以沼渣和牛粪接种餐厨垃圾厌氧发酵效果研究

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摘要 随着社会发展，餐厨垃圾产量逐年增加，亟需寻求一种综合处理餐厨垃圾的技术。运用厌氧发酵处理餐厨垃圾转化为清洁能源沼气，对于解决我国日益严重的餐厨垃圾污染问题具有十分重要的意义。以沼渣和牛粪接种餐厨垃圾厌氧发酵效果研究结果表明，采用沼渣沼液和新鲜牛粪接种餐厨垃圾，发酵产气效果良好，40 ℃条件下产气周期为15 d。可缩短发酵周期，提高产气效率，为餐厨垃圾资源化处理提供理论参数和技术指标。

关键词 沼渣；牛粪；接种；餐厨垃圾；厌氧发酵；效果

中图分类号 X705 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2014）03-0202-01

餐厨垃圾具有含水率高、有机物含量高的特点，极易变质、腐烂、发酵，滋生蚊蝇，产生毒素，污染水体和大气，产生强烈的恶臭及视觉污染，严重影响人们的日常生活及身体健康[1-2]。沼渣是沼气发酵后残留在沼气池底部的半固体物质，含有丰富的有机质、粗蛋白、氮、磷、钾和微量元素。用沼渣和牛粪接种餐厨垃圾，可达到缩短发酵周期、降低运行成本等目的[3-5]。为实现最大限度的资源回收和环境保护，开展试验研究，为日后试验打下良好的基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试餐厨垃圾取自吉林省农业科学院食堂，经过初步分选，除去筷子、塑料袋、废纸等杂物，经过打碎，放入冰箱储存备用。测定原料的主要理化性质：总固体10.74%，挥发性固体（TS）95.13%，含水率97.64%，总氮2.33%，总磷0.43%，C/N为22.35，纤维素0.11 g，pH值6.10。供试接种物为运行良好的沼气池中选取的沼渣沼液和新鲜牛粪。

1.2 试验装置

本试验采用实验室自行设计的装置（图1），由2.5 L的负压式广口瓶构成，发酵瓶置于电热恒温循环水槽中，排水法收集气体。发酵瓶中产生的气体沿着导管进入集气瓶，左边广口瓶中水的体积即为所产甲烷的体积。发酵瓶与集气瓶中间的阀门为气体采样点，每天搅拌2次，每次2 min，使发酵液均匀混合。

1.3 试验方法

反应装置总料量1 000 mL，餐厨垃圾500 mL，40 ℃条件下，接种量30%，每个试验2次重复，采用一次进料（经过预处理），设1个空白试验。混匀后用Na2CO3调节pH值至6.8。发酵装置放置在恒温水浴锅中，温度设定40 ℃。及时调试pH值在适合发酵范围内，每天记录pH值变化及产气量。

1.4 测定内容及方法

总固体含量（TS）采用烘干法测；挥发性固体含量（VS）采用灼烧法测定；CH4含量的测定由GASBOARD-3200L系列便携红外沼气分析仪测定；产气量测定采用排碱性饱和食盐水法；pH值用精密pH计测定。

2 结果与分析

2.1 发酵过程中pH值的变化

由于发酵过程中发酵系统的酸碱性会呈规律性变化。因此，可以用pH值的变化来描述餐厨垃圾发酵过程的进行情况。从图2可以看出，观察发现前5 d需要对反应系统加碱进行调节，避免酸化过度。6 d后pH值逐渐趋于稳定，一般在产气峰值的前期会出现pH值低峰值，原因是挥发性脂肪酸的积累使发酵系统酸性逐渐加强，可以为甲烷菌的生长提供了充足的底物，但是随着VFA不断被甲烷菌分解，发酵系统酸性逐渐开始减弱，pH值升高。14 d后pH值下降，产气基本停止。

2.2 发酵过程中产气量的变化

发酵环境的酸碱性直接影响厌氧微生物的活性，当pH值在6.8左右时有利于有机物水解，产甲烷菌活性最大，产气效果最好[3-4]。试验启动pH值为6.0，发酵温度较高（40 ℃），且温度的波动范围不超过 1℃，有利于各种厌氧微生物的生长发育；且接种物里面含有大量的水解菌、产酸菌及产甲烷菌，在开始发酵很短的时间内，即开始大量产气。第2天出现一个产气小高峰，日产气量达到775 mL（图3），产生的主要是二氧化碳气体，此时系统处于强酸化过程，pH值下降迅速，每天均需要调节酸碱度。第6天以后pH值趋于稳定，无需调节，系统酸碱度稳定在6.0左右，产气量也逐渐增加，在第8、12天出现另外2个产气高峰，至第15天产气停止。

3 结论

试验结果表明，采用沼渣沼液和新鲜牛粪接种餐厨垃圾，发酵产气效果良好[6-9]，40 ℃条件下产气周期为15 d。缩短产气时间。餐厨垃圾的酸化是一个极为快速的过程，第2天，料液的pH值从6.0下降到4.0。pH值是影响发酵产气的一个重要因素。餐厨垃圾酸化过程可将餐厨垃圾中的有机物转化为挥发性有机酸，有利于厌氧发酵过程中甲烷产量的增加。试验显示发酵前期pH值迅速下降，抑制产气。调节系统pH值稳定在6.0左右，系统自身具有一定的缓冲作用，无需进行人工调节，产气量较稳定。

4 参考文献

[1] 刘云，李晓姣，袁进.餐厨垃圾的微生物处理技术研究进展[J].环境卫生工程，2011（4）：32-35.

[2] 易龙生，饶玲华，王鑫，等.餐厨垃圾厌氧发酵影响因素研究[J].环境科学与技术，2011，34（7）：94-97.

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[4] 何品晶，潘修疆，吕凡，等.pH值对有机垃圾厌氧水解和酸化速率的影响[J].中国环境科学，2006，26（1）：57-61.

[5] 王远远.蔬菜废弃物沼气发酵工艺条件及沼气发酵残余物综合利用技术的研究[D].上海：上海交通大学，2008.

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