添加剂对餐厨垃圾厌氧发酵产氢的影响

不同物料配比对餐厨垃圾中温厌氧发酵过程的影响【摘要】本研究旨在探讨不同物料配比对餐厨垃圾中温厌氧发酵过程的影响。

通过调查不同配比条件下的发酵速度、产气量、温度、产物品质和稳定性，发现不同配比会显著影响发酵过程。

合适的配比可提高发酵效果和产物品质，优化餐厨垃圾处理效率。

本研究认为优化物料配比是提高发酵效果的关键。

未来的研究方向应更加深入地探讨适宜的配比比例，以实现对餐厨垃圾的高效处理和资源化利用。

这些结论有助于指导餐厨垃圾处理工艺的改进和提高处理效率，为环境保护和资源回收提供重要参考。

【关键词】餐厨垃圾、温厌氧发酵、物料配比、发酵速度、产气量、发酵温度、产物品质、发酵稳定性、优化、研究方向1. 引言1.1 背景介绍餐厨垃圾是城市生活中不可避免的产物，其处理方式一直备受关注。

传统的焚烧处理方式会产生二氧化碳等有害气体，对环境造成污染，而垃圾填埋则会占用大量土地资源。

寻找一种更加环保、高效的处理方式对于垃圾处理具有重要意义。

温厌氧发酵是一种可以有效处理餐厨垃圾的技术，通过将垃圾与废弃物进行混合发酵，产生有机肥料和沼气等可再利用的资源。

发酵过程中物料配比的合理性和精准性对发酵效果至关重要。

不同物料的配比会直接影响发酵速度、产气量、发酵温度、产物品质以及发酵稳定性，因此对于餐厨垃圾中温厌氧发酵过程的研究具有重要意义。

本文旨在探讨不同物料配比对餐厨垃圾中温厌氧发酵过程的影响，为优化发酵效果和提高产物品质提供参考。

通过系统性的研究和分析，可以为未来垃圾处理技术的改进和发展提供重要的理论支持。

1.2 研究目的本研究旨在探究不同物料配比对餐厨垃圾中温厌氧发酵过程的影响，通过分析发酵速度、产气量、温度、产物品质和发酵稳定性等指标，揭示不同物料配比对发酵过程的影响规律，为优化餐厨垃圾处理工艺提供科学依据。

通过深入研究不同物料配比的影响机制，可以为提高发酵效果、促进有机废弃物资源化利用提供重要参考。

本研究还旨在探讨未来餐厨垃圾处理技术的发展方向，为进一步提升餐厨垃圾资源化利用效率和环境友好性提供借鉴和指导。

碳氮比对污泥厌氧发酵产氢过程的影响作者：曾雨来源：《海峡科学》2010年第06期[摘要] 在污泥中添加富含碳元素的替硝唑含片，提高了污泥中碳氮比，对提高污泥产氢效果作用显著。

替硝唑片添加量为1.40g时，污泥的产氢效果最佳，产氢速率高达11.13mL/h。

污泥厌氧发酵过程中，污泥中SOC浓度和SOC/SN逐渐降低，SN浓度和TVFA浓度不断上升，NH3-N浓度和pH值均先降低后升高。

[关键词] 碳氮比污泥厌氧发酵产氢影响1 引言污泥产量的快速增长及其环境安全问题已引起人们的普遍关注；另一方面，以石油、煤、天然气为代表的化石燃料作为一次性能源正日渐枯竭，其大量使用所造成的能源短缺和环境污染问题是新世纪人类所面临的重大挑战。

利用污泥进行厌氧发酵产氢，既可解决污泥的环境污染问题，又可制备清洁的燃料能源——氢气。

在生物制氢系统中，微生物是产氢的主体，系统中产氢细菌的数量直接影响着产氢效率，但是产氢细菌的生长状况和代谢水平也会决定系统的产氢能力。

微生物的生长和代谢离不开碳和氮这2种重要的营养元素，两者在量上的比例关系为碳氮比（C/N）。

C/N作为影响因子，参与细菌的产能代谢过程，主要作用于微生物的自身合成代谢过程和有机物在微生物体内的生物氧化过程。

C/N太高，细胞的氮量不足，消化液的缓冲能力低，pH值易降低；C/N太低，氮量过多，pH值可能上升，铵盐容易积累，会抑制消化过程[1]。

污泥中可溶C/N很低，只有3~7，可见污泥中可溶碳含量很低，污泥的碳源不足，会抑制污泥厌氧发酵过程。

本文将对该系统微生物群落中主要可控生态因子C/N对污泥产氢发酵过程的影响进行研究。

替硝唑含片（Tinidazole Tablets）为类白色片或淡黄色薄膜衣片，主要成分为替硝唑，其化学名为2-甲基-1-[2-（乙基磺酰基）乙基]-5-硝基-1H-咪唑，分子式：C8H13N3O4S，分子量：247.28。

替硝唑含片是新一代硝基咪唑类抗原虫与厌氧菌新药，2~4 mg/L的浓度可抑制大多数厌氧菌。

不同预处理对餐厨垃圾厌氧联产氢气和甲烷的影响袁玲莉;孙岩斌;文雪;李秀金;袁海荣;邹德勋;刘研萍【摘要】通过批式两相厌氧消化实验,考察了不同预处理方式对餐厨垃圾和接种污泥厌氧消化联产H2和CH4的影响.酸预处理、碱预处理和热预处理都能够提高酸化阶段H2体积分数和累计负荷产氢体积,酸预处理时分别达到27.58％和40.06 mL·g-1VS,比餐厨未预处理的提高了2.03倍和2.76倍.酸化发酵液的组成与餐厨垃圾的预处理方式相关.采用碱预处理后VFAs与餐厨未经预处理的区别不大.酸预处理和70℃热预处理后乙醇含量显著降低,主要以乙酸和丁酸为主,乙酸、丁酸质量浓度之和分别达到5426.27 ng·L-1和5622.06 mg·L-1.不同方式预处理后的酸化发酵液在产甲烷阶段的累计负荷产CH4体积为631.43 mL·g-1VS ～669.26 mL·g-1VS.酸预处理餐厨的酸化发酵液产甲烷阶段累计负荷产甲烷体积最高,达到669.26 mL·g-1VS,比未预处理的提高了9.10％,高于70℃热预处理的.酸预处理餐厨的单位负荷氢气甲烷联产净能量收益最高,为24.37 kJ·g-1 VS,比未预处理的21.94 kJ·g-1VS提高了11.08％.【期刊名称】《中国沼气》【年(卷),期】2015(033)002【总页数】6页(P13-18)【关键词】餐厨垃圾;厌氧消化;联产;预处理【作者】袁玲莉;孙岩斌;文雪;李秀金;袁海荣;邹德勋;刘研萍【作者单位】北京化工大学环境科学与工程系,北京100029;中国城市建设研究院有限公司,北京100120;北京化工大学环境科学与工程系,北京100029;北京化工大学环境科学与工程系,北京100029;北京化工大学环境科学与工程系,北京100029;北京化工大学环境科学与工程系,北京100029;北京化工大学环境科学与工程系,北京100029【正文语种】中文【中图分类】X703;S216.4餐厨垃圾是城市生活垃圾的重要组成部分之一，包括居民餐饮过程中产生的食物残渣、食物加工的下脚料和废弃的食用油脂［1］。

不同预处理对餐厨垃圾厌氧联产氢气和甲烷的影响
及其机理研究的开题报告
一、选题背景
随着城市化和人口的增长，餐厨垃圾的产生量快速增加，给环境和
城市管理带来了严峻的挑战。

同时，全球对可再生能源的需求也在不断
上升。

在这种背景下，利用餐厨垃圾进行厌氧联产氢气和甲烷，可以实
现垃圾资源化和能源可持续利用的目的，具有重要的实践和经济意义。

而不同的预处理方法在餐厨垃圾厌氧联产氢气和甲烷的过程中可能产生
不同的影响和机制，因此值得深入研究。

二、研究目的
本研究旨在探究不同预处理方法对餐厨垃圾厌氧联产氢气和甲烷的
影响及其机理，为垃圾资源化和能源可持续利用提供理论和实践依据。

三、研究内容
1. 文献综述：梳理国内外该领域相关的研究成果和现状，总结当前
问题和需要解决的技术难点。

2. 实验设计：根据文献综述和研究目的，设计不同预处理方法对餐
厨垃圾生物降解实验，包括垃圾采样、质量分析、菌群分析等内容。

3. 实验结果分析：对实验结果进行分析和归纳，比较不同预处理方
法对厌氧联产氢气和甲烷的影响和差异，探究其机理和影响因素。

4. 结论总结：根据实验结果和分析，总结不同预处理方法对餐厨垃
圾厌氧联产氢气和甲烷的影响及其机理，提出相关建议和未来研究方向。

四、研究意义
本研究将深入探究餐厨垃圾厌氧联产氢气和甲烷的技术路径和影响
因素，为垃圾能源化、资源化和可持续利用提供重要依据，促进环境保
护和绿色经济发展。

同时，本研究还将为厌氧发酵技术的发展提供理论支持和指导，具有重要的科学和技术价值。

国内餐厨垃圾处理工艺简介餐厨垃圾，又称餐厨废弃物，是指家庭、学校、机关公共食堂以及餐饮行业的食物废料和食物残余,由于国内垃圾分类工作还不完善，餐厨垃圾中常混有部分生活垃圾，杂质较多，成分复杂。

目前，国内餐厨垃圾处理工程主要的处理工艺有：厌氧发酵、好氧堆肥、饲料化处理、生化处理机。

1、厌氧发酵原理：利用不同的微生物厌氧菌的新陈代谢作用，将餐厨垃圾中有机物转化为沼气。

工艺流程：餐厨垃圾在接收仓经过滤分成液相和固相。

液相部分进行油水分离，分离出的油可制成生物柴油或其他化工原料，分离出的水和少量渣作为调配水；固相部分经粗分选后，除去体积较大的杂质，剩下的物料与调配水一起经浆化处理、调质匀浆，进入厌氧消化系统。

厌氧消化处理产生沼气用于制压缩天然气、锅炉燃料或热电联产；厌氧消化后的消化液经固液分离，固相为沼渣可生产有机肥，液相为沼液可用于生产液态肥或进入污水处理系统。

分类：厌氧发酵工艺类型较多，从不同的角度可以将厌氧发酵工艺分为以下几类：根据发酵温度的不同可分为常温、中温和高温发酵；按照投料运转方式可分为连续和序批式发酵；按照发酵物料中固含量的多少分为湿式和干式厌氧发酵；按照反应是否在同一反应器进行分为单相和两相厌氧消化。

a常温、中温和高温发酵：常温发酵一般是物料不经过外界加热直接在自然温度下进行消化处理，发酵温度会随着季节气候昼夜变化有所波动常温发酵工艺简单造价低廉，但是其缺点是处理效果和产气量都不稳定。

中温发酵是指发酵温度一般在30℃～40℃范围之间，中温发酵加热量少，发酵容器散热较少，反应和性能较为稳定，可靠性高，如果物料有较好的前处理，会提高反应速度和气体发生量；受毒性抑制物阻害作用较小，受抑制后恢复快，会有浮渣、泡沫、沉砂淤积等问题，对浮渣、泡沫、沉砂的处理是工艺难点，其诸多优点使其得到广泛的应用并有很多的成功案例。

高温发酵温度在50℃～60℃之间，需要外界持续提供较多的热量，高温厌氧消化工艺代谢速率、有机质去除率和致病细菌的杀灭率均比中温厌氧消化工艺要高，但是高温发酵受毒性抑制物阻害作用大，受抑制后很难恢复正常，可靠性低；高温厌氧产气率比中温厌氧稍有提高，提高的是杂质气体的量，但沼气中有效成分甲烷的含量并没有提高，限制的高温厌氧的应用；高温发酵罐体及管路需要耐高温耐腐蚀性能好的材料，运行复杂，技术含量高。

目录摘要................................................................................................................. I II ABSTRACT .. (IV)1前言1.1餐厨垃圾特点及其影响 (1)1.2餐厨垃圾单独处理的必要性 (1)1.3国内外餐厨垃圾处理概况 (1)1.4存在问题 (3)1.5前景展望 (4)1.6厌氧消化的基本原理及过程 (4)1.7厌氧消化的微生物学基础 (5)1.7.1非产甲烷细菌和产甲烷细菌之间的相互关系.............................................................. - 6 -1.7.2非产甲烷细菌之间的关系.............................................................................................. - 6 -1.7.3产甲烷细菌之间的关系产.............................................................................................. - 6 -1.8厌氧法的影响因素. (6)1.8.1温度条件.......................................................................................................................... - 7 -1.8.3有机负荷.......................................................................................................................... - 8 -1.8.4 搅拌和混合...................................................................................................................... - 9 -1.8.5餐厨垃圾的营养比.......................................................................................................... - 9 -1.9厌氧设备的运行管理. (10)1.9.1启动和运行.................................................................................................................... - 10 -1.9.2厌氧反应器运行中的欠平衡现象及其原因................................................................ - 11 -1.9.3运行管理中的安全要求................................................................................................ - 12 -2 研究材料与方法2.1实验设备 (13)2.2进料的来源和处理 (13)2.3进料的测定 (14)2.3.1总固体（TS）、挥发性固体（VS）测定 .................................................................. - 14 -2.3.2 C/N比例 ........................................................................................................................ - 14 -2.3.3脂肪的测定.................................................................................................................... - 14 -2.3.4总硫的测定.................................................................................................................... - 14 -2.3.5总磷的测定.................................................................................................................... - 15 -2.4出料的测定.. (15)2.4.1COD的测定：重铬酸钾氧化法.................................................................................... - 15 -2.4.2氨氮(NH3-N)的测定 ..................................................................................................... - 16 -2.4.3碱度的测定.................................................................................................................... - 16 -2.4.4挥发性脂肪酸(VFA)的测定 ......................................................................................... - 16 -摘要以部分酒店餐厨垃圾为原料，通过混合式连续搅拌厌氧发酵试验对餐厨垃圾进行厌氧消化。

第37卷第6期农业工程学报 V ol.37 No.6228 2021年3月Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Mar. 2021 高盐高油对餐厨垃圾厌氧发酵酶活性及产VFAs的影响谷士艳，闫屹嵩，张文一，孙继阳，张敏，李轶※（沈阳农业大学工程学院，沈阳 110866）摘要：为探究高盐高油对厌氧发酵产酸及相关酶活性的影响，该研究以餐厨垃圾为发酵原料，在接种物质量为30%、TS（Total Solids）为8%、温度为35 ℃、初始pH值为7的条件下进行批式厌氧发酵试验，研究盐、油质量浓度为5、7、9、11、13、16 g/L的6个条件对发酵过程中的SCOD（Solluted Chemical Oxigen Demand）、VFAs（V olatile Fatty Acids）、淀粉酶、蛋白酶、辅酶F420和脱氢酶活性的影响。

结果表明：随着盐油浓度的提高，SCOD峰值下降了23%～38%，并出现了2～3 d的延迟；高盐高油条件下产酸以丁酸为主，丙酸、乙酸和异戊酸含量次之，正己酸、异丁酸、正戊酸的含量最低，不同盐油条件下VFAs各组分比例差距较小；相关酶活性峰值均降低了5%～35%，相关酶活性峰值均推迟了3～6 d出现，盐油浓度越高抑制现象越明显。

研究结果可为高盐高油对厌氧发酵的影响和后续试验提供参考。

关键词：垃圾；发酵；酶活性；盐分；油脂；挥发性脂肪酸（VFAs）doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.06.028中图分类号：X713 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2021)-06-0228-07谷士艳，闫屹嵩，张文一，等. 高盐高油对餐厨垃圾厌氧发酵酶活性及产VFAs的影响[J]. 农业工程学报，2021，37(6)：228-234. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.06.028 Gu Shiyan, Yan Yisong, Zhang Wenyi, et al. Effects of high salt and high oil content on anaerobic fermentation enzyme activity and production of VFAs in food waste[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(6): 228-234. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.06.028 0 引 言餐厨垃圾是中国城市生活垃圾的重要组成部分，调查显示北京市朝阳区日均餐厨垃圾产生量约为282 t/d，单个餐饮单位餐厨垃圾日均产生量为51.66 kg/d[1]。

氨氮抑制对于餐厨垃圾厌氧发酵的影响研究编号本科生毕业设计（论文）题目：氨氮抑制对于餐厨垃圾厌氧发酵的影响研究环境与土木工程学院环境工程专业学号1003080221学生姓名王晓平指导教师赵明星副教授二〇一二年六月摘要餐厨垃圾中富含大量的淀粉和纤维素等有机物质，生物可降解性强，因此生物方法已经逐渐成为处理厨余物的主要发展方向．厌氧发酵作为一种生物处理技术，存在着生化抑制效应．本课题主要研究氨氮胁迫对产甲烷代谢途径的影响.本实验以厌氧颗粒污泥为菌种，主要研究了以下几个方面的内容：1) 氨氮胁迫对餐厨产气量的影响．2) 氨氮胁迫对餐厨垃圾厌氧发酵过程中TOC去除率的影响．3) 氨氮胁迫对餐厨垃圾厌氧发酵过程中有机酸的影响以及对厌氧发酵过程中产甲烷辅酶F420的影响．实验首先通过氨氮负荷梯度实验确定餐厨垃圾厌氧发酵对产甲烷的抑制作用，以及抑制整个反应过程的有机酸种类和浓度，TOC去除率，以及产甲烷过程关键酶—辅酶F420影响．同时研究氨氮胁迫前后餐厨垃圾厌氧发酵产甲烷代谢途径的变化情况．实验结果表明：1) 不同的氨氮浓度对产气量有一定的影响，随着氨氮浓度的增加，相同反应时间内，餐厨垃圾厌氧发酵的产气量依次减少[具体产气数据]．2)当氨氮浓度大于4500mg/L时，对于TOC的去除率影响较大，去除率较0mg/L的降低30%．3) 不同的氨氮浓度，不仅影响有机酸的种类，也影响反应水解酸化阶段有机酸的产生速率．4) 氨氮胁迫对餐厨垃圾厌氧发酵过程中pH的影响不大，pH大约都维持在7. 5)随着浓度的增加，F420呈先增加后减少的趋势变化，当氨氮浓度在1500mg/L时，F420的浓度大约为0.008mmol/L关键词：氨氮胁迫；产甲烷菌；有机酸；F420；TOCABSTRACTFood waste is rich in organic substances such as starch and cellulose, which have strong biodegradability. It has been widely applied that the treatment of food waste using the biological method, and the anaerobic digestion has become the most promising approach in food waste treatment. The paper investigated the ammonia stress on the metabolic of methane production during anaerobic digestion of food waste for preventing of biochemical inhibition.The study, using anaerobic granular sludge as bacteria inculum in digestion, focused on the following 3 aspects: 1) Ammonia stress on waste food production ; 2) A mmonia stress on the TOC removal of food waste anaerobic fermentation process, ; 3) Ammonia stress on the influence of organic acids in the food waste anaerobic fermentation process and the impact on the anaerobic fermentation process of a special enzyme F420.The main results were as follows: 1) TThe ammonia concentration has some influence on gas production with the increase ofammonia concentration, the same reaction time, anaerobic fermentation of food wastegas production in order to reduce . 2) When the ammonia concentration greater than 4,500 mg /L influenced, for TOC removal, the removal efficiency of 30% was significantly lower than the 0 mg / L. 3) Different concentrations of ammonia, not only affect the types of organic acids, but also affect the production rate of the reaction hydrolysis acidification phase organic acids. 4)Ammonia stress is not on the food waste anaerobic fermentation process, pH, the pH approximately maintained at 7. 5)With the increase of the concentration, the F420 is to first increase and then a decreasing trend change, when the ammonia concentration of 1500mg / L, the F420 is the concentration of approximately 0.008mmol / L.Key word: ammonia stress; methanogen; Organic acids ; F420; TOC摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章绪论 (1)1.1 立项背景 (1)1.2餐厨垃圾的特征 (2)1.3国内外研究现状 (2)1.4厌氧发酵产甲烷机理 (3)1.4.1 发酵产酸阶段 (4)1.4.2 产氢产乙酸阶段 (4)1.4.3 产甲烷阶段 (5)第2章材料与方法 (7)2.1实验材料 (7)2.1.1实验装置 (7)2.1.2 污泥和餐厨垃圾来源 (7)2.1.3 主要实验试剂 (7)2.1.4 主要仪器设备 (9)2.2实验分析测定方法 (9)2.2.1 产气量的测定 (9)2.2.2 辅酶F420的测定 (9)2.2.4 其他测定方法 (11)第3章结果与讨论 (14)3.1体系产气量变化情况 (14)3.1.1 取样点的确定 (14)3.1.2 不同氨氮浓度体系最终产气量 (14)3.1.3 体系氨氮变化 (15)3.1.4 pH变化情况 (15)3.2体系有机碳的变化情况 (16)3.2.1 体系液体TOC变化 (16)3.2.2 体系总TOC的变化量 (17)3.3体系有机酸的变化情况 (18)3.3.1 水解酸化阶段有机酸变化 (18)3.3.2 反应结束时有机酸变化情况 (19)3.4辅酶F420变化情况 (19)第4章结论与展望 (20)4.1结论 (20)4.1.1氨氮胁迫对餐厨垃圾产气量的影响 (20)4.1.2氨氮胁迫对TOC去除率的影响 (20)4.1.3氨氮胁迫对于有机酸的影响 (20)4.1.4 氨氮胁迫对于其他指标的影响 (21)4.2不足之处及未来展望 (21)4.2.1 不足之处 (21)4.2.2 未来展望 (21)参考文献 (22)致谢 (24)第1章绪论1.1 立项背景随着人民生活水平的提高，我国垃圾中有机成分所占比例越来越高．特别是垃圾中的可降解有机垃圾，其中就包括餐厨垃圾，如果让这些垃圾在环境中自然降解，将产生大量的有机污染物，污染水体、空气及土壤等各种环境介质，对生态环境构成直接威胁．在上海，北京等大城市，目前餐厨垃圾日产量都超过1000吨，且有不同的增长趋势[1],2007年我国的餐厨垃圾量约为9000万吨，且每年以10%的速度递增[2]．据报道，餐厨垃圾已经占到城市固体废弃物的50%-70%[3]，餐厨垃圾目前已是城市环境污染主要来源之一，严重威胁人们的日常生活及身体健康．餐厨垃圾的危害主要有[4,5]：1，餐厨垃圾有机物含量高，容易腐败变质，产生恶臭，污染大气环境；2，餐厨垃圾有病源菌，随意堆放容易滋生蚊蝇，传播疾病：3，餐厨垃圾含水率较高，运输过程中会发生滴漏现象，污染市镇环境，甚至地下水；4,餐厨垃圾数量巨大，给城市垃圾处理带来难度，大大提高处理成本目前餐厨垃圾问题已经对人们的日常生活和环境构成重大危害，解决餐厨垃圾的处置问题是一项重要而紧迫的任务，也是破解日益严重的垃圾包围城市困境的重要手段之一，这已经引起政府和人们的高度重视，研究餐厨垃圾减量化，无害化和资源化利用，已成为我国经济社会可持续发展的迫切需要[6]．而厌氧发酵就是其中一种手段．厌氧消化能大批量的处理有机废弃物[7]，在处理中又能得到甲烷和氢气等具有环境友好性的气体，因此越来越受到人们的重视[8-10]．厌氧发酵处理餐厨垃圾与其他技术相比具有如下优点：①厌氧消化后产生的沼气是清洁能源；②固体物质被消化以后可以得到高质量的有机肥料和土壤改良剂；③在有机物质转变成甲烷的过程中实现了垃圾的减量化；④与好氧过程相比，厌氧消化过程不需要氧气，降低动力消耗，因而使用成本降低；⑤厌氧消化减少了温室效应气体的排放量．作为发酵产物的甲烷，也是一种具有较高利用价值的清洁能源．是一种理想的气体燃料，1 mol甲烷燃烧可产生882.58 kJ热量．在标准状态下（0 ℃，101.33 kPa）每m3甲烷可产生热量39400.8 kJ，理论上相当电量10.94 kWh（1.0 kWh=3600 kJ）．甲烷的用途也十分广泛.1、作为工业气体燃料，用于发电、陶瓷、玻壳、工艺玻璃等．2、作为清洁燃料，汽化后供城市居民使用，具有安全、方便、快捷、污染小的特点．3、作为代用汽车燃料使用[11]．作为汽车发动机燃料，发动机仅需作适当改装，运行又安全可靠，而且噪声低污染小，特别是在排放法规日益严格的今天，排气明显改善．4、作为城市管道天然气的调峰，对民用燃气系统的用气量进行调节．5、作为冷源用于生产速冻食品，以及塑料、橡胶的低温粉碎等，也可用于海水淡化和电缆冷却等．甲烷是一种人工可制取、使用方便、清洁高效的生态能源，例如可以做为代用汽车燃料,而对甲烷发酵过程进行强化研究不但可以创造可观的经济利益，而且还可以废物回收再利用，减轻环境负担．据估算，城市污水处理厂采用好氧二级处理工艺，其污泥厌氧处理所产生的甲烷足够满足污水厂运行所需要的能量[12]．因此甲烷发酵厌氧处理技术把污染物去除和能源回收相结合，成本低廉，正成为世界各国争相研究和开发的热门技术．深入研究甲烷发酵的促进技术、促进机理从而提高产气量及甲烷浓度对于提高废弃物资源化利用率，大力推广沼气工程具有重要意义．写一些厌氧消化过程中氨氮抑制的危害本课题致力于厌氧发酵条件下氨氮胁迫对产甲烷菌代谢途径的影响．对如何提高微生物对氨氮的耐受能力，有效解决发酵产物氨氮对发酵的反馈抑制作用有着重要的研究和现实意义．1.2 餐厨垃圾的特征餐饮有机垃圾即为饮食消费后的食物残余，俗称“泔脚”．在我国，餐饮有机垃圾长期以来都直接作为饲料养猪．近年来，考虑到食物链短循环可能带来的疾病感染风险和防止非法炼制与销售食用油品现象，是城市生活垃圾的主要组成部分．餐厨垃圾主要成分包括米和面粉类食物残余、蔬菜、动植物油、肉骨等，从化学组成上，有淀粉、纤维素、蛋白质、脂类和无机盐．厨余的主要特点是有机物含量丰富、水分含量高、易腐烂，其性状和气味都会对环境卫生造成恶劣影响，且容易滋长病原微生物、霉菌毒素等有害物质．专家认为，营养丰富的餐厨垃圾是宝贵的可再生资源．但由于尚未引起重视，处置方法不当，它已成为影响食品安全和生态安全的潜在危险源．虽然处置不当会产生严重的后果，但餐厨垃圾也并非一无是处.国家发改委环资司副司长何炳光指出，餐厨垃圾具有废物与资源的双重特性，可以说是典型的“放错了地方”的资源．从收集角度看，餐厨垃圾处理的关键在于垃圾产生的初始就分类放置，这是餐厨垃圾真正得以处理的重要前提[13]．1.3 国内外研究现状抑制的一般性定义是：对生物功能的损害，2002年，IWA的厌氧消化数学模型课题组对此作了进一步定义[14]．杀生性抑制是指反应毒性，通常是不可逆的，例如LCFA、清洁剂、醛、硝基化合物、氰化物、抗生素和亲电子试剂对生物的抑制作用；生物平衡抑制是指非反应性毒性，通常可以是可逆的，例如产物、弱酸/碱（包括VFA、NH3、H2S）、pH、阳离子以及任何其他能破坏细菌生理平衡的物质对生物的抑制作用．不同的微生物种群对于氨氮的抑制性是不同的．首先经过高浓度氨氮驯化过的甲烷菌对氨氮的抑制有更高的抵抗能力，因此在处理高氮有机废物的过程中，为了保持稳定的甲烷产量，对于甲烷菌的驯化是必要的．Velsen[15]指出，在氨氮浓度为2420mg/L 下驯化过的甲烷菌能够在氨氮浓度达到3000 mg/L 的时候快速产生甲烷，且没有任何的滞后反应．此外，氨氮对于产乙酸产甲烷菌和产氢产甲烷菌的抑制程度是不同的，对此目前尚有争论．Koster[16]认为，相对于产氢产甲烷菌而言，在氨氮浓度已经超过1700 mg/L 时，氨氮对于产乙酸产甲烷菌代谢的抑制性更强．Angeli 和Ahring[17]也认为产乙酸产甲烷菌比产氢产甲烷菌对氨氮更敏感．而Wiegant 和Zeeman[18]却认为氨氮(>3500 mg/L)抑制了产氢产甲烷菌，但产乙酸产甲烷菌在氨氮达到4500 mg/L 时仍未受到抑制．Fujishima[19]在研究脱水污泥厌氧消化的过程中得到了与Wiegant 和Zeeman 同样的研究结论．两种不同的结论也许与所接种的甲烷菌是否经过驯化有关．在Fujishima 和Wiegant andZeeman 的研究中使用的甲烷菌是经过驯化的，而在Angeli 和Ahring 的研究中接种的甲烷菌未经过驯化，但与菌种本身的特性是否相关还需要去验证，因此氨氮对于两种甲烷菌的抑制性影响还有待于进一步地研究．目前，有机废物的厌氧消化处理大多是在中温下进行的．在中温消化的情况下，当氨氮积累到一定浓度时，甲烷菌会失去活性．Poggi等[20]研究了城市生活垃圾和剩余污泥中温厌氧消化过程中氨氮的抑制情况，以NH4CL 来调节进料的C/N，以VS 去除率、产气量、甲烷的含量、pH 和挥发有机酸来判定反应器的运行效果，结果发现：随着NH4CL 的增加，VS 去除率、产气量、甲烷的含量逐渐下降，pH 下降，挥发性有机酸的含量升高，并且在挥发性有机酸中丙酸和丁酸高温条件对于有机废物的降解和病原菌的杀灭是更有效的，尤其对于那些将厌氧消化以后稳定化的废物用于土地处理时，高温处理就显得尤为必要．在高温条件下，自由NH3的浓度比中温条件下要高，毒性抑制就更为显著[21]．而且在高温和中温的条件下，微生物对氨氮抑制的耐受力也是不同的．Gallert 和Winter [22]]在研究分选后有机垃圾中温和高温条件下厌氧消化过程中氨氮对甲烷产量的影响时发现，在高温过程中，虽然产生了更多的气体，但其中甲烷的含量却很低，这是由于和中温消化相比，高温过程产生了更高浓度的氨氮．高温过程中产生了1.4mg/L 的NH4+-N，而在中温过程中只产生了1 mg/L 的NH4+-N．氨氮对甲烷产生和葡萄糖降解的抑制性研究显示：在中温消化的过程中，氨氮的半毒性抑制常数分别为3 mg/L 和3.7 mg/L（对应的游离氨的浓度分别为0.22 mg/L 和0.28 mg/L），在高温厌氧消化的过程中，氨氮的半毒性抑制常数分别为3.5 mg/L 和3.4 mg/L（对应的游离氨的浓度分别为0.69 mg/L 和0.68 mg/L），可见高温微生物耐受最大NH4+-N 的浓度是中温微生物的两倍．1.4 厌氧发酵产甲烷机理有机物厌氧消化一般分为水解酸化、产氢产乙酸和产甲烷三个阶段，有机酸的产生、累积以及消耗与以下几个阶段密不可分：一般可以用图1-1描述．图1-1 厌氧发酵过程图1.4.1 发酵产酸阶段这是一种不完全或不彻底的有机物厌氧发酵过程．在此过程中，溶解性的有机物被转化为以挥发性有机脂肪酸为主的中间产物，因此这一过程也成为酸化.酸化过程是由大量的、多种多样的发酵细菌完成的．其中重要的类群有梭状芽孢杆菌（Clostridium）和拟杆菌（Bacteriodes），它们大多数是严格的厌氧菌，但通常有约1%的兼性厌氧菌存在于厌氧环境中，这些兼性厌氧菌能够起到保护像甲烷菌这样严格厌氧菌免受氧的损害和抑制．透过细胞膜进入细菌体内的单糖，先经EMP途径转化为丙酮酸，然后因不同的微生物其发酵类型不同，产生各种酸、醇、酮等，其反应如下：C6H12O6→2CH3CH2OH（乙醇）＋2CO2C6H12O6→2CH3CHOHCOOH（乳酸）C6H12O6→CH3CH2COOH（丙酸）＋CH3COOH＋HCOOHC6H12O6→CH3CH2CH2COOH（丁酸）＋2CO2＋2H21.4.2 产氢产乙酸阶段发酵酸化阶段的产物在产乙酸阶段被乙酸菌转化为乙酸、氢气和二氧化碳.通过对标准条件下乙醇、丁酸和丙酸转化为乙酸反应的自由能进行计算：CH3COOH＋H2O→CH3COO-＋H+＋2H2CH3CH2CH2COO-＋2H2O→2CH3COO-＋H+＋2H2 △G0＝＋48.1kJ/molCH3CH2COO-＋3H2O→CH3COO-＋H+＋HCO3＋3H2△G0＝＋76.1kJ/mol 发现它们在标准条件下会被降解，只有在产氢产乙酸菌（OHPA菌）产生的氢被利用氢的产甲烷菌的有效利用，系统中的氢维持在较低的分压，反应的自由能成为负值时，反应方向自发进行．通常把能将丙酸、丁酸和其他高级脂肪酸转化为乙酸的微生物统称为OHPA菌．在厌氧反应过程中，由于OHPA菌代谢产生乙酸的氢气约占总产甲烷菌基质的54%．由于这类微生物耐受pH值波动的能力较差，因此在厌氧降解过程中应该将pH值控制在中性的范围，并保持稳定；此外，OHPA菌的倍增周期为2～6 d，生长速率比产甲烷菌还慢．一旦OHPA 菌受到抑制，反应液中就会积累高浓度的丙酸和丁酸，其中前者对细菌的毒害作用很大．一般情况下，发酵细菌和OHPA菌的生长和代谢有赖于产甲烷菌等为其处置基质上脱下氢．除了甲烷菌可以利用氢以外，硫酸盐还原菌和脱氮菌也能消耗氢．另外少量同型产乙酸菌利用氢作电子供体，将二氧化碳还原为乙酸，如：HCO3-＋4H2＋H+→CH3COO-＋H2O △G0＝－70.3 kJ/mol1.4.3 产甲烷阶段在这一阶段，起主导作用的产甲烷菌通过以下两个途径之一，将乙酸、氢气、碳酸、甲酸、和甲醇等转化为甲烷、二氧化碳和新的细胞质．其一是在二氧化碳存在时利用氢气生成甲烷；其二是利用乙酸生成甲烷．利用乙酸的产甲烷菌有索氏甲烷丝菌（Methanothrix soehngenii）和巴氏产甲烷八叠球菌（Methanosarina barkeri），两者的生长速率差别较大.在一般的厌氧发酵反应器中，约70％的甲烷菌由乙酸分解而来，30％由氢气还原二氧化碳而来．利用乙酸：CH3COOH→CH4 + CO2利用H2和CO2：4H2 + CO2→2CH4 + 2CO2此外还发生如下反应：HCOO-＋2H+→CH4＋CO2＋HCO3-△G0＝－32.9 kJ/mol以上过程中产生的二氧化碳在中性溶液中以碳酸盐的形式存在．综上各阶段有机酸产生以及利用过程可以发现：在酸化阶段，可溶性有机物被大量、多种发酵菌转化为以挥发性有机脂肪酸为主的中间产物，主要有乙酸、丙酸、丁酸、乳酸以及乙醇等有机物；在产氢产乙酸阶段，酸化阶段的产物被产氢产乙酸菌（OHPA菌）转化为乙酸、氢气和二氧化碳，乙酸大量产生；在产甲烷阶段，起主导作用的产甲烷菌将乙酸、氢气、碳酸、甲酸、和甲醇等转化为甲烷、二氧化碳和新的细胞质，消耗大量的有机酸的酸性物质．1.5 氨氮的产生机理在有机垃圾厌氧消化的过程中，氮的平衡是非常重要的因素，尽管进入消化系统中的硝酸盐能被还原成氮气，但其仍将存在于系统中．由于厌氧微生物细胞的增殖很少，只有很少的氮转化为细胞，大部分可生物降解的有机氮都被还原为消化液中的NH4+-N，因此消化液中氨氮的浓度都高于进料的氨氮浓度，系统中的总氮是守恒的．氨态氮主要是通过氨基酸的降解产生，其分解主要通过偶联进行氧化还原脱氮反应，这需要两种氨基酸同时参与，其中一个氨基酸分子进行氧化脱氮，同时产生的质子使另外一个氨基酸的两个分子还原，两个过程同时伴随着氨基酸的去除．如丙氨酸和甘氨酸的降解：CH3CHNH2COOH（丙氨酸）＋2H2O→C H3COOH＋CO2＋NH3＋4H+CH2NH2COOH（甘氨酸）＋4H+→2CH3COOH＋2NH3两个反应合并即为：CH3CHNH2COOH＋2CH2NH2COOH＋2H2O→3CH3COOH＋CO2＋3NH3由于氨基酸的降解的能够产生NH3，因此在这一过程会影响到溶液的pH 值．NH3的存在对厌氧过程非常重要，一方面，NH3是微生物的营养物质，细菌利用氨氮作为其氮源，另一方面，NH3如果其浓度过高就会快速抑制甲烷菌的活性．1.6研究的目的和意义1.6.1 研究的意义在我国垃圾结构中，餐厨垃圾约占40%，其所占比例之大，适合集中收集和集中处理，而根据垃圾有机含量高和易生物降解的特性，采用生物技术发酵产气，是实现餐厨垃圾减量化，资源化和无害化处理较安全可行的方法．有机物厌氧发酵一般分为水解、酸化、产乙酸和产甲烷四个阶段，每个阶段都是在不同的微生物作用下完成的，其中，在发酵过程中，餐厨垃圾中所含的蛋白质会通过反应生成氨氮，少量的氨氮，会在反应中作为微生物氮源的来源，促进反应的进行，但是，随着反应的进一步进行，会产生大量的氨氮，反过来又会对微生物的活性产生抑制作用．本课题致力于厌氧发酵条件下氨氮对产甲烷菌活性的影响．对如何提高微生物对氨氮的耐受能力，控制氨氮浓度对发酵的反馈抑制作用有着重要的研究和现实意义．1.6.2 研究的目的本文通过研究不同物料配比以及不同氨氮胁迫对产甲烷过程的影响来解决产甲烷过程中氨氮抑制这个难点，通过这一方式不仅解决了大量餐厨垃圾的处置问题，避免了由此造成的环境污染，而且获得了可再生能源——沼气，产生可观的经济效益，实现了餐厨垃圾资源化利用的最大化．1.7 研究的内容1、本课题采用摇瓶实验，通过对发酵过程中甲烷产率等评价指标的跟踪测定，通过产气速率，判断反应的抑制强弱．2、对驯化后的厌氧污泥在不同梯度氨氮浓度下的反应状况的测定．包括：有机酸，氨氮，TOC，TS，沉降性以及F420，定性和定量测定．3、通过对不同浓度下的反应中个指标的测定，找出最适宜反应浓度，并了解不同浓度下的反应速率比和有机废物的利用情况．第2章材料与方法2.1 实验材料2.1.1 实验装置实验中使用实验装置为图(2-1)所示的甲烷潜力测试仪器，产生的气体在线收集．图2-1 甲烷潜力测试器2.1.2 污泥和餐厨垃圾来源反应底物以米饭，蔬菜，猪肉作为原材料模拟餐厨垃圾，其中米饭，蔬菜，精猪肉的TS配比为7:2:1，餐厨垃圾TS为20%，污泥为餐厨垃圾处理厂用于处理餐厨垃圾的污泥（TS为4%）．2.1.3 主要实验试剂表2-1 主要实验试剂试剂名称规格生产厂家乙醇 A.R 国药集团化学试剂有限公司乙酸 A.R 国药集团化学试剂有限公司乙氰色谱纯江苏汉邦科技有限公司H2SO4 A.R 国药集团化学试剂有限公司NaOH A.R 国药集团化学试剂有限公司盐酸 A.R 国药集团化学试剂有限公司氯化铵 A.R 国药集团化学试剂有限公司十二水硫酸亚铁A.R 国药集团化学试剂有限公司重铬酸钾 A.R 国药集团化学试剂有限公司硝普钠国药集团化学试剂有限公司水杨酸 A.R 国药集团化学试剂有限公司次氯酸钠 A.R 国药集团化学试剂有限公司2.1.4 主要仪器设备表2-2 主要实验试剂仪器名称生产厂家高效液相色谱分析仪Dinox Ultimete 3000紫外分光光度计上海美谱达仪器有限公司马弗炉上海仪表集团公司制造三部上海佳敏仪表有限公司水浴锅国立常州试验设备研究所pH计梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司台式离心机TGL-16G 上海安亭科学仪器厂电热恒温鼓风干燥箱上海精密实验设备有限公司2.2实验分析测定方法2.2.1 产气量的测定采用排水集气法，即用图2-1的装置图收集气体．置于55 ℃恒温室中，定时记录甲烷的累积产量，直至甲烷累积产量停止增加时，结束实验.期间，每12 h摇动血清瓶一次．2.2.2 辅酶F420的测定1）测定原理辅酶F420是一种低分子量的荧光物质，当它被氧化时，在紫外线的激发下会产生荧光，在420nm处有最大吸收峰．2）试剂生理盐水：0.9%乙醇（或异丙醇）：无水乙醇NAOH：4 mol/LHCL：6 mol/L3）步骤[23]图2-2 颗粒污泥样品预处理步骤[这个图放在一页上，不要分在两页]用紫外－可见光光度计在波长420 nm 下测定.计算公式如下：式中：C ——污泥中的辅酶420A 1 ——试样在420 nm 下的吸光度值； A 0 ——参比样在420 nm 下的吸光度值； f ——稀释倍数； l ——比色皿厚度(cm)；ε ——辅酶F 420 的毫摩尔消光系数(l/cm·mmol)，在pH=13.5时ε= 54.3在求出污泥混合液的辅酶F420浓度C后，可以根据污泥液的VSS浓度求出污泥内的辅酶F420含量，计算公式：式中：C x——污泥中辅酶F420 的含量(mmol/gVSS)；C ——污泥混合液中辅酶F420 的浓度(mmol/L)；X ——污泥中的VSS浓度(gVSS/L)．(1) 辅酶易发生光解现象，特别是碱性条件下，因此需要避光，操作过程中尽量减少或避免光照.(2) 碱性pH 的调节需要十分精确，酸pH的调节要小于3．若加酸时出现混浊，可10000 r/min 离心15 min，取上清液分为2等分一份将pH回调至13.5.(3) 参比样和待测样的稀释倍数必须一样，测定过程中应准确记录因加酸加碱引起的体积变化，补充蒸馏水维持参比样具有相同的体积，算出稀释倍数f．2.2.4 其他测定方法1）有机酸的测定：有机酸测定采用液相色谱法，柱子为ZORBAX SB-Aq柱，柱长150×4.6 mm，5 μm；流动相：1％乙腈、99％0.02 M NaH2PO4、调pH至2.0(用磷酸调节)；流动相流速：0.5 mL/min；进样量：10 μL；柱温：30 ℃；检测器：紫外检测器（210 nm）2）TOC的测定：取样品2g放入坩埚中于105度烘箱中2小时．取出冷却后分别装入2个样品冢中大约控制在0.1g左右，分别放入TOC测定仪中测定TC和IC最后得出结果．3）TS和VS的测定：总固体（TS）指式样在一定温度下蒸发至恒重所剩余的总量，它包括样品中的悬浮物，胶体物和溶解性物质，既有有机物也有无机物.挥发性固体（VS）则表示水样中的悬浮物，胶体和溶解性物质中有机物的量．总固体中的灰分是经灼烧后残渣的量．操作步骤：将坩埚洗净后在600 o C马弗炉中灼烧1 h，取出冷却，称至恒重，记作ag；取适当水样或污泥．置于坩埚内称重，记作bg，然后放入干燥箱内在105 o C下干燥至恒重，记作cg；将干燥后的样品放入马弗炉内，在600 o C灼烧2 h，取出冷却称重，记作dg.4）氨氮的测定：水杨酸法测定.(1)实验材料：1．铵标准贮备液称取3.819g经100℃干燥过的氯化铵（NH4Cl）溶于水中，移入1000ml容量瓶中，稀释至标线．此溶液每毫升含1.00mg氨氮．2．铵标准中间液吸取10.00ml铵标准贮备液移取100ml容量瓶中，稀释至标线．此溶液每毫升含0.10mg氨氮．3．铵标准使用液。

第环境卫生工程Vol.31卷第4期2023年8月Environmental Sanitation Engineering 31No.4Aug.2023物料调理缓解餐厨垃圾厌氧发酵酸化效应及其机制研究*蓝苑瑗，吴松，王磊（同济大学污染控制与资源利用重点实验室，上海200092）【摘要】为解决餐厨垃圾在厌氧发酵过程中易酸化的问题，在餐厨垃圾厌氧发酵中分别添加不同比例的家庭厨余垃圾和沼渣生物炭作为调理剂，研究了两种调理剂对餐厨垃圾在厌氧发酵水解酸化阶段pH、总挥发性脂肪酸和溶解性蛋白质浓度的影响。

结果表明，添加沼渣生物炭，发酵过程中产酸增加，溶解性蛋白质浓度下降，无法缓解酸化。

添加家庭厨余垃圾虽然也促进产酸，但同时提高了发酵液中溶解性蛋白质含量，TS为15%的条件下，家庭厨余垃圾添加比例分别为1∶3、1∶1、3∶1组的发酵液溶解性蛋白含量较对照组分别提高了27.7%、55.2%、58.9%，因此提高系统碱度，可缓解厌氧发酵酸化，维持稳定pH。

【关键词】餐厨垃圾；厌氧发酵；家庭厨余垃圾；沼渣生物炭；酸化中图分类号：X799.3文献标识码：A文章编号：1005-8206（2023）04-0027-08DOI：10.19841/ki.hjwsgc.2023.04.005Study of Material Conditioning Alleviating Acidification Effect in Anaerobic Fermentation of Restaurant Food Wasteand Its MechanismLAN Yuanyuan，WU Song，WANG Lei（State Key Laboratory of Pollution Control and Resource Reuse，Tongji University，Shanghai200092）【Abstract】In order to solve the problem of acidification in restaurant food waste anaerobic fermentation（RFWAF）. Different proportions of household food waste（HFW）and biogas residue biochar were added as conditioning agents intothe acidogenic reactor.The effects of two conditioners on pH，total volatile fatty acids（TVFAs）and dissolved protein concentrations of restaurant food waste during the process of RFWAF acidification and acidification were studied.The results showed that biogas residue biochar could promote the accumulation of TVFAs and decrease the concentration of dissolved protein，which could not alleviate acidification.Although adding HFW promoted the accumulation of TVFAs，it also improved the content of dissolved protein in fermentation liquid.Under the condition of15%TS，when the mass of household food waste addition were1∶3，1∶1，3∶1，the average protein concentration increased by27.7%，55.2%and58.9%compared with control group，respectively.Therefore，the anaerobic fermentation acidification could be alleviatedand pH could be maintained stable by improving the alkalinity of the system.【Key words】restaurant food waste；anaerobic fermentation；household food waste；biogas residue biochar；acidifying0引言餐厨垃圾指相关企业和公共机构在食品加工、饮食服务、单位供餐等活动中产生的食物残渣、食品加工废料和废弃食用油脂［1］。