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初始物料含水率对餐厨垃圾高温好氧消化过程的影响 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50℃，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=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，是城市生活垃圾的重要组成部分。据国家环境公报显示，我国2005年城市生活垃圾的清运量已经达到了15576.8万t，按照餐厨垃圾占城市生活垃圾比例30%～40%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发展，产生量还在迅速增加。 高温好氧消化反应可以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，而且可以降低对环境的危害，同时好氧消化耗时短，维护简便，运行成本低，如果利用人工加热的方式，好氧发酵时间会大大缩短，消化反应完全，所以通过高温好氧消化技术制取肥料成为未来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，如麦麸、锯木粉等。这些辅料的作用主要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影响。 1实验 1.1实验材料 餐厨垃圾：采集于深圳职业技术学院食堂，经手工筛选除去其中的骨头等大块杂质，餐厨垃圾经食物破碎机破碎，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 1.2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，温度控制在50℃，以自制生物制剂为启动微生物源。经过计算，反应中控制通风量约16.69m3/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 1.3实验装置 反应器采用密闭式发酵装置，装置为半圆柱体，反应罐内设有加热、搅拌、通风系统，并且可以通过控制器对温度和搅拌进行控制，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影响，反应罐剖面及其它装置连接见图1。反应时间设为96h，反应过程中每天取样2～3次。 图1餐厨垃圾高温好氧消化实验装置 1.4实验参数检测方法 高温好氧消化是一个复杂的生化过程，不能采用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试验参数检测方法及意义 2结果与讨论 2.1水溶性TOC和水溶性凯氏氮变化 不同含水率下物料中水溶性TOC和凯氏氮随时间的变化如图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影响。1＃、2＃、3＃反应器内物料的初始TOC含量分别为4.97%、4.13%和2.97%，经过96h的消化过程后，TOC分别降为1.84%、1.25%和1.47%，降解率分别为62.92%、70.05%、49.69％。本次实验反应初期的TOC下降较决，而反应后期，各物料水溶性TOC下降速度均有变缓的趋势。与前人的研究相似。 图2不同含水率下物料水溶性TOC与反应时间的关系 图3不同含水率下物料水溶性凯氏氮与反应时间的关系 由于微生物对底物的分解作用，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。这主要是由于在反应初期，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50%～55%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TOC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，空气接触面的增大虽然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