餐厨垃圾厌氧发酵规律:中温与高温条件下的实验研究

餐厨垃圾成分比较复杂,含有油脂、蛋白质、糖类等物质。温度是厌氧发酵的关键因素之一,对水解过程、产酸过程、产甲烷过程影响较大。本试验利用BMP全自动甲烷潜力测试仪,研究餐厨垃圾在中温(37℃)和高温(55℃)条件下的厌氧发酵规律,可为实际生产工艺提供一定的理论依据和指导。

2.实验步骤:

1、所需条件:RTK18通道BMP仪器2台,恒温水浴2台,餐厨垃圾300g,纤维素30g,活性污泥500g。

2.实验过程:

(1)中温试验期为37摄氏度30天,高温试验期为55摄氏度10天;

(2)500 mL反应瓶,反应体积400 mL,底物4 g餐厨垃圾,为了研究餐厨垃圾与污泥的混合发酵,按比例添加部分污泥,对照组为4.5 g纤维素。

3.实验分析:

1、如图1所示,这是本次实验采用的BMP全自动甲烷潜力测试仪。

RTK BMP全自动甲烷潜力测试仪

图1:BMP全自动甲烷潜力测试仪

2、如图2所示,分别为37摄氏度30天的实验数据和55摄氏度10天的实验数据截图,其中包括甲烷生产体积曲线和甲烷生产速率曲线。

图2:左:37摄氏度18d数据截图,右:高温55摄氏度10d数据截图

3.图3为以h或d为单位间隔的数据下载处理示意图

(1)对照组中,对纤维素进行分析。37℃条件下30天,4.5g纤维素产甲烷,平均361mL/gVS,理论纤维素产率为414mL/gVS,产率为87.1%。55℃条件下10天,4.5g纤维素产甲烷,平均322mL/gVS,产率为77.1%,与文献报道的一般范围70-90%相符。

(2)在对照组纤维素实验中,可以发现55℃时纤维素的产气速率明显高于37℃时。55℃产气实验对应的启动时间为1天,37℃时纤维素的启动时间为3天。高温实验中纤维素的甲烷产量低于中温实验,这可能与温度导致纤维素的水解酸化过程有关。

(3)37℃实验中,最终产量为4g厨余垃圾>3g厨余垃圾+1g污泥>2g厨余垃圾+2g污泥>1g厨余垃圾+3g污泥>4g污泥,与理论值一致。但实验并不总是遵循这一规律,4g厨余垃圾先被抑制,然后才被释放。

(4)55℃实验中,最终产量为4g餐厨垃圾>3g餐厨垃圾+1g污泥>2g餐厨垃圾+2g污泥>1g餐厨垃圾+3g污泥>4g污泥,与理论值相符,实验过程基本遵循此规律,未出现明显的酸抑制过程;

(5)在55℃高温实验中,餐厨垃圾中未出现明显的酸抑制现象,可能与高温下反应迅速,VFA积累减少有关。

4.实验总结:

BMP全自动甲烷潜力测定仪可研究餐厨垃圾在不同温度下的厌氧发酵效果,评估餐厨垃圾与污泥的混合发酵效率。由于该仪器自动、实时、在线采集并记录数据,采样点低至每分钟,测量分辨率低至每毫升,可观察到实验细节,为指导实际生产工艺提供理论依据和小规模试验经验。

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