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氯化钠对厨房垃圾厌氧发酵产沼气影响周福刚

发表时间：2020/6/11 来源：《基层建设》2019年第34期作者：周福刚

[导读] 摘要：厨房垃圾的特点是含水率高，易腐烂，富含脂肪和有机物，处理不当会严重危害人类的生产和生活。通过在厨房垃圾发酵过程中加入不同质量浓度的氯化钠，分析了氯化钠对厨房垃圾厌氧发酵沼气生产的影响。

        江苏宝斯特环境科技有限公司江苏常州 21300
        摘要：厨房垃圾的特点是含水率高，易腐烂，富含脂肪和有机物，处理不当会严重危害人类的生产和生活。通过在厨房垃圾发酵过程中加入不同质量浓度的氯化钠，分析了氯化钠对厨房垃圾厌氧发酵沼气生产的影响。
        关键词：氯化钠；餐厨垃圾；厌氧发酵；沼气；脱氢酶
        人们的生活水平提高了，城市化加快了，餐饮企业增多了，厨房垃圾产生量也增多了，厨房垃圾在城市生活垃圾中所占比例增加。厨房垃圾如果处理不当，将严重污染环境。厨房垃圾是生活垃圾的主要组成部分，主要以淀粉、膳食纤维、动物脂肪等有机物为基础，含水量高，厌氧发酵技术使烹饪成为可能废物中的有机物被转化为宝藏，转化为清洁能源——沼气——作为一种资源。
        一、厨房垃圾的的概述
        1.厨房垃圾的来源。厨房垃圾也被称为“餐厨垃圾”，广义上主要是指人们在家里、酒店、餐馆和食堂消费时产生的餐饮垃圾。随着经济的发展和城市化进程的加快，餐饮企业的数量，生活水平和消费水平的提高，产生的厨房垃圾比例越来越大，对环境造成了严重的污染。此外，厨房垃圾通常占家庭垃圾的相当大的比例。根据相关研究的统计数据，由于餐饮企业的增长，厨房垃圾的年平均产量已经超过6000万吨。
        2.厨房垃圾的特点。从厨房垃圾的生产来看，它的成分主要由食物残渣组成，如大米、面点、肉类、骨骼、蔬菜、纸张、塑料和筷子。很明显,厨房垃圾的组成很复杂和含水率很高，餐厨余垃圾的含水率在,75-85%左右，挥发性有机质大约为80%。易腐食品存在高浓度的盐,含量在4%左右,同时富含油脂的营养元素,如:氮、磷、钾同时含有一定量的钙、铁等，属于微量元素类，其含量对生物发酵生物降解的危害较小。
        3.厨房垃圾的影响。厨房垃圾由于不同地域人们的生活习俗和生活方式有差异,造成厨房垃圾的组分存在较大差异。厨房垃圾若不进行妥善处置将对生态环境造成严重后果,也有影响居民生活,主要是以下几点:（1）污染环境、影响市容。因餐厨垃圾含有较高的有机质和水分，容易受到微生物的作用，而发生腐烂变质现象；且废弃放置时间越久，腐败变质现象就越发严重。产生的渗滤水以及恶臭气体，滋生蚊虫，对环境卫生造成恶劣影响。（2）危害人体健康。餐厨垃圾中的肉类蛋白以其性状和气味都会对环境卫生造成恶劣影响，且及动物性的脂肪类物质，主要来自于提供肉类食品的那些牲畜家禽，牲畜在直接吃食未经有效处理的餐厨垃圾后，容易发生“同类相食”的同源性污染，并造成人畜之间疫病的交叉传染，危害人体健康，并可能促进某些致命疾病的传播。
        二、材料与方法
        1.实验材料。厌氧产甲烷生物:厌氧发酵罐的提取物。主要特性如表1所示的厨房垃圾和产甲烷菌株。
        表1 餐厨垃圾和产甲烷菌种主要性质

        2.实验方法。按顺序分批发酵、厨房垃圾和产甲烷的菌株中添加了一个瓶600毫升血清(TS质量浓度,比1:1)和以不添加NaCl 2、5、10、20、30 g/L对照。厌氧发酵是在血清瓶中氮负荷10分钟后维持厌氧状态进行的。实验装置自动分析仪,在分析仪检测血清瓶为3.5℃,发酵的气体体积计统计软件。
        三、结果分析
        1.添加氯化钠对沼气生产的影响。图1显示了添加不同氯化钠的每个反应组的气体生成情况。从图1可以看出，沼气生产过程主要发生在第4天到第17天之间，沼气的数量在第17天之后几乎没有变化。所有组的气体生产速度都有上升的趋势，然后趋于稳定。与对照组相比，2 g/L氯化钠的添加对产生的空气量影响不大，330 mL/g(VS)的最终量与对照组相差不大;在5 g/L氯化钠浓度为35.5 ml/g(VS)的反应组中，沼气产量最高，比对照组提高7.5%。然而，当添加的氯化钠的质量浓度进一步增加时，天然气产量呈现下降趋势。当质量浓度的氯化钠是大于10 g/L,天然气产量的影响是最大的天然气产量167mL共有293名,263/g(VS)的加法)10、20和30 g/L,即分别为17、24和对照组相比,减少51%。当Na+小于5 g/L时，对厌氧发酵的影响较小，当Na+小于5 g/L时，对产甲烷活性的抑制为10%，相比之下，Na+的浓度约为10g/L，抑制了50%的产甲烷活性。本研究的结果还表明，低质量浓度的氯化钠对厨房垃圾厌氧发酵的影响较小，而高浓度的氯化钠抑制沼气的产生。对高浓度氯化钠烹饪垃圾厌氧发酵产生沼气进行了研究，为高盐烹饪垃圾厌氧发酵提供了理论依据。氯化钠有低促高抑”效应就由厨房垃圾厌氧发酵产生沼气,氯化钠和一定的质量浓度可培养微生物的活动,而高质量浓度的氯化钠的微生物上具有明显的抑制作用。

图1 添加不同质量浓度氯化钠餐厨垃圾产沼气情况
2.发酵过程中COD厨房垃圾厌氧变化。在实验中SCOD在实验中先上升后下降的趋势，如图2所示。当氯化钠的质量浓度分别为2、5、10 g/L时，SCOD在第9天的最大值分别为31 963、31 448、31 632 mg/L，与对照组的31 346 mg/L相差不大。当氯化钠的质量浓度为20和30 g/L时，SCOD在第13天达到最大值29009和25580mg/L。随着氯化钠质量浓度的增加，反应系统的最终SCOD不断增加。对图3和图4的分析表明，SCOD的演化与有机酸的演化更为一致，表明随着有机质的连续水解酸化，SCOD不断增加。群体具有高质量浓度的氯化钠都需要一定的时间来抑制和微生物已习惯于高质量浓度的盐,所以后来SCOD达到其最大值,当经水解酸化的行动时间越晚。.图2显示添加了大批量低浓度的氯化钠厨余垃圾厌氧发酵影响不大,并且批量添加高浓度氯化物钠可抑制微生物水解,从而防止有机质和水解产效率降低,同时抑制微生物活性。

        图2 添加不同氯化钠浓度各组SCOD变化情况
        3.氯化钠对脱氢酶活性的影响。脱氢酶是已知种类最多的酶。生物体内大多数氧化还原反应都是由脱氢酶和加氧酶催化的。在厨余厌氧发酵系统中测定脱氢酶活性。各组脱水酶活性在第13天达到高峰，分别为6 214.8 g/TS、6 312.9 g/TS、6 054.6 g/TS、5 018.9 g/TS、3 158.9 g/TS、3 016.4 g/TS。2.5g/L的添加对氯化钠组脱氢酶活性影响不大。与对照组相比，10 g/L组的脱水酶活性下降了15%。氯化钠的质量浓度为20.30 g/L。研究表明，反应体系中盐度的增加会导致盐度的增加，从而导致脱氢酶活性的降低，微生物活性的抑制和新陈代谢的减慢。本实验中，低氯化钠组对脱氢酶活性影响较小，而高盐组对脱氢酶活性影响较大。结果表明，高盐浓度对SBR废水处理中脱氢酶活性有抑制作用。在盐的作用上，厨余厌氧发酵可以水解盐脱氢酶活性微生物，从而影响有机物微生物和有机物的降解，从而降低天然气的产量。
        研究了氯化钠质量浓度对厨房垃圾厌氧发酵产生沼气的影响。研究表明，低质量浓度的氯化钠对厨房垃圾厌氧发酵的影响有限，而高质量浓度的氯化钠具有抑制作用。氯化钠的质量浓度影响厨房垃圾厌氧发酵过程中代谢产物的数量和酶活性。实验结果表明:5 g/L氯化钠的加入促进了气体的产生，与对照组相比增加了7.5%;在添加10 g/L、20 g/L和30g/L时，沼气量分别减少了17、24和51%，抑制程度较轻、中度和严重;在低氯化钠组中，有机酸技术员的浓度在第9天达到最大值。当氯化钠的质量浓度为20和30g/L时，有机酸含量在第13天达到最大值，同时发生酸积累。丙酸含量达25%;厨房垃圾中SCOD呈现先升高后下降的趋势，反应体系的最终SCOD随着氯化钠质量浓度的增加而增加。加入2 g/L氯化钠，提高脱氢酶活性。当氯化钠的质量浓度超过5 g/L时，脱氢酶活性受到较大影响。脱氢酶20 g/L组和30 g/L组的活性较对照组降低约60%。
        参考文献
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