7mL/gVS，比乙醇型最佳条件单位负荷累积产气量763.8mL/gVS高8.2%，比丁酸型最低单位负荷累积产气量70.6mL/gVS高1070.3%。有机负荷、酸化时间、接种量依次对餐厨垃圾酸化有重要的影响，并且餐厨垃圾酸化效果和产气性能具有一致性。研究结果可为城市生活垃圾厌氧消化提供设计和运行依据。
关键词：餐厨垃圾；厌氧消化；酸化；甲烷化
中图分类号：X705  文献标志码：A  doi：10.3969/j.issn.1003-6504.2012.03.006   文章编号：1003-6504（2012）03-0025-05
　　随着我国饮食业的快速发展，每年产生大量的餐厨垃圾，仅北京市2008年餐厨垃圾日产量就达到了1600t[1]。由于餐厨垃圾具有含水率高，油脂、盐分含量高，易生物降解、易腐烂、发出难闻的异味，营养丰富等特点[2]，利用传统的填埋法进行处理不仅会造成餐厨垃圾中营养价值的损失，而且容易产生恶臭、渗滤液等二次污染物；焚烧法处理餐厨垃圾由于投资大、尾气排放受限制等难于广泛应用[3]。而厌氧消化技术避免了填埋和焚烧的缺点，成为餐厨垃圾减量化、资源化、无害化的一种有效途径[4]。
　　餐厨垃圾两相厌氧消化过程中，水解酸化阶段是限速步骤[5-6]，能否为后续的甲烷化提供适宜和稳定的底物，对甲烷相的物质代谢速率乃至整个厌氧系统的高效稳定运行至关重要[7]。因此，国内外学者在餐厨垃圾两相厌消化方面做了一些相关研究。Lim Seong-Jin等[8]认为韩国餐厨垃圾在HRT为8d、OLR为9gTS/（L•d）、pH为6.0、温度为35℃时酸化效果最好。Park Yong Jin等[9]研究发现在高温条件下当固体停留时间（SRT）>2d，OLR<146gCOD/（L•d）时，日本餐厨垃圾能取得较好的酸化效果。Carneiro T Forster等[10]研究发现在反应器TS为20%，其中接种物占30%的条件下启动反应器，餐厨垃圾降解率和产气量达到最大。张波等[5]和赵杰红等[11]研究了pH和温度对餐厨垃圾水解酸化过程的影响。
　　由于餐厨垃圾的组成因地域、饮食习惯、季节等不同而很大差异，而且我国不同地区之间的餐饮结构也都存在较大差异，不同国家和地区的研究人员得出不同的最优参数。为了更好地了解我国北方地区餐厨垃圾的厌氧消化性能，本试验以北京地区的餐厨垃圾为研究对象，旨在探索其最优厌氧消化参数，为餐厨垃圾两相厌氧消化工艺设计提供有利参考。
1材料与方法
1.1试验材料
　　试验所用原料来自北京化工大学食堂泔水池。经手工分拣后，打碎成浆状，放于-20℃冰箱冷冻储存待用。厌氧消化实验所用接种物为北京小红门污水处理厂中温（35℃）厌氧消化污泥。试验餐厨垃圾和接种污泥，其基本性质参见表1。