湿热预处理对北京市典型餐厨垃圾生物制氢潜力的影响

发布时间：2019-09-05 06:32

【摘要】：采用北京市2种典型餐厨垃圾,研究不同湿热预处理温度(40、80、120和160℃)和时间(30、60、90和120 min)对2种典型餐厨垃圾理化性能的影响。在此基础上,阐明餐厨垃圾厌氧产氢潜力。结果表明,湿热预处理温度、时间对餐厨垃圾可浮油脱出量具有显著影响,ρ(SCOD)、ρ(TOC)与VS/TS呈负相关。餐厨垃圾处理厂的厨余垃圾经120℃湿热预处理30 min后,可浮油脱出量最大达17 m L·kg-1,ρ(SCOD)、ρ(TOC)分别为150.99、57.91 g·L-1;食堂的餐饮垃圾经160℃湿热预处理30 min后效果最佳,可浮油脱出量最高达99 m L·kg-1,ρ(SCOD)、ρ(TOC)分别为120.69、62.58 g·L-1。餐饮垃圾经160℃湿热预处理30 min,在中温(35±1℃)、高温(55±1℃)厌氧制氢,高温比产氢率和最大产氢速率分别可达40.58 m L·g-1VS、29.20 m L·h-1,与未经预处理组比提高0.78、2.02倍,中温产氢启动时间缩短1倍以上。可见,湿热预处理能显著改善餐厨垃圾理化性质,提高微生物的底物利用效率,提高餐厨垃圾厌氧制氢量及产氢效率。
【图文】：

第11期贾璇等:湿热预处理对北京市典型餐厨垃圾生物制氢潜力的影响由图1可知，在不同湿热预处理条件下，餐厨垃圾液相比变化差异大。餐饮垃圾和厨余垃圾经不同温度湿热预处理30min后，液相比均显著降低。图1可知，160℃湿热预处理可显著提高液相比，且随时间延长先降低后升高，120min液相比达到最高，餐饮垃圾和厨余垃圾分别为90.89%和74.56%。40、80℃湿热预处理后餐厨垃圾的液相比都有所降低，低于未处理组。120℃湿热预处理对餐饮垃圾液相比影响较小，厨余垃圾先降低再升高的趋势明显。湿热预处理初期，可能由于垃圾中水分沿化学势降落方向运动，，淀粉颗粒逐渐吸水膨胀并糊化，蛋白质胶粒水合，氢键由于水分和氨基酸侧链上未酯化的羧基反应而形成，导致一些游离水进入固相成为其他形式水，使液相比下降。随着时间的延长，有机物开始溶解、液化和水解，分子移动性增强，含水率开始上升。且液相比上升程度随处理温度上升而上升。可见，经湿热预处理垃圾固相内部结构被破坏，加速水分扩散，影响垃圾脱水性能。图1湿热预处理对餐厨垃圾液相比的影响Fig．1Influenceofliquidproportionunderdifferenthydrothermalpretreatments2.1.2湿热预处理对餐厨垃圾可浮油脱出量和VS/TS(%)的影响如图2所示，可浮油脱出率呈现为先升高，再降低趋势。从图2(a)可知，厨余垃圾经80、120和160℃，湿热预处理90min后达到各温度下最大可浮油脱出率，40℃实验组在加热60min时到达最大值，之后随时间延长可浮油脱出量降低。其中，在160℃、处理90min湿热条件下可浮油脱出量最大，达到22mL·kg－1。由图2(b)可知，餐饮垃圾在80℃加热条件下，可浮油脱出效果较差，而在120、160℃实验组中可浮油脱出效果较好。其中，在160℃处理30min湿热条件下可浮油脱出量达到最大值，为99mL·

环境工程学报第11卷图2湿热预处理对餐厨垃圾可浮油、VS/TS的影响Fig．2InfluenceoffloatableoilandVS/TSunderdifferenthydrothermalpretreatments2.1.3湿热预处理对餐厨垃圾SCOD和TOC的影响图3表示了2种餐厨垃圾中SCOD、TOC的变化情况。SCOD浓度随着湿热时间增长而上升，在处理时间为90min时均在95g·L－1以上，远大于对照组SCOD。由图3可知，厨余垃圾在120℃处理60min湿热条件下SCOD、TOC最大，分别达到150.99、57.91g·L－1。餐饮垃圾在160℃处理30min条件下SCOD、TOC显著增加，且达到最大值，分别为120.69、62.58g·L－1。TOC浓度变化与COD浓度变化基本一致呈正相关性，同一处理温度下均随处理时间增长而上升。图2、图3对比分析发现，在同一温度，VS/TS与SCOD呈负相关性。这主要是餐厨垃圾中固相内的部分油脂在湿热预处理下发生化学变化，部分有机物进入液体，使固体内有机成分降低，液态内有机成分上升。相应的VS降低，而SCOD与TOC升高，该研究结果与ＲEN等研究一致［23］。由于餐饮垃圾油脂、蛋白含量高，需要较高预处理温度提高油脂的析出以及难溶性有机物的降解，厨余垃圾以糖类碳水化合物成分为主易分解，导致餐饮垃圾的最佳湿热预处理温度高于厨余垃圾。在预处理温度为120和160℃中，除120℃处理30min湿热条件，SCOD浓度均大于100g·L－1，说明在进行厌氧发酵之前对餐厨垃圾进行适当湿热预处理有助于分离油脂，析出更多有机物，提高厌氧产氢性能。图3湿热预处理对餐厨垃圾SCOD、TOC的影响Fig．3InfluenceofSCODandTOCunderdifferenthydrothermalpretreatments2.2湿热预处理对餐厨垃圾厌氧产氢潜力的影响基于食堂餐饮垃圾在160℃处理30min湿热条件下，可浮油脱出量高、SCOD较高、TOC值最大、液相比最高，有益于有机物
【作者单位】： 北京工商大学食品学院;京都(锡林郭勒)发电有限公司;
【基金】：国家自然科学基金资助项目(21406213)
【分类号】：X799

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本文编号：2532014