餐厨垃圾厌氧发酵影响因素研究

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1、餐厨垃圾厌氧发酵影响因素研究摘要：用L9（34）正交试验法研究了温度、含固率、接种率和pH对餐厨垃圾厌氧发酵产沼气量的影响，确定了考察因子的主次以及最优工艺条件，并针对影响较为显著的因素（温度、接种率和pH）进行了单因素验证试验。实验结果表明：在温度为55℃、pH值为7、接种率为30%、含固率为8%时，厌氧发酵产沼气的产率最大为633.8mL/gVS餐厨垃圾；各因素对沼气产量影响大小的顺序依次为温度、pH值、接种率和含固率。　　关键词：餐厨垃圾；厌氧发酵；正交实验；影响因素　　中图分类号：X799.3　文献标志码：A　doi：10.3969/j.issn.

2、1003-6504.2011.07.023　文章编号：1003-6504（2011）07-0094-04　　餐厨垃圾俗称潲水、也称泔脚，是指居民日常生活中所产生的食物残余，其成分主要是纤维素、淀粉、蛋白质、脂肪和水。餐厨垃圾成分复杂，含水量高，且易腐烂变质，其在运输与处理的过程中不仅滋生蚊虫，而且污染水体和大气。近几年，北京、上海等城市餐厨垃圾日产量达近2000t[1]，给市政、环卫部门带来了巨大的压力。由此引出的潲水猪与地沟油事件，危害市民健康的同时也造成了资源的浪费。如果能很好地处理餐厨垃圾，将之作为城市资源的来源之一，变废为宝，必将带来良好的经济效益

3、和社会效益。餐厨垃圾含有厌氧微生物所需的各种均衡营养，利用厌氧发酵法将其资源化是一种较为合适的处理法。Cho[2]等研究了熟肉食品、纤维素、熟米饭、蔬菜和混合餐厨垃圾的产甲烷能力。Zhang[3]等通过研究发现餐厨垃圾的产沼气能力达435mL/gVS。以VS（挥发性固体含量）22.62%计算，即1t餐厨垃圾可产生沼气87m3。而1m3沼气完全燃烧后，能产生相当于0.7kg无烟煤、或0.7kg汽油、或0.8kg煤油完全燃烧所产生的热量[4]。由此可见，完善厌氧发酵法处理餐厨垃圾产沼气的技术具有重要意义。本文采用正交试验法[5]考察温度，含固率，接种率和pH值

4、对餐厨垃圾厌氧发酵产沼气的影响。1材料与方法1.1实验材料　　餐厨垃圾：采自中南大学某学生食堂，搅拌均匀后，用搅碎机搅碎至颗粒粒径小于5mm的糊状物，并于-5℃下保存待实验。　　接种物：长沙某污水处理厂厌氧段的污泥，为黑色絮状物。取回后，用塑料瓶密封静置1d，分层后，取下层污泥作为接种物。见表1。表1餐厨垃圾与污泥的性质1.2实验装置　　实验装置（图1）是由1L的厌氧发酵瓶，1L的集气瓶和500mL量筒三部分组成。发酵瓶分别置于低温（20±2）℃，中温（35±2）℃，高温（55±2）℃的水浴器中。发酵瓶中产生的气体沿着玻璃导管进入集气瓶，集气瓶中装有3%的

5、NaOH溶液（质量分数），吸收气体中的酸性组分后，等体积的NaOH溶液被压入到右边的量筒中，量筒的读数即为所产甲烷的体积。发酵瓶与集气瓶之间的阀门为气体采样点。每次调节pH值后均向发酵瓶中通入N2以维持发酵瓶内的厌氧环境。　　每天手动搅拌两次，每次5min，使发酵液的均匀混合。图1实验装置图1.3实验方法　　（1）正交试验。实验采用L9（34）正交表，选定温度、含固率、接种率和pH为考察因子，进行4因素3水平正交试验。实验以沼气的产量为评价指标，且不考虑因子间的交互作用，实验因素水平设置如表2所示。表2正交试验因素水平表　　接种率采用固体比：污泥干重/（污

6、泥干重+餐厨垃圾干重），各组实验均采用200g餐厨垃圾，根据接种率和含固率加入水和接种物。为保证实验的顺利进行，向发酵液中添加恰当的Ca（OH）2。（2）单因素试验。在正交试验的基础上，进一步考察单因素：温度、接种率和pH值对厌氧发酵的影响。未特殊注明时，实验条件为正交试验得出的最佳条件。1.4指标测定（1）沼气产量：采用排NaOH溶液法记录各工艺条件下的沼气产量。（2）pH值：采用pH计，每两天测定一次。（3）TS：烘干法[6]。2结果与分析2.1正交实验　　根据试验设计安排实验，记录每天沼气的产量。厌氧发酵反应进行45天可结束，其中反应的最后15天的沼

7、气产量较低。因此，综合考虑能耗问题，本实验确定沼气发酵周期30天是合理的。实验前30天的沼气产量结果见表3。表3正交试验结果 分析正交试验，得出以下结论：　　（1）由表3中极差的大小可以直观判断出各因素对沼气产量影响的主次顺序为：温度（A）＞pH（D）＞接种率（C）＞含固率（B）。　　（2）鉴于本正交试验设计的正交表未设置空列，故根据指标的不同，选择四因素中偏差平方和最小者为误差列。由方差分析表表4可知，含固率一项的偏差平方和明显偏小，所以选用含固率的偏差平方和作为误差平方和，含固率的偏差平方和对应的自由度为误差平方和的自由度。由方差分析结果可知，4种因素

8、对沼气产量的影响不十分显著，但是，温度与另外3种相比，其影响的显著