有机负荷对餐厨垃圾单相厌氧发酵的影响

2.2有机负荷对甲烷浓度的影响
从图2可以看出，在3个有机负荷条件下，稳定产气时，沼气中甲烷浓度均在50%～75%，这表明在沼气发酵过程中，甲烷浓度与发酵系统的有机负荷无关。这是由于改变系统有机负荷，也就是改变底物浓度，但是并未改变底物组成。
2.3有机负荷对发酵pH的影响
图3显示，当有机负荷为0.75g/（L•d）时，发酵液的pH为6.9～7.1，维持相对稳定状态；当有机负荷为1.25g/（L•d）时，发酵液的pH为7.1～7.3，也维持相对稳定；当有机负荷为1.50g/（L•d）时，发酵液的pH持续下降，从7.1降至6.1左右。

图2不同有机负荷条件下的甲烷浓度

图3不同有机负荷条件下的pH
有机负荷为0.75和1.25g/（L•d）时，发酵液的pH均维持相对稳定状态，而pH6.9～7.1和7.1～7.3均为产生甲烷菌的最佳范围。在这个过程，有机负荷适宜，底物浓度适中，产酸菌生产的有机酸被甲烷菌利用生产甲烷，不会造成有机酸的大量累积，从而维持系统pH的相对稳定。当有机负荷提高至1.50g/（L•d）时，产酸菌产生大量有机酸，而产甲烷菌不能完全利用，导致有机酸大量积累，使发酵液pH迅速降低，到第8天时，pH下降至6.5左右，已经不是产生甲烷的最佳pH范围，因此沼气产量开始明显下降，与图1中沼气产率下降相对应。
2.4有机负荷对发酵液中氨氮的影响
从图4可以看出，当有机负荷为0.75、1.25、1.50g/（L•d）时，发酵液的氨氮浓度为300～500、450～700、500～900mg/L。

图4不同有机负荷条件下的氨氮浓度
氨氮含量是厌氧发酵过程的重要指标之一，适宜的氨氮含量可为微生物的生产提供氮元素。图4显示，氨氮浓度随着试验的延续和有机负荷的提高呈逐渐上升趋势。这是由于餐厨垃圾中含有大量的有机氮，多以蛋白质的形式存在，加入发酵罐之后，蛋白质水解为氨基酸，并进一步被转化为氨态氮。国内外研究普遍认为，当氨氮浓度高于200mg/L时，产生甲烷菌的活动就会被抑制。当有机负荷为1.25、1.50g/（L•d）时，发酵液的氨氮浓度为450～700、500～900mg/L，远远超过200mg/L，这可能也是导致沼气总产量和沼气产率下降的原因。为降低氨氮的抑制，可以调节进料碳氮比，如与含碳量高的有机物共消化。
2.5有机负荷对发酵液中SCOD的影响
图5显示，当有机负荷为0.75、1.25g/（L•d）时，发酵液的SCOD为300～500、500～700mg/L，均维持相对稳定状态。当有机负荷为1.50g/（L•d）时，发酵液的SCOD从第8天开始从700mg/L迅速上升，第10天接近2000mg/L。这是由于有机负荷过高，有机物水解后产生大量有机酸，使体系pH迅速下降，甲烷菌活性降低，导致有机酸不能充分利用，从而大量累积，SCOD迅速升高。

图5不同有机负荷条件下的SCOD
3结论
（1）在餐厨垃圾单相厌氧发酵过程中，当有机负荷较低时，底物浓度适中，产酸菌生产的有机酸被甲烷菌利用生产甲烷，不会造成有机酸的大量累积，发酵过程中pH、氨氮含量、SCOD含量均能维持相对稳定状态，提高有机负荷有利于提高沼气产量和产率。但当有机负荷达到一定高度时[1.50g/（L•d）]，再进一步提高有机负荷时，发酵过程的pH下降，SCOD含量上升，难以维持体系稳定，沼气产量和产气速率下降，不利于沼气生产。这说明单相厌氧发酵工艺只能在较低的有机负荷下运行，处理能力较低。
（2）餐厨垃圾中含有大量的有机氮，有机负荷的提高，造成氨氮浓度过高，抑制甲烷菌的活性，降低沼气产量。因此，餐厨垃圾发酵应调节碳氮比。在3个有机负荷条件下，稳定产气时，沼气中甲烷浓度均在50%～75%，这表明在沼气发酵过程中，甲烷浓度与发酵系统的有机负荷无关。
参考文献略