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不同濃度的餐廚垃圾厭氧消化產(chǎn)沼氣試驗(yàn)研究

文檔作者：劉德江劉盛林2 饒曉娟1 王璇1 文檔來(lái)源： 1．新疆農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2．新疆西域牧歌農(nóng)業(yè)科技有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年02月27日
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2018年第4期(總第151期)
鈺；夏占芋釷
ENERGY AND ENERGY CONSERVATlON 2018年4月
不同濃度的餐廚垃圾厭氧消化產(chǎn)沼氣試驗(yàn)研究
劉德江·，劉盛林2，饒曉娟1，王璇1
(1．新疆農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆昌吉831100；2．新疆西域牧歌農(nóng)業(yè)科技有限公司，新疆石河子832000)
摘要：設(shè)置3個(gè)不同的發(fā)酵濃度(，I'S％)：6％、8％和10％，進(jìn)行厭氧消化產(chǎn)沼氣對(duì)比試驗(yàn)。結(jié)果表明：以8％的發(fā)酵濃
度產(chǎn)氣率最高，達(dá)到102．8 mL／g。濃度過(guò)高或過(guò)低均不利于厭氧消化產(chǎn)沼氣。發(fā)酵濃度對(duì)所產(chǎn)沼氣中的CH。含量影響不
大，三個(gè)處理相差不明顯。餐廚垃圾極易發(fā)生酸化現(xiàn)象，且發(fā)酵濃度越大，發(fā)生酸化不產(chǎn)氣的現(xiàn)象就越嚴(yán)重。
關(guān)鍵詞：餐廚垃圾；厭氧消化；沼氣；產(chǎn)氣量；濃度
中圖分類號(hào)：X799．3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095—0802一(2018)04—0101—03
Experimental Study on the Biogas Test of Kitchen Waste Anaerobic Digestion in Different
Concentrations
LIU Dejian91，LI U Shenglin2，RAO Xiaojuanl，WANG Xuanl
(1．XinJiang Agricultural Vocational and Technical College，Changji 831 1 00，Xinjiang，China；
2．Xiyumuge Agricultural Science and Technology Co．，Ltd．of Xinjiang，Shihezi 832000，Xinjiang，China)
Abstract：Three different fermentation concentrations ffs％)：6％，8％and 10％were set up in comparative experiment of meth—
ane production by anaerobic digestion．The results showed that the highest gas generation rate is 102．8 mug at 8％fermentation
concentration．The concentration is too high or too low is bad for the anaerobic digestion．The concentration of fermentation has
little influence on the CH4 content in the biogas，and the three treatments are not obvious．The kitchen waste is prone to acidifica—
tion and can't produce gas in the process of anaerobic digestion，which is more serious due to acidification，and the concentration
of fermentation is higher．
Key words：kitchen waste；aerobic digestion；biogas；gas production amount；concentration
0引言
餐廚垃圾是食堂、飯館、酒店等餐飲業(yè)排放的垃
圾，也是城市的一種主要固體廢棄物，由于中國(guó)居民
生活習(xí)慣的原因，餐廚垃圾的產(chǎn)生量較大，餐廚垃圾
含水率及油脂含量高，易腐爛發(fā)臭，若不及時(shí)有效處
理會(huì)給環(huán)境造成很大危害?。餐廚垃圾常規(guī)的去向是用
于喂養(yǎng)“泔水豬”和制作地溝油?！般锼i”的存在
不僅易引起動(dòng)物傳染病的傳播，而且會(huì)通過(guò)飲食鏈造
成人畜共患病的發(fā)生。長(zhǎng)期食用地溝油可能會(huì)引發(fā)癌
癥，對(duì)人體的危害極大。因此，只有對(duì)餐廚垃圾進(jìn)行
無(wú)害化處理，能源化利用，才能從源頭上杜絕餐廚垃
圾產(chǎn)生危害。
餐廚垃圾厭氧發(fā)酵制沼氣工藝簡(jiǎn)單，但這是一個(gè)
非常復(fù)雜的生物化學(xué)過(guò)程【2】。厭氧發(fā)酵的影響因素較
多，如溫度、濃度、酸堿度和C／N比(碳氮比值)等。
國(guó)內(nèi)的研究報(bào)道多是溫度、酸堿度及C／N比反應(yīng)參數(shù)
的控制對(duì)產(chǎn)氣的影響，而濃度對(duì)發(fā)酵的影響研究較少。
本研究通過(guò)控制不同的發(fā)酵濃度，研究對(duì)餐廚垃圾厭
氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的影響。旨在探討發(fā)酵液的濃度大小對(duì)
餐廚垃圾厭氧消化過(guò)程及產(chǎn)沼氣效果的影響規(guī)律，為
收稿日期：2018—01—04
基金項(xiàng)目：新疆自治區(qū)自然科學(xué)基金計(jì)劃基金項(xiàng)目(2017D01A50)
第一作者簡(jiǎn)介：劉德江，1966年生，男，河南永城人，1987年畢業(yè)
于西北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境專業(yè)，教授。
餐廚垃圾的能源化利用提供理論指導(dǎo)。
1試驗(yàn)材料與方法
1．1材料及預(yù)處理
餐廚垃圾：2017年6月取自新疆農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)
院學(xué)生食堂，其成分主要為米飯、饅頭、面條、蔬菜、
菜湯、肉類、骨頭等。收集后，人工去除紙張、骨頭等
雜物，用粉碎機(jī)打碎至直徑2 mm以內(nèi)，調(diào)制成槳狀備
用。其主要成分及性質(zhì)見(jiàn)表1。
活性污泥：取自昌吉市第二污水處理廠的二沉池污
泥，經(jīng)常溫厭氧馴化20 d。其主要性質(zhì)見(jiàn)表1。
表1 餐廚垃圾及活性污泥的成分及性質(zhì)
總固體(Ts) 油脂灰分總碳總氮
物質(zhì)名稱pH值
％ ％ ％ ％ ％
餐廚垃圾17．64 16．24 2．53 4．88 0．24 4．31
活性污泥1．87 0．8l 7．68
1．2試驗(yàn)設(shè)計(jì)處理
本試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)不同的發(fā)酵濃度，即3個(gè)處理：
a)處理A?？偣腆w濃度(TS％)為6％，稱取預(yù)處
理過(guò)的餐廚垃圾1．58 kg(濕重)裝入發(fā)酵瓶中，再稱
取活性污泥1 kg(濕重)裝人5 L的發(fā)酵瓶中，加水
約3 500 mL；
b)處理B?？偣腆w濃度(髑％)為8％，稱取預(yù)處
理過(guò)的餐廚垃圾2．15 kg(濕重)裝入發(fā)酵瓶中，再稱
·101·
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
2018年第4期鈺；夏占芋釷2018年4月
取活性污泥1 kg(濕重)裝入5 L的發(fā)酵瓶中，加水
約3 000 mL；
C)處理c?？偣腆w濃度(TS％)為10％，稱取預(yù)處
理過(guò)的餐廚垃圾2．72 kg(濕重)裝入發(fā)酵瓶中，再稱
取活性污泥1 kg(濕重)裝人5 L的發(fā)酵瓶中，加水
約2 500 mL。
1．3試驗(yàn)裝置與方法
試驗(yàn)裝置主要由5 000 mL厭氧發(fā)酵瓶、1 000 mL
集氣瓶、500 mL量筒組成。按上述3個(gè)處理濃度，分
別稱取一定重量的餐廚垃圾、活性污泥裝入3個(gè)發(fā)酵
瓶中，再加人水分，充分?jǐn)嚢杈鶆颉０惭b好集氣裝置
后，放置在試驗(yàn)臺(tái)面上進(jìn)行常溫發(fā)酵。產(chǎn)氣計(jì)量采用
排液法，由量筒內(nèi)液體體積指示。試驗(yàn)過(guò)程中，每天
定時(shí)人工攪動(dòng)2次，使發(fā)酵液充分混勻，均勻排氣。
每天定時(shí)測(cè)定產(chǎn)沼氣量、CH。含量及pH值。
1．4測(cè)定項(xiàng)目及方法
產(chǎn)沼氣量采用排液法測(cè)定；CH。含量采用沼氣成分
檢測(cè)儀(武漢四方產(chǎn)CAS一32XX型)測(cè)定；pH采用
pH計(jì)(上海產(chǎn)雷磁S一3C型)測(cè)定；試驗(yàn)原料的總固
體濃度(Ts％)采用重量法測(cè)定，參考CJ／T 3 13--2009
生活垃圾采樣和物理分析方法；油脂采用重量法測(cè)定；
總碳采用儀器法測(cè)定；總氮采用半微量凱氏法測(cè)定，
參考GB／T5009．5—2010食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定。
2試驗(yàn)結(jié)果與分析
2．1不同發(fā)酵濃度對(duì)沼氣產(chǎn)量的影響
各處理第3天后均正常產(chǎn)沼氣，約15 d后產(chǎn)氣量
達(dá)到峰值，之后又逐漸下降，當(dāng)發(fā)酵進(jìn)行到第40天時(shí)，
產(chǎn)氣基本停止，表明發(fā)酵已結(jié)束。每天觀察記錄3個(gè)
處理的日產(chǎn)氣量，作圖分析時(shí)，按每隔2 d的平均值
計(jì)算，見(jiàn)圖1。
0 2 4 6 8 10 12 14 16 l 8 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40
發(fā)酵天數(shù)／(I
圖1 不同發(fā)酵濃度餐廚垃圾產(chǎn)氣量的變化
由圖1的變化曲線可看出：3個(gè)處理的發(fā)酵周期
都是40 d，產(chǎn)氣高峰均出現(xiàn)在第15天后，其中，處理
B出現(xiàn)在第18天，比處理A和C推遲了3 d。且其累
計(jì)產(chǎn)沼氣量要比處理A和c高出很多，表明發(fā)酵濃度
·102·
過(guò)低或過(guò)高均不利于厭氧消化產(chǎn)沼氣，這和韓艷霞【3J等
人的試驗(yàn)結(jié)果是一致的。分析其原因是，濃度過(guò)低，則
干物質(zhì)含量少，可生化降解的有機(jī)物就少，因此產(chǎn)氣
量也就少；而濃度過(guò)高時(shí)，可降解的有機(jī)物含量就多，
發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)酸也就多，易發(fā)生酸化現(xiàn)象，
從而也就抑制了正常產(chǎn)氣。本試驗(yàn)得出以rI'S％為8％的
發(fā)酵濃度相對(duì)最好，累計(jì)產(chǎn)氣量分別比6％和10％的處
理高出10 390 mL和10 970 mL。
根據(jù)40 d的累計(jì)產(chǎn)氣量，分別計(jì)算出3個(gè)處理的
產(chǎn)氣率，詳見(jiàn)表2。
表2各處理的單位質(zhì)量產(chǎn)氣量及產(chǎn)氣率
總固體濃度總固體質(zhì)量累計(jì)總產(chǎn)氣量產(chǎn)氣率
處理編號(hào)
％ kg mL mug
處理A 6 1．58x17．64％=0．278 7 28 560 102．5
處理B 8 2．15x17．64％=O．379 3 38 950 102．7
處理C 10 2．72x17．64％=O．479 8 27 980 58．3
由表2可知，餐廚垃圾具有較高的產(chǎn)氣率，不同發(fā)
酵濃度其干物質(zhì)含量就不同，產(chǎn)氣率的大小也就有差
異，順序?yàn)椋禾幚鞡>處理A>處理C。6％和8％的濃
度其干物質(zhì)產(chǎn)氣率遠(yuǎn)高于10％的發(fā)酵濃度，再次表明，
發(fā)酵濃度過(guò)高不利于厭氧消化產(chǎn)沼氣。
2．2不同發(fā)酵濃度對(duì)沼氣中CH。含量的影響
在40 d的發(fā)酵過(guò)程中，每天測(cè)定1次各處理所產(chǎn)
沼氣中的CH。含量(體積濃度)，三種處理的CH。含量
有一定的差別。作圖分析時(shí)按每隔2 d的平均值計(jì)算，
結(jié)果詳見(jiàn)圖2。
70 1
60 1
50_
譽(yù)
商40 1
睪30 J
U
20 1
10 1
O J
0 2 4 6 8 lO 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40
發(fā)酵天數(shù)／tI
圖2各處理CH。含量的變化
由圖2不難看出：各處理CH。含量的變化趨勢(shì)大
致相同，即隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，逐漸升高，在第20
天達(dá)到峰值后又逐漸降低。三個(gè)處理所產(chǎn)沼氣中的CH。
含量相差不大，說(shuō)明餐廚垃圾的發(fā)酵濃度對(duì)CH。含量
的影響不明顯。
2．3不同濃度對(duì)發(fā)酵液酸堿度的影響
在為期40 d的發(fā)酵期間，每天測(cè)定一次各處理發(fā)
酵液的pH值，采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)定的方法，即把pH計(jì)
的復(fù)合電極插入發(fā)酵瓶?jī)?nèi)的液體中測(cè)定，得到實(shí)測(cè)值，
保留2位小數(shù)。作圖分析時(shí)按每隔2 d的平均值計(jì)算，
詳見(jiàn)圖3。
∞
∞
∞
∞
∞
∞
∞
∞
o
6
4
2
O
8
6
4
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，ILu＼槲一k
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
2018年第4期劉德江，等：不同濃度的餐廚垃圾厭氧消化產(chǎn)沼氣試驗(yàn)研究2018年4月
0 2 4 6 8 lO 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40
發(fā)酵天數(shù)／(I
圖3各處理發(fā)酵液pH值的變化曲線
從圖3可知：三種處理的發(fā)酵液在40 d的發(fā)酵期
間，酸堿度的變化規(guī)律基本相同，發(fā)酵前期的第2
天～第9天，pH值逐漸升高。第10天～第19天時(shí)，
pH值相對(duì)穩(wěn)定在7左右。當(dāng)發(fā)酵進(jìn)行到第20天左右
時(shí)，均出現(xiàn)了不同程度的酸化現(xiàn)象，pH值降至5以下，
第28天后又逐漸回升至7左右，并穩(wěn)定下來(lái)。另從圖
3的變化曲線還可看出，在整個(gè)發(fā)酵期內(nèi)，三個(gè)處理的
發(fā)酵液pH值有一定的差別，其大小順序?yàn)椋禾幚鞟>
處理B>處理C。即發(fā)酵濃度越大，發(fā)酵液的pH值就
越低。分析其原因可能是濃度大的發(fā)酵液中干物質(zhì)多，
可降解的有機(jī)物多，產(chǎn)生并積累的有機(jī)酸也就越多[41，
因此，其pH值就低。這與李超偉等人[51的試驗(yàn)結(jié)果基
本一致。
3結(jié)語(yǔ)
a)餐廚垃圾中可生化降解的有機(jī)物較多，具有較
高的產(chǎn)氣率，在常溫發(fā)酵條件下，干物質(zhì)產(chǎn)氣率在58
mug以上。不同濃度的發(fā)酵液產(chǎn)氣率不同，本試驗(yàn)只
設(shè)置了6％、8％和10％3種濃度，得出產(chǎn)氣率最高的
濃度是8％，其次是6％，而10％的濃度產(chǎn)氣率最低。
表明發(fā)酵濃度過(guò)高或過(guò)低都不利于產(chǎn)氣。但究竟多大
濃度才是最佳的發(fā)酵濃度，尚需要再做進(jìn)一步的研究
探討；
b)在常溫條件下，餐廚垃圾的厭氧消化周期為40
d，之后便停止產(chǎn)氣。發(fā)酵濃度對(duì)所產(chǎn)沼氣中的CH。含
量雖然有一定的影響，但影響不大，三個(gè)處理的CH4
含量相差很?。?
12)在厭氧消化過(guò)程中，餐廚垃圾極易發(fā)生酸化現(xiàn)
象，如不調(diào)節(jié)pH值，將停止產(chǎn)氣。而且發(fā)酵濃度越
大，發(fā)酵液的pH值就越低，發(fā)生酸化不產(chǎn)氣的現(xiàn)象就
越嚴(yán)重。
參考文獻(xiàn)：
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氣協(xié)同效應(yīng)[J]．環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2014，8(6)：2536—2541．
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[5]李超偉，廖勇，高磊，等．高溫厭氧消化處理餐廚垃圾試驗(yàn)
研究[J]．中國(guó)沼氣，2014，32(3)：18—21．
(責(zé)任編輯：高志鳳)
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(上接15頁(yè))
3．4提高繪圖的準(zhǔn)確性
繪圖是煤礦測(cè)量中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其準(zhǔn)確性對(duì)
測(cè)量的整體精度有很大影響。要確保繪圖的準(zhǔn)確性：
a)繪圖人員應(yīng)在實(shí)地考察的基礎(chǔ)上，嚴(yán)格按照相
關(guān)規(guī)定要求進(jìn)行圖紙的繪制，以確保圖紙內(nèi)容的全面
性與準(zhǔn)確性；
b)為保證煤礦生產(chǎn)工人的人身安全，測(cè)量圖的繪
制精度應(yīng)盡量達(dá)到煤礦測(cè)量的具體要求，因?yàn)檫@樣才
能更好地將井上地面與井下空間幾何關(guān)系對(duì)應(yīng)地反應(yīng)
出來(lái)，從而采取更有針對(duì)性的安全防范措施；
c)對(duì)于距離較近的煤礦，必須將對(duì)方的采煤進(jìn)度
與掘進(jìn)情況繪制到測(cè)量圖中，以防止由于對(duì)方的瓦斯、
積水等影響自己的施工與人員安全[5-03。
4結(jié)語(yǔ)
提高煤礦勘測(cè)精度對(duì)于煤礦作業(yè)安全至關(guān)重要，
因此加強(qiáng)煤礦測(cè)量方法研究意義重大。隨著科學(xué)技術(shù)
的快速發(fā)展，新科學(xué)、新技術(shù)在煤礦測(cè)量工作中也不
斷得到應(yīng)用，為進(jìn)一步提高煤礦測(cè)量精度提供了更大
的空間。但煤礦測(cè)量工作是一項(xiàng)系統(tǒng)的工程，只有切
實(shí)關(guān)注每一個(gè)細(xì)小環(huán)節(jié)，才能得出一個(gè)更為準(zhǔn)確的測(cè)
量結(jié)果，煤礦測(cè)量工作也才能得到不斷的加強(qiáng)和完善。
參考文獻(xiàn)：
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技術(shù)：全文版，2017(2)：300．
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江科技信息，2016(21)：142．
(責(zé)任編輯：高志鳳)
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