谷騰環保網訊：摘要：食(shi)物垃圾(ji)可(ke)以(yi)通(tong)(tong)過(guo)厭(yan)氧(yang)消化(hua)經濟地轉化(hua)為(wei)一種(zhong)碳(tan)資(zi)源，這被認為(wei)是一種(zhong)可(ke)以(yi)將“廢物”轉化(hua)為(wei)“財富”的途徑。熱(re)水(shui)解(jie)預(yu)處理促(cu)進污泥固體部分(fen)有(you)(you)機物的溶出，使得長鏈有(you)(you)機聚合(he)物水(shui)解(jie)成小分(fen)子有(you)(you)機物，進而(er)改善污泥的消化(hua)性能(neng)通(tong)(tong)過(guo)對(dui)(dui)餐(can)廚垃圾(ji)水(shui)熱(re)預(yu)處理，比較不(bu)(bu)同溫(wen)度下餐(can)廚垃圾(ji)溶出的有(you)(you)機物含(han)量(liang)，確定(ding)最佳的水(shui)熱(re)溫(wen)度，并(bing)探究熱(re)水(shui)解(jie)對(dui)(dui)餐(can)廚垃圾(ji)厭(yan)氧(yang)發酵的影響。在180℃以(yi)內，水(shui)熱(re)預(yu)處理能(neng)有(you)(you)效增(zeng)加(jia)餐(can)廚垃圾(ji)液(ye)中可(ke)溶有(you)(you)機物的含(han)量(liang)，其中提(ti)高(gao)水(shui)熱(re)溫(wen)度，蛋白(bai)質和(he)氨氮的含(han)量(liang)也會增(zeng)加(jia)。由(you)于SCOD/TN的值很大(da)，作為(wei)反硝化(hua)碳(tan)源不(bu)(bu)會引入(ru)新的氮污染物。

關鍵字(zi)：熱水解預處理(li)；碳源；餐廚垃圾

利(li)用有(you)機物(wu)作為(wei)外加(jia)碳源的(de)研(yan)(yan)究已有(you)二(er)十年的(de)歷史。許多(duo)文獻(xian)已經驗證了常見碳源（乙酸、乙醇和(he)(he)葡萄(tao)糖(tang)）的(de)有(you)效(xiao)性，但這些碳源高昂的(de)成本(ben)導致其難以應用于(yu)實際[1]。餐(can)廚垃圾(ji)由于(yu)其富含(han)有(you)機物(wu)，是理(li)(li)想的(de)碳源制(zhi)備基質[2]。厭氧(yang)發酵(jiao)的(de)第一個(ge)階段水解(jie)是其限速步驟，因此(ci)是提(ti)高發酵(jiao)效(xiao)率(lv)關鍵。通過酸/堿(jian)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)、熱(re)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)、超聲處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)和(he)(he)水熱(re)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)促(cu)進(jin)水解(jie)效(xiao)率(lv)已經被(bei)廣泛研(yan)(yan)究[3]。王佳明等研(yan)(yan)究表明超聲波預處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)可以促(cu)進(jin)餐(can)廚垃圾(ji)的(de)水解(jie)效(xiao)率(lv)和(he)(he)VFAs產(chan)(chan)率(lv)[4]。Yin等在100-200℃不同溫度(du)水熱(re)預處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)后(hou)，發現餐(can)廚垃圾(ji)中(zhong)SCOD、蛋白質、碳水化合物(wu)和(he)(he)脂類隨溫度(du)增加(jia)而增加(jia)，水熱(re)預處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)可顯著提(ti)高餐(can)廚垃圾(ji)發酵(jiao)時VFAs的(de)產(chan)(chan)量[5]。宋珍霞等研(yan)(yan)究表明餐(can)廚垃圾(ji)厭氧(yang)發酵(jiao)產(chan)(chan)VFAs的(de)最佳熱(re)堿(jian)預處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)pH值(zhi)為(wei)11[6]。

熱水(shui)解(jie)預處理雖然促(cu)進(jin)了(le)餐(can)廚(chu)垃(la)圾(ji)固體有(you)(you)機物(wu)(wu)溶解(jie)，但是餐(can)廚(chu)垃(la)圾(ji)中(zhong)的(de)有(you)(you)機物(wu)(wu)并沒有(you)(you)完全溶出(chu)。為了(le)得到(dao)最大產量的(de)可(ke)溶性碳(tan)源(yuan)，還要將固態餐(can)廚(chu)部分(fen)進(jin)一步(bu)(bu)進(jin)行(xing)厭氧(yang)(yang)發(fa)酵(jiao)。厭氧(yang)(yang)發(fa)酵(jiao)的(de)第一個階(jie)段(duan)水(shui)解(jie)是其限速(su)步(bu)(bu)驟[7]，提高餐(can)廚(chu)垃(la)圾(ji)的(de)水(shui)解(jie)效率也是生產反硝化碳(tan)源(yuan)的(de)關鍵(jian)。前兩步(bu)(bu)水(shui)解(jie)酸化的(de)發(fa)酵(jiao)產物(wu)(wu)是可(ke)行(xing)的(de)替(ti)代(dai)碳(tan)源(yuan)，因為溶解(jie)的(de)有(you)(you)機物(wu)(wu)含(han)量（由有(you)(you)機酸組(zu)成，主要是乙(yi)酸、丙(bing)酸和(he)乳(ru)酸）很(hen)高。

因此，本章通(tong)過對餐廚垃(la)圾水(shui)(shui)熱(re)(re)預(yu)處理，比較不同(tong)溫(wen)度下(xia)餐廚垃(la)圾溶出的(de)(de)有機(ji)物含量，確定最佳的(de)(de)水(shui)(shui)熱(re)(re)溫(wen)度，并探(tan)究熱(re)(re)水(shui)(shui)解對餐廚垃(la)圾厭氧發酵的(de)(de)影響。

1.材料與方法

1.1 實驗設計

實驗設置五(wu)個預處理(li)溫度，即(ji)常溫、110℃、135℃、160℃和185℃。取(qu)(qu)TS=26%的儲備餐(can)廚垃(la)圾19.2 g加(jia)去離子水30.8 mL稀釋到TS=10%，倒入100 mL反應釜內膽中，從常溫加(jia)熱(re)(re)到設定溫度后(hou)，在鼓風干(gan)燥箱(xiang)中加(jia)熱(re)(re)30 min后(hou)取(qu)(qu)出自然冷(leng)卻，將處理(li)后(hou)的餐(can)廚垃(la)圾倒入50 mL離心管中離心5 min，轉速設為8000 r/min。離心后(hou)用5 mL注射器吸(xi)取(qu)(qu)上清液，用0.45 μm濾(lv)頭(tou)進(jin)行過濾(lv)，過濾(lv)液用于測定SCOD、VFAs、多糖、蛋(dan)白、氨氮(dan)、硝態氮(dan)和總氮(dan)。

以(yi)常溫作(zuo)為(wei)對照組，110℃、135℃和160℃為(wei)實(shi)驗組，取30.77 g TS=26%的(de)餐(can)(can)廚(chu)按上述步驟處(chu)理(li)，將離心后(hou)(hou)(hou)的(de)上清液(ye)倒掉，處(chu)理(li)過(guo)后(hou)(hou)(hou)的(de)固態(tai)餐(can)(can)廚(chu)與1g活性污泥與151 mL去離子(zi)水混(hun)合均勻得到(dao)TS=5%的(de)餐(can)(can)廚(chu)垃圾(ji)并分別(bie)裝到(dao)四個250 mL鹽水瓶中(zhong)，用(yong)氮氣吹脫5 min后(hou)(hou)(hou)密封，然后(hou)(hou)(hou)放(fang)在33℃恒溫培養箱中(zhong)進行發酵6天。每(mei)天取3 mL發酵液(ye)，離心過(guo)濾(lv)后(hou)(hou)(hou)測(ce)定發酵液(ye)中(zhong)的(de)SCOD、VFAs、乳酸、多糖。

1.2餐廚垃圾和接種污泥

實驗所用(yong)(yong)餐(can)廚(chu)垃(la)圾取自合肥(fei)工業大學德園食堂，主要是(shi)大米、雞肉、魚肉、豆(dou)制品(pin)、青菜等(deng)。將餐(can)廚(chu)垃(la)圾預處理，通過添加少量水(shui)，利用(yong)(yong)豆(dou)漿機將餐(can)廚(chu)垃(la)圾打碎呈糊狀，保(bao)存在4℃冰箱中。測得餐(can)廚(chu)垃(la)圾的TS為(wei)26%，揮(hui)發(fa)性(xing)固體（VS）為(wei)24%。

本次實驗的(de)接種污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)取自(zi)合肥市朱磚井污(wu)(wu)(wu)水處理廠。測(ce)得污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)的(de)TS為(wei)8.8%，VS為(wei)4.2%。將污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)混合液(ye)倒入50 mL離(li)心管(guan)中(zhong)在6000 r/min的(de)轉速下離(li)心5 min，倒掉上(shang)清(qing)液(ye)后將固體污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)作為(wei)接種污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)。

2.結果與討論

2.1不同溫度對餐廚垃圾組分溶出的影響

從圖(tu)1（a）可(ke)知(zhi)在(zai)110℃-185℃之間(jian)，SCOD隨著溫(wen)(wen)度(du)(du)增加而(er)有(you)(you)所增加，且均高(gao)(gao)于(yu)對照組。由圖(tu)1（b）可(ke)知(zhi)在(zai)110℃-185℃之間(jian)，在(zai)高(gao)(gao)于(yu)135℃的(de)(de)(de)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)熱(re)(re)條(tiao)件下(xia)會(hui)顯(xian)著釋放氨(an)氮(dan)(dan)(dan)從而(er)導致總(zong)氮(dan)(dan)(dan)的(de)(de)(de)增加。常溫(wen)(wen)、110℃、135℃、160℃和(he)(he)(he)(he)185℃熱(re)(re)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)解后(hou)COD/TN分(fen)(fen)別(bie)為(wei)(wei)186、229、254、155和(he)(he)(he)(he)128，反硝化脫氮(dan)(dan)(dan)所需(xu)要(yao)的(de)(de)(de)C/N比(bi)(bi)為(wei)(wei)6時基本脫氮(dan)(dan)(dan)完全(quan)，以(yi)(yi)處(chu)理(li)(li)20 mg/L的(de)(de)(de)硝態氮(dan)(dan)(dan)為(wei)(wei)例，常溫(wen)(wen)、110℃、135℃、160℃和(he)(he)(he)(he)185℃處(chu)理(li)(li)后(hou)的(de)(de)(de)餐廚(chu)垃(la)圾液體部分(fen)(fen)作為(wei)(wei)碳源(yuan)時需(xu)分(fen)(fen)別(bie)稀釋243、324、400、440和(he)(he)(he)(he)502倍(bei)，由碳源(yuan)引入的(de)(de)(de)氨(an)氮(dan)(dan)(dan)和(he)(he)(he)(he)有(you)(you)機(ji)氮(dan)(dan)(dan)的(de)(de)(de)濃度(du)(du)分(fen)(fen)別(bie)為(wei)(wei)0.51、0.31、0.28、0.45和(he)(he)(he)(he)0.82 mg/L。因此(ci)由于(yu)餐廚(chu)垃(la)圾很(hen)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)碳氮(dan)(dan)(dan)比(bi)(bi)，作為(wei)(wei)碳源(yuan)時帶入的(de)(de)(de)氮(dan)(dan)(dan)含量(liang)極低，不會(hui)導致總(zong)氮(dan)(dan)(dan)的(de)(de)(de)出(chu)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)超標。可(ke)溶性蛋(dan)白濃度(du)(du)隨著預處(chu)理(li)(li)溫(wen)(wen)度(du)(du)的(de)(de)(de)升高(gao)(gao)而(er)不斷(duan)升高(gao)(gao)，說明水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)熱(re)(re)預處(chu)理(li)(li)過程中蛋(dan)白質幾(ji)乎(hu)沒有(you)(you)分(fen)(fen)解[8]。185℃水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)熱(re)(re)條(tiao)件下(xia)的(de)(de)(de)可(ke)溶性蛋(dan)白含量(liang)增加到8.08 g/L，比(bi)(bi)未經(jing)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)熱(re)(re)預處(chu)理(li)(li)的(de)(de)(de)蛋(dan)白質濃度(du)(du)高(gao)(gao)出(chu)6.56倍(bei)。由此(ci)得出(chu)結論，適(shi)當溫(wen)(wen)度(du)(du)下(xia)的(de)(de)(de)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)熱(re)(re)預處(chu)理(li)(li)可(ke)以(yi)(yi)使餐廚(chu)垃(la)圾的(de)(de)(de)有(you)(you)機(ji)物(wu)釋放，溫(wen)(wen)度(du)(du)更高(gao)(gao)SCOD中的(de)(de)(de)蛋(dan)白含量(liang)顯(xian)著增加，而(er)蛋(dan)白質相(xiang)對于(yu)多糖和(he)(he)(he)(he)酸(suan)類物(wu)質更難被(bei)微(wei)生物(wu)利用，并且溫(wen)(wen)度(du)(du)越高(gao)(gao)也越浪(lang)費熱(re)(re)源(yuan)，從碳源(yuan)的(de)(de)(de)可(ke)利用性和(he)(he)(he)(he)經(jing)濟性的(de)(de)(de)角度(du)(du)看，160℃熱(re)(re)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)解餐廚(chu)垃(la)圾最合(he)適(shi)。

圖1 不同溫度下餐(can)廚垃圾熱(re)水解(jie)后(hou)SCOD、可(ke)溶性多糖、蛋白、VFAs、硝態氮、氨(an)氮和(he)總(zong)氮的(de)含量。實(shi)驗條件：TS=10%，熱(re)水解(jie)時長30 min

2.2 不同溫度對餐廚垃圾發酵的影響

從圖(tu)2（a）可以(yi)看(kan)到不同溫度預(yu)(yu)處(chu)(chu)理過(guo)(guo)后(hou)的(de)(de)(de)餐(can)廚(chu)垃圾(ji)發酵(jiao)過(guo)(guo)程SCOD緩(huan)慢增加。SCOD的(de)(de)(de)濃度從高(gao)到低依次為常溫組、110℃、135℃和160℃，可以(yi)發現預(yu)(yu)處(chu)(chu)理階(jie)段(duan)溶(rong)出(chu)的(de)(de)(de)SCOD越高(gao)，發酵(jiao)階(jie)段(duan)SCOD越低。這(zhe)可能是(shi)因為在(zai)(zai)預(yu)(yu)處(chu)(chu)理階(jie)段(duan)餐(can)廚(chu)垃圾(ji)熱水解使其(qi)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)有(you)機(ji)物部分溶(rong)出(chu)，所以(yi)在(zai)(zai)發酵(jiao)過(guo)(guo)程含量(liang)較低。所有(you)組的(de)(de)(de)可溶(rong)性多糖的(de)(de)(de)含量(liang)在(zai)(zai)兩天(tian)內迅速(su)降解并(bing)一(yi)直保持在(zai)(zai)很(hen)低的(de)(de)(de)濃度（圖(tu)2（b）），這(zhe)一(yi)結果和以(yi)前的(de)(de)(de)研究是(shi)一(yi)致(zhi)的(de)(de)(de)[5]，發酵(jiao)過(guo)(guo)程中(zhong)(zhong)多糖被(bei)水解成單(dan)糖并(bing)進一(yi)步被(bei)氧(yang)化成丙(bing)酮(tong)酸(suan)，丙(bing)酮(tong)酸(suan)又容易被(bei)轉化成乙(yi)酸(suan)、丙(bing)酸(suan)和丁酸(suan)[9]。VFAs的(de)(de)(de)增長趨勢和SCOD相似（圖(tu)2（d）），整體(ti)上呈(cheng)上升趨勢，各組VFAs/SCOD的(de)(de)(de)比值也(ye)由第一(yi)天(tian)不到20%提高(gao)到超過(guo)(guo)60%。

乳(ru)(ru)(ru)酸也在發酵過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)的(de)變化(hua)(hua)如圖2（c）所示，各組(zu)的(de)乳(ru)(ru)(ru)酸濃(nong)度均保持在3.5 g/L內低(di)水平(ping)波動，其中(zhong)(zhong)160℃的(de)實(shi)驗(yan)組(zu)乳(ru)(ru)(ru)酸含量(liang)低(di)于其他組(zu)，可能是(shi)因為熱(re)預處理具有(you)滅菌效果(guo)[10]，使餐廚垃圾中(zhong)(zhong)原(yuan)本(ben)的(de)乳(ru)(ru)(ru)酸菌含量(liang)減少。而對照組(zu)中(zhong)(zhong)的(de)乳(ru)(ru)(ru)酸菌雖(sui)然很多，但是(shi)乳(ru)(ru)(ru)酸含量(liang)卻未高出實(shi)驗(yan)組(zu)很多，這可能是(shi)因為乳(ru)(ru)(ru)酸菌將(jiang)有(you)機物(wu)轉(zhuan)化(hua)(hua)乳(ru)(ru)(ru)酸后，乳(ru)(ru)(ru)酸作為中(zhong)(zhong)間產物(wu)又轉(zhuan)化(hua)(hua)成VFAs。

圖2 水熱預(yu)處(chu)理后(hou)的餐廚(chu)垃圾厭氧發酵過程(cheng)中(zhong)SCOD（a），碳(tan)水化合物（b），乳酸（c）和(he)VFAs（d）的變化。實(shi)驗條件：TS=5%

3.結語

（1）在180℃以(yi)內，水(shui)熱(re)(re)預處理(li)能(neng)有(you)效增加餐(can)廚垃圾液中可溶有(you)機物的含量，其中提(ti)高水(shui)熱(re)(re)溫度，蛋(dan)白質和(he)氨(an)氮(dan)的含量也會增加。由于SCOD/TN的值很大，作為反硝化碳源(yuan)不會引入(ru)新的氮(dan)污染物。

（2）熱水解預處理后的餐廚垃圾固體進(jin)行厭氧發酵(jiao)，VFAs/SCOD的比值增(zeng)加(jia)。 

  使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”

相關文章