在厭氧條件下，利用自然微生物或接種微生物，將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為二氧化碳與甲烷氣的方法稱為厭氧消化處理。該方法具有能耗小、剩余污泥少，可回收能源等優(yōu)點，在發(fā)達(dá)國家特別是歐洲近年來積極開發(fā)干式厭氧消化處理技術(shù)并獲得工程應(yīng)用，它將成為未來有機(jī)固體廢物處理的方向之一。本文在國內(nèi)外已有的研究基礎(chǔ)上，進(jìn)行了有機(jī)固體廢棄物滲濾床序批式高溫干式厭氧發(fā)酵處理試驗、餐廚垃圾厭氧發(fā)酵連續(xù)運行的小試和中試實驗研究。本研究依托寧波市廚余垃圾分選減量暨生化處理中試項目，對廚余垃圾的預(yù)處理、連續(xù)流厭氧處理工藝及穩(wěn)定運行進(jìn)行了較為完整、系統(tǒng)的研究。
1、厭氧發(fā)酵的基本原理
厭氧發(fā)酵是指在沒有外加電子受體（的條件下，以有機(jī)物氧化分解的中間代謝產(chǎn)物作為最終電子受體的氧化還原過程。從環(huán)境治理的角度來說，發(fā)酵是指厭氧微生物和兼性厭氧微生物在良好的生長環(huán)境下將底物（污水或有機(jī)固體廢棄物可生化降解部分）經(jīng)過新陳代謝生理功能轉(zhuǎn)化為無機(jī)物質(zhì)和自身細(xì)胞物質(zhì)的過程，進(jìn)而達(dá)到無害化、資源化目的。由于有機(jī)固體廢棄物組成成分復(fù)雜，自身含有大量的微生物，在厭氧發(fā)酵處理過程中反應(yīng)非常復(fù)雜，其中涉及多種生化反應(yīng)和物化平衡過程。
2、餐廚垃圾厭氧發(fā)酵連續(xù)運行小試實驗
2.1雜交狼尾草原料
為自種雜交狼尾草的地上部分(2012年5月播種于云南農(nóng)業(yè)大學(xué)后山，2015年3月采收)。采收后的雜交狼尾草于通風(fēng)陰涼處自然晾干，切分為2~3cm段，常溫密封保存。其總固體含量為91%，總揮發(fā)物為81%。接種用污泥：于2016年3月采自慈溪市污水處理廠的脫水污泥，泥體呈黑褐色，其TS含量為17%，VS含量為7%，用前馴化。測得馴化好的污泥TS含量為6.6%，VS含量為4%。糙皮側(cè)耳、香菇子實體于2015年12月購于昆明市蒜村菜市場；長根菇菌絲體由云南農(nóng)業(yè)大學(xué)食用菌研究所提供。10000U/g漆酶及100000U/g纖維素酶均購于湖北遠(yuǎn)成賽創(chuàng)科技有限公司。
2.2餐廚垃圾
實驗中所用的餐廚垃圾取自附近餐館，主要是餐后垃圾，將其經(jīng)過簡單的人工預(yù)處理后進(jìn)行機(jī)械制漿，破碎為粒徑小于的有機(jī)漿料。有機(jī)漿料混合均勻置于冰箱中°下保存，進(jìn)料前取出有機(jī)漿料恢復(fù)至室溫，直接由進(jìn)料口迅速加入。
2.3實驗方法
2.3.1真菌培養(yǎng)液制備
在28℃DHD-360型電熱恒溫培養(yǎng)箱(北京市永光明醫(yī)療儀器廠)中，固體PDA培養(yǎng)基(成分：葡萄糖20g，去皮土豆200g，MgSO41.5g，KH2PO43g，Vb110mg，加水?dāng)嚢杌旌现?000mL，用檸檬酸0.1g/L調(diào)pH6.0~6.5)上，進(jìn)行3種真菌菌絲體的培養(yǎng)、分離及純化。純化好的菌絲在相同條件下培養(yǎng)7d后接種在液體培養(yǎng)基(除不加瓊脂外，其他成分與PDA培養(yǎng)基相同)中，于28℃DHZ-CA恒溫?fù)u床中(太倉市實驗設(shè)備廠)，150r/min轉(zhuǎn)速下，培養(yǎng)10d，得到培養(yǎng)液。測得糙皮側(cè)耳、香菇、長根菇培養(yǎng)液TS濃度分別為2.25%、2.73%、2.62%。
2.3.2原料處理
原料處理采用真菌培養(yǎng)液和酶制劑處理。其中，真菌處理采用預(yù)發(fā)酵方式進(jìn)行(A~C組)，酶制劑在厭氧發(fā)酵同時直接加入混合物料中(D、E組)。試驗同時設(shè)置對照I組(加水堆漚)和對照II組(無處理)。
噴灑真菌培養(yǎng)液后，平菇菌絲第4天出現(xiàn)在原料表面，第7天布滿基質(zhì)；香菇菌絲第5天開始出現(xiàn)，第9天布滿基質(zhì)；長根菇菌絲第2天開始出現(xiàn)，第5天布滿基質(zhì)。
2.3.3厭氧發(fā)酵試驗
試驗采用一次性進(jìn)料方式，在1L棕色瓶中加入40g處理后的雜交狼尾草(酶試驗直接用陰干后的雜交狼尾草加不同濃度梯度的酶)，接入活性污泥，加水調(diào)節(jié)總料液質(zhì)量為250g，TS濃度為20%，VS接種率為20%(按照接種污泥和雜交狼尾草的VS計算所得)，調(diào)節(jié)初始pH為7.0，進(jìn)行90d發(fā)酵。投料后的第2天開始檢測產(chǎn)氣情況，包括記錄日產(chǎn)氣量、甲烷濃度、pH。
2.4結(jié)果與分析
2.4.1糙皮側(cè)耳培養(yǎng)液預(yù)處理對厭氧發(fā)酵的影響
糙皮側(cè)耳培養(yǎng)液處理的4個試驗組(A1~A4)累積產(chǎn)氣量分別為13336、13816、10005、9873mL，與加水堆漚對照組(對照I)相比較，A1和A2組產(chǎn)氣量分別提升了27.65%和32.24%，A3和A4組產(chǎn)氣較對照I組略少。與無處理對照組(對照II)相比較，4組產(chǎn)氣量分別提升了46.24%、51.50%、9.71%、8.26%，促產(chǎn)氣效果顯著。分析各試驗組產(chǎn)氣過程可以發(fā)現(xiàn)：對照I組厭氧發(fā)酵初期體系出現(xiàn)快速酸化水解，代謝產(chǎn)物以CO2為主，第10天開始進(jìn)入產(chǎn)甲烷階段，第20天才達(dá)到產(chǎn)氣高峰，產(chǎn)甲烷階段啟動較慢在一定程度上造成了有機(jī)質(zhì)的損失。對照II組原料水解速度較慢，其甲烷階段的啟動時間和產(chǎn)氣高峰到達(dá)時間與對照I組接近。而4個處理組雖然發(fā)酵初期原料水解速度比對照I組慢，但是其產(chǎn)甲烷階段啟動迅速，并提前10d達(dá)到產(chǎn)氣高峰。而且兩個對照組產(chǎn)氣峰值分別為233、190mL，也明顯低于4個處理組的產(chǎn)氣峰值(355、400、290、300mL)。試驗中每150g物料噴撒100mL培養(yǎng)液處理效果最好，原料TS產(chǎn)氣率為379.6mL/g。各試驗組在產(chǎn)氣穩(wěn)定期其甲烷濃度和pH均相差不大。
2.4.2纖維素酶處理對厭氧發(fā)酵的影響
添加了纖維素酶的4個試驗組(D1~D4)累積產(chǎn)氣量分別為9915、11383、12823、11027mL，與對照II組相比，產(chǎn)氣增量明顯，分別增加了8.73%、24.82%、40.61%、20.92%。從各試驗組產(chǎn)氣過程可以看出：添加了纖維素酶的處理組在發(fā)酵初期水解速度明顯加快，其產(chǎn)氣高峰的出現(xiàn)時間明顯早于對照組，各組產(chǎn)氣峰值也明顯高于對照組。整體而言，在發(fā)酵體系中添加不同量纖維素酶，均顯示了良好的促產(chǎn)氣效果，其中D3組(每250g物料添加100mg纖維素酶)效果最優(yōu)，原料TS產(chǎn)氣率為352.3mL/g。各試驗組在產(chǎn)氣穩(wěn)定期其甲烷濃度和pH則相差不大。纖維素酶作為一種高活性生物催化劑，能夠提高物料中纖維素類成分的降解速度，進(jìn)而影響整個厭氧發(fā)酵過程。系統(tǒng)啟動第1天，處理組產(chǎn)氣量明顯高于對照組(主要成分為二氧化碳)，顯示適量纖維素酶的添加有助于物料的快速降解。
結(jié)束語
由于有機(jī)固體廢棄物的中試試驗對于后續(xù)產(chǎn)物的處理工作尚未進(jìn)行，如分選出的輕物質(zhì)利用、沼渣堆肥等，這些都是亟待解決的問題。因此，在諸多方面得到的數(shù)據(jù)還不足完全說明整個工藝的可靠性，如對最終沼渣堆肥后的肥效沒有進(jìn)行測試，對沼渣應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的作用也沒有測試，沼渣是否能滿足生產(chǎn)要求也有待研究。
參考文獻(xiàn)
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