论初始物料含水率对餐厨垃圾高温好氧消化过程的影响

1、初始物料含水率对餐厨垃圾高温好氧消化过程的阻碍谢炜平邹原唐建军梁彦杰摘要：利用自制好氧消化反应装置对3组不同初始含水率的 物料进行了小规模模拟试验，通过测定物料中水溶性凯氏氮、水 溶性总有机碳和水溶性碳氮比、pH来推断反应进行的程度。结 果表明：在堆料初始环境温度为5(TC,水溶性C/N约18:1,通 风量为16.69m3/d的初始条件下，综合水溶性TOC的降解率和实 际生产过程的要求，物料配比m餐厨垃圾/m锯木粉二3：1 (即含 水率约为55%)时为最佳值，水溶性TOC可由4. 97%降至1.84%。 同时最佳值下，物料水溶性C/N最终可降至7. 19,接近腐熟程 度；在本实验通风和加热条件

2、下，不同含水率的物料最终含水率 均可降至25%左右。关键词：餐厨垃圾；高温好氧消化；含水率中图分类号：X705文献标识码：A文章编号：1005-8206 (2010) 03-0001-04餐厨垃圾是家庭、餐饮单位抛弃的剩饭菜的通称，是都市生 活垃圾的重要组成部分。据国家环境公报显示，我国2005年都 市生活垃圾的清运量差不多达到了 15576.8万t,按照餐厨垃圾占都市生活垃圾比例30%4096来计算，餐厨垃圾清运量为4673.0万6230. 7万t,而且随着餐饮业的高速进展，产生量 还在迅速增加。高温好氧消化反应能够将餐厨垃圾转化为有机肥料，不仅保 留了餐厨垃圾中的有用成分，而且能够降低对环

3、境的危害，同时 好氧消化耗时短，维护简便，运行成本低，假如利用人工加热的 方式，好氧发酵时刻会大大缩短，消化反应完全，因此通过高温 好氧消化技术制取肥料成为以后处理餐厨垃圾的有效方法之一。 通常为了保证高温好氧消化的顺利进行，需要在餐厨垃圾中添加 一些辅料，如麦秋、锯木粉等。这些辅料的作用要紧是调节餐厨 垃圾的含水率，增加物料的比表面积，提高与氧气接触反应的效 率。笔者通过自制好氧消化装置，对餐厨垃圾高温好氧消化工艺 进行小型模拟试验。通过改变餐厨垃圾与辅料（锯木粉）配比改 变初始物料含水率，并研究初始物料含水率对反应过程的阻碍。 1实验实验材料餐厨垃圾：采集于深圳职业技术学院食堂，经手工筛选

4、除去 其中的骨头等大块杂质，餐厨垃圾经食物破裂机破裂，混匀。辅料：锯木粉，取自深圳南山区某家具厂，用于调节初始物料含水率和空隙率。餐厨垃圾及填料的相关理化性质见表1。表1物料相关理化性质物料水TOC7%水溶性 凯氏短水溶性C/N，含水率*7%pH-警身7. 7480. 29629. 15570. 165.71锯木粉0. 5210.01147, 3610.567. 65注：数值以干基计算，数值以湿基计算。实验方法将餐厨垃圾和锯木粉按照一定比例混合后，投入反应器中， 物料配比和含水率的关系见表2。物料总质量10kg,温度操纵在 50,以自制生物制剂为启动微生物源。通过计算，反应中操纵 通风量约16

5、.69m3/d。物料混合后，实验启动。表2初始物料配比与含水率的关系反应器编号含水率/%1，3U约55T2：1约50 、3，约40实验装置反应器采纳密闭式发酵装置，装置为半圆柱体，反应罐内设 有加热、搅拌、通风系统，同时能够通过操纵器对温度和搅拌进 行操纵，同时，反应器设有尾气回收装置，防止过程中产生的废 气对环境的阻碍，反应罐剖面及其它装置连接见图1。反应时刻 设为96h,反应过程中每天取样23次。图1餐厨垃圾高温好氧消化实验装置L4实验参数检测方法高温好氧消化是一个复杂的生化过程，不能采纳单一的指标 对其进行评价。因此，实验选取以下参数来评价反应过程，参数 测定方法及意义见表3。表3试验参

6、数检测方法及意义测定参数方法意义堆料温度温度计高温好气消化进行情度含水率武直法水分利用情况.产品品质水溶性TOC水淬液以孔径为45 3m的灌膜过滤后.以 TOC仪测定反映微牛物对餐附垃圾有机 物的降解效果和反应进行的 标况”水溶性凯氏气取水淬液5 mL.用无 氨水定容至25 mL. 按凯氏定氮法操作微生物对篦元素利用情况水溶性C/N水溶性C/N=水溶性TOC/水溶性凯氏氯腐熟度，腐熟时水溶性C/N 为用PH按堆肥湿物料：燕储 木=l：2 （7 g湿物料 与14 mL蒸储水混合） 的比例混合后于振荡 器上混匀，离心分离， 上清液以pH计测定反映NH,或小分子酸的产生 情况，以及微生物的生长状况水

7、淬液制备方法：将蓍时坨圾供干，佃展后.称取s. 000 g干锥形瓶中， 加入50mL纯水.于机械展床震潴1 h后将浅合物选行离心分高（10 min. 5 000 r/min）,上清沿用孔径为45 Km的格唯纤维砥儿谟族过渔制 备（由于水淬液杂质较多.过叁时阻力较大，可稀释一定倍数后再进行 过渡）2结果与讨论2.1水溶性T0C和水溶性凯氏氮变化不同含水率下物料中水溶性T0C和凯氏氮随时刻的变化如 图2和图3所示。变化表明，物料中初始含水率会对反应产生不 同阻碍。1#、2#、3#反应器内物料的初始T0C含量分不为 4.97%、4. 13%和2.97%,通过96h的消化过程后，T0C分不降为 1.8

8、4%、1.25%和 1.47%,降解率分不为 62. 92%、70. 05%, 49. 69%。 本次实验反应初期的T0C下降较决，而反应后期，各物料水溶性 T0C下降速度均有变缓的趋势。与前人的研究相似。一含水率55%含水率50%。含水率40%10 20 30 40 50 60 70 80 90 100反应时间/h050505050505.4.4.3.3.Z2LL0 乐OOX举弊*图2不同含水率下物料水溶性T0C与反应时刻的关系含水率ss%-含水率50%。含水率40%2030405060TOU0 90 100 反应时间用图3不同含水率下物料水溶性凯氏氮与反应时刻的关系由于微生物对底物的分解作

9、用，水溶性凯氏氮的含量变化大 致呈先下降后缓慢上升的趋势。这要紧是由于在反应初期，细菌 等微生物将大量可溶态氮用于合成自身菌体，水溶性凯氏氮下降 明显，微生物的异化作用大于同化作用，水溶态凯氏氮呈上升趋 势，反应结束时，1#样本水溶性凯氏氮含量由0. 25%升为0. 26%； 2#样本中水溶性凯氏氮回升较慢，最终凯氏氮为0. 16%； 3#样 本由于反应过程中水分损失较大，导致物料总体质量偏小，因此 凯氏氮所占比例偏大。就降解效果而言，含水率为509b55%的物料具有更好的降 解效果，而当含水率低于40%时，微生物对水溶性T0C降解效果 就会下降。这是由于含水率过少会增大物料与空气的接触面积，

10、 空气接触面的增大尽管会提高微生物对氧气的利用率，但同时也 会增加水分和热量的流失，从而降低生物的活性。同时，1#物 料凯氏氮比2#物料回升快，而且考虑到实际生产过程中，较高 的锯木粉含量意味着降低了单位容积中处理餐厨垃圾的量，因此 55%更符合实际生产需求。2水溶性碳氮比的变化通过反应，不同含水率下物料中的水溶性C/N均迅速下降， 反应结束时C/N均降至10以内，含水率为55%的物料水溶性C/N 降为7. 19,差不多接近腐熟时水溶性C/N=56,然而，从严格 意义上讲，该反应只能属于一次发酵时期，并未经历腐熟时期， 因此最终C/N稍有偏高。除此之外，初始物料的水溶性C/N也是 阻碍最终物料

11、稳定性的一个重要元素；同时发觉，改变初始物料 配比对水溶性C/N阻碍不大，这要紧是由于锯木的水溶性物质较 少的缘故。其变化见图4。图4不同含水率下物料水溶性C/N与反应时刻的关系2.3 pH的变化pH的变化与物料中的氨氮有紧密关系。由于大分子有机物 降解为小分子的有机酸，因此各个物料的PII在反应初期下降专 门快，随后1#、2#的物料中，微生物开始将含氮物质分解为 氨氮，pH开始缓慢上升。由于含水率为40%的物料中微生物的活 动相对不活跃，因此3#物料中pH上升趋势不明显。同时发觉, 在反应过程中大部分时刻物料处于较低的pH范围内，因此假如 想进一步提高反应速度能够尝试对pH进行调节。其变化见

12、图5。020406080100反应时间布一含水率55% 含水率50%含水率40%5.45.25.04,8 三4.64.44.24.0图5不同含水率下物料pH与反应时刻的关系2. 4含水率的变化物料的含水率变化要紧与通风量有关，由图6能够看出，在 相同通风量的情况下，最终物料含水率均降至25%左右，能够满 足我国有机肥料含水率的要求。同时发觉，实验中初始含水率为 40%的物料含水率下降较决，结束时降至22. 90%,要紧是由于物 料空隙较大，颗粒间的空隙水和毛细水大量蒸发引起的。而含水 率为50%. 55%的物料由于反应器内的通风和加热的阻碍，含水 率也逐步下降，反应后期下降较快。其缘故要紧是反应初期微生 物的呼吸作用旺盛，产生大量水分，通风和加热带走的水分能够 得到相应的补充，反应后期，随着可降解物质的减少，含水率差 不多降低至不适合微生物生长的40%左右，因此呼吸作用产生的 水分较少，物料中的水分大量蒸发，含水率在反应后期迅速下降。 因此能够看出，只要保证适当的通风和加热，不同含水率的物料 通过高温好氧消化，水分都可降至合适的范围。反应时间Th图6不同含水率下物科含水率与反应时刻的关系3结论1）初始物料含水率阻碍微生物的活性，因此不