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不同濃度的餐廚垃圾厭氧消化產沼氣試驗研究

文檔作者：劉德江劉盛林2 饒曉娟1 王璇1 文檔來源： 1．新疆農業職業技術學院 2．新疆西域牧歌農業科技有限公司		點擊數：	更新時間： 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沼氣試驗研究
劉德江·，劉盛林2，饒曉娟1，王璇1
(1．新疆農業職業技術學院，新疆昌吉831100；2．新疆西域牧歌農業科技有限公司，新疆石河子832000)
摘要：設置3個不同的發酵濃度(，I'S％)：6％、8％和10％，進行厭氧消化產沼氣對比試驗。結果表明：以8％的發酵濃
度產氣率最高，達到102．8 mL／g。濃度過高或過低均不利于厭氧消化產沼氣。發酵濃度對所產沼氣中的CH。含量影響不
大，三個處理相差不明顯。餐廚垃圾極易發生酸化現象，且發酵濃度越大，發生酸化不產氣的現象就越嚴重。
關鍵詞：餐廚垃圾；厭氧消化；沼氣；產氣量；濃度
中圖分類號：X799．3 文獻標識碼： A 文章編號： 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、酒店等餐飲業排放的垃
圾，也是城市的一種主要固體廢棄物，由于中國居民
生活習慣的原因，餐廚垃圾的產生量較大，餐廚垃圾
含水率及油脂含量高，易腐爛發臭，若不及時有效處
理會給環境造成很大危害?。餐廚垃圾常規的去向是用
于喂養“泔水豬”和制作地溝油。“泔水豬”的存在
不僅易引起動物傳染病的傳播，而且會通過飲食鏈造
成人畜共患病的發生。長期食用地溝油可能會引發癌
癥，對人體的危害極大。因此，只有對餐廚垃圾進行
無害化處理，能源化利用，才能從源頭上杜絕餐廚垃
圾產生危害。
餐廚垃圾厭氧發酵制沼氣工藝簡單，但這是一個
非常復雜的生物化學過程【2】。厭氧發酵的影響因素較
多，如溫度、濃度、酸堿度和C／N比(碳氮比值)等。
國內的研究報道多是溫度、酸堿度及C／N比反應參數
的控制對產氣的影響，而濃度對發酵的影響研究較少。
本研究通過控制不同的發酵濃度，研究對餐廚垃圾厭
氧發酵產沼氣的影響。旨在探討發酵液的濃度大小對
餐廚垃圾厭氧消化過程及產沼氣效果的影響規律，為
收稿日期：2018—01—04
基金項目：新疆自治區自然科學基金計劃基金項目(2017D01A50)
第一作者簡介：劉德江，1966年生，男，河南永城人，1987年畢業
于西北農業大學資源環境專業，教授。
餐廚垃圾的能源化利用提供理論指導。
1試驗材料與方法
1．1材料及預處理
餐廚垃圾：2017年6月取自新疆農業職業技術學
院學生食堂，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，用粉碎機打碎至直徑2 mm以內，調制成槳狀備
用。其主要成分及性質見表1。
活性污泥：取自昌吉市第二污水處理廠的二沉池污
泥，經常溫厭氧馴化20 d。其主要性質見表1。
表1 餐廚垃圾及活性污泥的成分及性質
總固體(Ts) 油脂灰分總碳總氮
物質名稱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試驗設計處理
本試驗設置3個不同的發酵濃度，即3個處理：
a)處理A。總固體濃度(TS％)為6％，稱取預處
理過的餐廚垃圾1．58 kg(濕重)裝入發酵瓶中，再稱
取活性污泥1 kg(濕重)裝人5 L的發酵瓶中，加水
約3 500 mL；
b)處理B。總固體濃度(髑％)為8％，稱取預處
理過的餐廚垃圾2．15 kg(濕重)裝入發酵瓶中，再稱
·101·
萬方數據
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的發酵瓶中，加水
約3 000 mL；
C)處理c。總固體濃度(TS％)為10％，稱取預處
理過的餐廚垃圾2．72 kg(濕重)裝入發酵瓶中，再稱
取活性污泥1 kg(濕重)裝人5 L的發酵瓶中，加水
約2 500 mL。
1．3試驗裝置與方法
試驗裝置主要由5 000 mL厭氧發酵瓶、1 000 mL
集氣瓶、500 mL量筒組成。按上述3個處理濃度，分
別稱取一定重量的餐廚垃圾、活性污泥裝入3個發酵
瓶中，再加人水分，充分攪拌均勻。安裝好集氣裝置
后，放置在試驗臺面上進行常溫發酵。產氣計量采用
排液法，由量筒內液體體積指示。試驗過程中，每天
定時人工攪動2次，使發酵液充分混勻，均勻排氣。
每天定時測定產沼氣量、CH。含量及pH值。
1．4測定項目及方法
產沼氣量采用排液法測定；CH。含量采用沼氣成分
檢測儀(武漢四方產CAS一32XX型)測定；pH采用
pH計(上海產雷磁S一3C型)測定；試驗原料的總固
體濃度(Ts％)采用重量法測定，參考CJ／T 3 13--2009
生活垃圾采樣和物理分析方法；油脂采用重量法測定；
總碳采用儀器法測定；總氮采用半微量凱氏法測定，
參考GB／T5009．5—2010食品中蛋白質的測定。
2試驗結果與分析
2．1不同發酵濃度對沼氣產量的影響
各處理第3天后均正常產沼氣，約15 d后產氣量
達到峰值，之后又逐漸下降，當發酵進行到第40天時，
產氣基本停止，表明發酵已結束。每天觀察記錄3個
處理的日產氣量，作圖分析時，按每隔2 d的平均值
計算，見圖1。
0 2 4 6 8 10 12 14 16 l 8 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40
發酵天數／(I
圖1 不同發酵濃度餐廚垃圾產氣量的變化
由圖1的變化曲線可看出：3個處理的發酵周期
都是40 d，產氣高峰均出現在第15天后，其中，處理
B出現在第18天，比處理A和C推遲了3 d。且其累
計產沼氣量要比處理A和c高出很多，表明發酵濃度
·102·
過低或過高均不利于厭氧消化產沼氣，這和韓艷霞【3J等
人的試驗結果是一致的。分析其原因是，濃度過低，則
干物質含量少，可生化降解的有機物就少，因此產氣
量也就少；而濃度過高時，可降解的有機物含量就多，
發酵過程中產生的有機酸也就多，易發生酸化現象，
從而也就抑制了正常產氣。本試驗得出以rI'S％為8％的
發酵濃度相對最好，累計產氣量分別比6％和10％的處
理高出10 390 mL和10 970 mL。
根據40 d的累計產氣量，分別計算出3個處理的
產氣率，詳見表2。
表2各處理的單位質量產氣量及產氣率
總固體濃度總固體質量累計總產氣量產氣率
處理編號
％ 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氣率，不同發
酵濃度其干物質含量就不同，產氣率的大小也就有差
異，順序為：處理B>處理A>處理C。6％和8％的濃
度其干物質產氣率遠高于10％的發酵濃度，再次表明，
發酵濃度過高不利于厭氧消化產沼氣。
2．2不同發酵濃度對沼氣中CH。含量的影響
在40 d的發酵過程中，每天測定1次各處理所產
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。作圖分析時按每隔2 d的平均值計算，
結果詳見圖2。
70 1
60 1
50_
譽
商40 1
睪30 J
U
20 1
10 1
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0 2 4 6 8 lO 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40
發酵天數／tI
圖2各處理CH。含量的變化
由圖2不難看出：各處理CH。含量的變化趨勢大
致相同，即隨著發酵時間的延長，逐漸升高，在第20
天達到峰值后又逐漸降低。三個處理所產沼氣中的CH。
含量相差不大，說明餐廚垃圾的發酵濃度對CH。含量
的影響不明顯。
2．3不同濃度對發酵液酸堿度的影響
在為期40 d的發酵期間，每天測定一次各處理發
酵液的pH值，采用現場實際測定的方法，即把pH計
的復合電極插入發酵瓶內的液體中測定，得到實測值，
保留2位小數。作圖分析時按每隔2 d的平均值計算，
詳見圖3。
∞
∞
∞
∞
∞
∞
∞
∞
o
6
4
2
O
8
6
4
2
，ILu＼槲一k
萬方數據
2018年第4期劉德江，等：不同濃度的餐廚垃圾厭氧消化產沼氣試驗研究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
發酵天數／(I
圖3各處理發酵液pH值的變化曲線
從圖3可知：三種處理的發酵液在40 d的發酵期
間，酸堿度的變化規律基本相同，發酵前期的第2
天～第9天，pH值逐漸升高。第10天～第19天時，
pH值相對穩定在7左右。當發酵進行到第20天左右
時，均出現了不同程度的酸化現象，pH值降至5以下，
第28天后又逐漸回升至7左右，并穩定下來。另從圖
3的變化曲線還可看出，在整個發酵期內，三個處理的
發酵液pH值有一定的差別，其大小順序為：處理A>
處理B>處理C。即發酵濃度越大，發酵液的pH值就
越低。分析其原因可能是濃度大的發酵液中干物質多，
可降解的有機物多，產生并積累的有機酸也就越多[41，
因此，其pH值就低。這與李超偉等人[51的試驗結果基
本一致。
3結語
a)餐廚垃圾中可生化降解的有機物較多，具有較
高的產氣率，在常溫發酵條件下，干物質產氣率在58
mug以上。不同濃度的發酵液產氣率不同，本試驗只
設置了6％、8％和10％3種濃度，得出產氣率最高的
濃度是8％，其次是6％，而10％的濃度產氣率最低。
表明發酵濃度過高或過低都不利于產氣。但究竟多大
濃度才是最佳的發酵濃度，尚需要再做進一步的研究
探討；
b)在常溫條件下，餐廚垃圾的厭氧消化周期為40
d，之后便停止產氣。發酵濃度對所產沼氣中的CH。含
量雖然有一定的影響，但影響不大，三個處理的CH4
含量相差很小；
12)在厭氧消化過程中，餐廚垃圾極易發生酸化現
象，如不調節pH值，將停止產氣。而且發酵濃度越
大，發酵液的pH值就越低，發生酸化不產氣的現象就
越嚴重。
參考文獻：
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(責任編輯：高志鳳)
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(上接15頁)
3．4提高繪圖的準確性
繪圖是煤礦測量中的一個重要環節，其準確性對
測量的整體精度有很大影響。要確保繪圖的準確性：
a)繪圖人員應在實地考察的基礎上，嚴格按照相
關規定要求進行圖紙的繪制，以確保圖紙內容的全面
性與準確性；
b)為保證煤礦生產工人的人身安全，測量圖的繪
制精度應盡量達到煤礦測量的具體要求，因為這樣才
能更好地將井上地面與井下空間幾何關系對應地反應
出來，從而采取更有針對性的安全防范措施；
c)對于距離較近的煤礦，必須將對方的采煤進度
與掘進情況繪制到測量圖中，以防止由于對方的瓦斯、
積水等影響自己的施工與人員安全[5-03。
4結語
提高煤礦勘測精度對于煤礦作業安全至關重要，
因此加強煤礦測量方法研究意義重大。隨著科學技術
的快速發展，新科學、新技術在煤礦測量工作中也不
斷得到應用，為進一步提高煤礦測量精度提供了更大
的空間。但煤礦測量工作是一項系統的工程，只有切
實關注每一個細小環節，才能得出一個更為準確的測
量結果，煤礦測量工作也才能得到不斷的加強和完善。
參考文獻：
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(責任編輯：高志鳳)
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