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厭氧消化處理廢棄物（包括廢水與固體廢棄物）已經有很長的歷史，尤其是廢水（包括工業廢水、生活污水、禽畜糞便廢水等）的厭氧處理，國內外有大量的規模化應用實例。厭氧消化方式是有機廢物資源化的重要手段，厭氧消化產生的沼氣可以作為能源加以利用，同時也減少了CO2、CH4等溫室氣體的排放。在能源和環境問題日益突出的今天，厭氧消化技術作為一種處理廢棄物并能回收能源的環境工程技術，在世界上越來越受到關注［1］。近年來，中國的厭氧技術發展迅速，尤其在有機垃圾的厭氧消化處理方面，取得了一大批研究成果，餐飲垃圾的厭氧消化處理逐漸引起人們的關注。餐飲垃圾因其高水分、高油脂、高鹽分以及易腐發臭、易生物降解等特點，不宜直接填埋或焚燒，用厭氧消化技術處理不僅可產生沼氣作為能源加以利用，而且，因反應過程要求保持厭氧狀態，反應設備均為密閉狀態，不會有更多異味逸出；消化后產生的殘渣數量較少，其后續處理及運輸所需的成本也相對較低［2］。因此，本試驗對厭氧消化方式處理餐飲垃圾進行研究，以便探索出一種處理餐飲垃圾的有效方法。
1材料與方法
1.1試驗裝置
試驗采用的反應器為2500mL的小口瓶，填料后反應器置于恒溫水浴槽中，溫度控制在（36±1）℃，采用排水集氣法收集氣體，反應器和集氣瓶均蠟封。用量筒測量排出水的體積，即為當天的產氣量圖1試驗裝置
1.2試驗原料
1.2.1餐飲垃圾
所用餐飲垃圾取自成都市區餐館。為使樣品具有代表性，中餐館、火鍋店和面館各取一定量，餐飲垃圾主要成分為剩菜、剩飯、剩湯及廚房剩余物料。由于油脂可回收加工皂粒，所以進行人工去油脂，去油脂后用細篩將液態成分和固態成分分離，固態成分去除其中的骨頭、木筷、塑料等后用打漿機打漿，最后把液態成分和漿液調成需要的TS值進行試驗。由成都市環境監測中心站測定液態成分的原料特性，其化學需氧量（COD）為939mg?L－1，生化需氧量（BOD5）為418mg?L－1，懸浮物（SS）為1.93×104mg?L－1，pH值為4.89，屬可生化性較好的有機原料。
1.2.2接種污泥
所用污泥取自農業部沼氣科學研究所厭氧消化池，未經稀釋，亮黑色、冒氣泡、質地細膩。污泥取回后用塑料桶密封，提前兩周進行馴化，馴化方法為取污泥15kg，每隔一天加入0.3kg原料，5d后每隔一天加入0.5kg原料，依次逐漸加大量，馴化待用。
1.3研究方法
1.3.1監測方法
總固體（TS）：重量法，烘箱中105℃烘干24h后放置室溫至恒重。揮發性固體（VS）：重量法，馬弗爐中600℃烘干2h放置室溫至恒重。pH值：PHS－3C精密pH計。產氣量：排水集氣法。甲烷含量：氣相色譜法。
1.3.2試驗方法
試驗分兩個階段，第一階段探索餐飲垃圾的產沼氣能力，研究單級間歇式中溫厭氧消化處理餐飲垃圾的可行性及其應用價值，并得出最佳水力停留時間（HRT）。第一階段試驗原料的特性為總固體（TS）為4.67％，揮發性固體（VS）占總固體（TS）的80％，污泥接種量為50％，原料和污泥分別添加0.8kg。第二階段研究單級間歇式中溫厭氧消化處理餐飲垃圾的影響因素，以期取得最優工藝參數，指導實際生產應用。第二階段試驗原料特性見表1，污泥接種量為50％，原料和污泥分別添加1kg，兩階段所用污泥取自同一厭氧消化池。第一階段消化周期為51d，第二階段由于停電只消化了18d。第二階段2號瓶和3號瓶的填料相同，對3號瓶用NaOH溶液進行pH值調節作為對比。兩階段均每天定時人工搖晃反應器進行攪拌，定時測量產氣量，定期測沼氣中的甲烷含量，每天取適量樣品測pH值。
表1第二階段試驗原料特性 2結果與分析
2.1第一階段
2.1.1pH值的變化
pH值是影響厭氧消化處理的重要因素，厭氧微生物的生命活動、物質代謝與pH值有密切的關系，pH值的變化直接影響著消化過程和消化產物。產甲烷菌對生長環境的pH值極為敏感，其最適宜的pH值范圍為6.6～7.5［3，4］。第一階段的pH值變化規律如圖2，從填料后第1天起pH值迅速下降，表明餐飲垃圾的消化過程能很快進入水解酸化階段，到第4天下降到最低值5.1，這與O.Stabnikova［5］在對食品廢物進行厭氧消化試驗所觀察到的現象一致。從第5天開始，pH值緩慢上升，到第9天升至6.5，且第9天的產氣可以點燃，表明厭氧消化過程順利進入產甲烷階段。試驗表明，原料總固體含量（TS）為4.67％，污泥接種量為50％時，消化液自身能夠消除水解酸化引起的pH值下降，使pH值達到產甲烷菌的適宜范圍，保證厭氧消化過程的順利進行。 圖2第一階段pH值的變化
2.1.2沼氣產量
圖3為第一階段的沼氣產量示意圖。第1天的產氣量較高，達到0.974L，原因可能是厭氧污泥和餐飲垃圾在加入反應器前處于室溫環境，由于是冬季溫度較低，加入反應器后隨著攪拌和升溫過程，厭氧污泥和餐飲垃圾中部分夾帶的氣體逐步散發出來［6］。從第2天起產氣量明顯下降，第2～8天產氣量維持在較低水平，低于0.4L，甲烷含量較低，不能點燃。原因是此階段正處于水解酸化階段，產甲烷菌的活性受到抑制［7］。第9天起沼氣產量開始上升，甲烷含量逐漸升高，能夠點燃。第9～32天沼氣產量一直維持在較高水平，達到0.6L以上，甲烷含量最高可達70％。試驗后半期沼氣產量逐漸下降，到第51天降至0.1L，表明消化過程基本結束。結果顯示，餐飲垃圾（去油）中溫厭氧消化，每千克揮發性固體（VS）可產沼氣797.48L，甲烷含量在50％以上。試驗表明餐飲垃圾中溫厭氧消化產沼氣的潛力巨大，具有開發利用的價值，出于經濟方面的考慮，水力停留時間以35d為宜。 圖3第一階段產氣量變化
2.2第二階段
2.2.1調節pH值對產氣量的影響
第二階段由于停電試驗只進行了18d，pH值變化如圖4，填料后當天測pH值在4～5之間，原因是填料前餐飲垃圾已在室溫條件下放置了2d，發生了一定程度的酸化，且漿料化比較嚴重。pH值超出產甲烷菌的適宜范圍將引起嚴重的問題，低于pH值下限并持續過久時，會導致產甲烷菌活力喪失而產乙酸菌大量繁殖，引起反應系統的“酸化”。嚴重酸化發生后，反應系統難以恢復至原有狀態［8］。為避免出現酸化，進行pH值調節試驗，2號瓶和3號瓶填料相同，作為對比，先對3號瓶用NaOH溶液進行pH值調節，調節后的產氣量對比如表2。由表2數據可知，調節pH值可以改善產甲烷菌的生存環境，增強產甲烷菌的活性，提高產沼氣速率。所以，對所有的反應器用NaOH溶液進行pH值調節。 圖5為第二階段各反應器總產氣量對比圖。由圖5可知，前18d3號瓶的總產氣量略高于2號瓶，表明及時調節消化液pH值能夠減小酸化對甲烷菌的抑制作用，提高產沼氣速率。這可以從化學平衡及反應速率的角度分析，在底物濃度很低時，反應速率與酶的濃度和底物濃度均呈正比，如果底物濃度很高，反應速率僅與酶的濃度呈正比。酶促反應的實質是降低了原反應的活化能，降低了中間產物的反應勢能，使反應速率快速提高。本試驗所用原料有機質含量較高，調節了pH值后，改善了產甲烷菌的生存環境，使產甲烷菌的數量顯著增多，降解過程中分泌出更多的產甲烷酶，從而加快了甲烷氣體的產生［9，10］。但是，調節pH值后，各瓶的產氣量一直不高。原因可能是在pH值調節過程中，由于操作原因反應器中有氧氣進入，不能保證嚴格的厭氧環境。由圖5可知，經過18d的試驗1號瓶（TS＝20％）的總產氣量最高，雖然pH值調節比3號瓶晚，但產氣量卻優于3號瓶，表明在污泥接種量為50％的條件下，餐飲垃圾（去油）中溫厭氧消化處理的總固體含量（TS）取20％為宜。但是，由于特殊原因第二階段的試驗周期太短，導致第二階段試驗不夠完整，所得結論有待于進一步驗證和完善。
2.2.2溫度波動對產氣量的影響
第二階段產氣量如圖6所示，填料后第1天產氣量較高，原因如第一階段所述。第2天產氣量急劇下降，而第3天又急劇上升，因為第1天晚上控溫器失靈，第2天早上測溫度為49℃，及時調整溫度后產氣量在次日回升，表明溫度的劇烈波動對產甲烷菌活性影響很大，中溫運行中在溫度升高到49℃的情況下，及時恢復溫度后產甲烷菌的活性能夠在短時間內恢復。由圖6可知，第3天和第4天的產氣量較高，原因可能是試驗前原料已經在室溫條件下放置2d，出現了一定程度的酸化，為產甲烷菌提供了較豐富的生長繁殖底物，填料后短時間內酸化對產甲烷菌產生的抑制作用還沒有體現出來，產甲烷菌的活性仍然較高，所以，在第3天和第4天產氣量較高，而到了第5天，由于產甲烷菌長時間處在酸性環境中，活性降低，產氣量下降。
圖6第二階段產氣量變化
3小結與討論
1）餐飲垃圾（去油）單級間歇式中溫厭氧消化處理的產沼氣能力為797.48L?kg-1VS，甲烷含量在50％以上，具有開發利用的價值，出于經濟方面的考慮，水力停留時間以35d為宜。
2）污泥接種量為50％的條件下，餐飲垃圾（去油）單級間歇式中溫厭氧消化處理的總固體含量（TS）為20％時產氣量最大。對消化液進行pH調節能夠減小酸化對產甲烷菌產生的抑制，提高產沼氣速率。但是，調節pH值后，產氣量一直不高。原因可能是在pH值調節過程中，由于操作原因反應器中有氧氣進入，不能保證嚴格的厭氧環境。
3）由于特殊原因，第二階段試驗周期太短，使得試驗不夠完善，本試驗有待于進一步探究。
參考文獻略
