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城市垃圾厌氧堆肥产气控制初步研究 　　摘要：厌氧堆肥很难保证稳定的产气量，为实现堆肥的产气控制，本文通过对C/N比为30:1，含水率为85%的模拟垃圾进行间歇式厌氧堆肥实验，初步分析和研究了厌氧堆肥的温度、氧化还原电位、pH值等参数与系统产气量的关系。结果表明，系统的pH值是产气量的一个重要控制参数，而氧化还原电位只在实验初期对产气有一定影响，并且中温（35℃）堆肥的效果优于高温（55℃）堆肥。 　　关键词：城市垃圾；产气量；厌氧堆肥 　　 　　 随着全球经济的发展，环境污染问题愈加严重，尤其是城市的发展，人民生活水平的提高，城市生活垃圾的产量不断增长，对环境造成的危害日益严重，垃圾处理已成为社会发展中一个亟待解决的问题。传统的垃圾处理处置方法主要有填埋、焚烧、堆肥等。近年来，由于能源的过度消耗，人们在处理环境污染问题的时候越来越重视污染处理的资源化，因此，厌氧处理技术作为一种产能的技术，在城市垃圾的处理中日益受到重视。厌氧堆肥处理城市垃圾源于我国农村的沼气发酵,虽然现在世界各地已经建立了不少沼气发酵工程，但是由于敏感的厌氧菌对pH值和温度等环境条件要求苛刻，并且较易受有毒物质的影响，因而难以保证发酵过程的稳定性，进而影响产气的稳定性[1]，因此，有必要对厌氧堆肥过程中产气量及其影响因素的关系进行研究从而实现厌氧堆肥的产气控制，使沼气能够连续稳定的产出。本实验通过测定厌氧堆肥的温度、氧化还原电位、pH值及碱度等参数，对厌氧堆肥中产气量及其影响因素之间的关系进行了分析和研究。 　　 　　1研究方法 　　1.1 实验方法 　　本实验采用易腐有机物与城市污水厂剩余污泥的混合物组成模拟生活垃圾。易腐有机物主要为干草、果蔬及厨余垃圾，剩余污泥取自长沙市第二污水厂沉淀池污泥， 污泥含水率为97.64%。原料的C/N比为30:1，含水率为85%，实验分中温（35℃）和高温（55℃）两组，并分别做平行实验。实验采用间歇式厌氧消化工艺，以1500mL抽滤瓶作为厌氧消化罐。将混合原料加入抽滤瓶后将其密封至于恒温水浴中，温度分别控制在35℃和55℃，消化产生的气体量用饱和食盐水封测定。实验周期为35天。 　　1.2 分析方法 　　实验需要控制的项目有：含水量、C/N比和消化温度。需要测定的项目有：化学需氧量（CODcr）、挥发性脂肪酸（VFA）、pH值、碱度、氧化还原电位（ORP）、产气量，分析方法为： 　　（1）CODcr：K2Cr2O4氧化法，水样经MS-3型微波消解仪进行消解，再用硫酸亚铁氨滴定。 　　（2）VFA：取水样定容至200mL后转入500mL蒸馏瓶中，加入（1+1）的硫酸10mL，以5mL/min的速度蒸馏，再用NaOH溶液滴定。 　　（3）pH值：采用PHS-3型精密pH计测定。 　　（4）碱度：采用酸碱指示剂滴定法测定。 　　（5）氧化还原电位：采用铂电极直接测定法测定。 　　 　　2 结果与分析 　　2.1 温度与产气量的关系 　　在整个实验过程中，将每日测得的中温及高温堆肥的产气量绘制成曲线，结果示于图1。每日产气中甲烷的含量用 PGM合式气体检测器进行检测，气体中甲烷含量的变化见图2，其值为检测时甲烷含量的最大值。由图1及图2可以看出，中温厌氧堆肥在实验的第3天开始有气体产生，第12天出现产气高峰。之后，由于pH值的突然降低（由6.27降至4.77），产气几乎停止，在投加碱以后，随着pH值的回升，产气量又开始升高，直到产气结束。而高温厌氧堆肥产气就相对慢一些，在实验开始阶段，由于系统温度升高，反应器中有一定体积的气体产生，但其中的的甲烷含量很小，直到实验的第13天系统才开始大量产气。表1列出了中温和高温产甲烷阶段的日产气量，其中湿垃圾即为实验中的模拟垃圾原料，包括污水污泥和模拟垃圾。由表1可以看出，中温堆肥的日产气量普遍比高温堆肥的日产气量高，其中中温堆肥中有一段时间由于pH值的突然降低使产气量锐减，但是总的产气量中温（4.987L）还是要比高温（4.626L）高。 　　由表1、图1及图2可以看出，中温堆肥较易从产酸阶段过渡到产甲烷阶段，而且整个过程的产气量要高于高温堆肥。另外，中温堆肥的能耗也比高温要小得多，因此，无论从效果还是从能源的角度考虑，垃圾中温堆肥都要优于高温堆肥。 　　 　　 　　2.2 氧化还原电位与产气量的关系 　　 氧化还原电位也是厌氧堆肥中的一个重要参数。由于厌氧微生物细胞中无高电位的细胞色素和细胞色素氧化酶，不能完成在高电位下才能发生的生物化学反应，而且，厌氧微生物生长所必需的一个或多个酶的-SH只有被完全还原后酶才能活化或活跃地起酶学功能，因此，在厌氧堆肥中必须保证低的氧化还原电位才能使厌氧微生物正常的生长[2]。本次实验测定