餐厨垃圾厌氧消化实验

1.　实验目的

（1） 掌握厌氧消化基本原理和工艺流程。

（2） 了解餐厨垃圾厌氧过程主要工艺参数及其对产气性能的影响。

2.　实验原理

厌氧消化：有机物在无氧条件下被微生物分解、转化成甲烷和二氧化碳等，并合成自身细胞物质的生物学过程。

厌氧消化过程中，在微生物的作用下有机质被分解，其中一部分物质转化为甲烷、CO2等物质，以气体形成释放出来，即人们常说的沼气；未消化完的残余物等沼渣沼液，一般作为有机肥料使用。影响厌氧消化的因素主要有：（1）厌氧条件。（2）消化温度。（3）有机负荷率。（4）消化时间。（5）pH值。（6）接种物。（7）营养物质。（8）有毒物质。（9）搅拌等。沼气的主要成分是甲烷，此外还含有CO2、N2、CO、H2、H2S和极少量的O2。沼气中甲烷的含量一般在50%～65%，CO2在30%～35%。

3.　实验设备及材料

（1） 粉碎机。

（2） 总有机碳分析仪。

（3） 电热鼓风干燥箱。

（4） 马弗炉。

（5） 气相色谱仪。

（6） 微量进样器。

（7） 精密电子天平。

（8） pH/IsE测试仪。

（9）电子天平。

（10）凯式定氮仪。

（11）秸秆。

（12）厌氧消化沼液。

4.　实验步骤

实验采用批式厌氧发酵，实验装置主要由1 L蓝盖瓶、1 L集气瓶（即广口瓶）和1 L烧杯组成，其中集气瓶上标有刻度，采用中温厌氧消化［（35±1）℃］。蓝盖瓶作为反应发酵罐，工作体积为0.8 L。采用排水法收集沼气，在集气瓶上标计刻度来计量日产气量。实验装置见图6-4。

图6-4　厌氧消化实验装置

1—平台；2—1 L蓝盖瓶；3—平台；4—集气瓶；5—烧杯；6—三通玻璃管和止水夹

（1） 预处理和保存。

首先晾晒实验用秸秆，晒干后将秸秆粉碎以备进行性质分析以及对照实验。

接种物取回后置于塑料桶内密封，静置24 h后吸出上清液，以提高污泥浓度。在某些特定实验中，为满足实验要求，需对污泥进行进一步浓缩，可采用离心的方法来实现。离心条件为转速3 000 r/min，离心时间为10 min。将预处理过的污泥存放在密闭容器内，保存于4 ℃的冰箱中，并于使用前1天取出，置于室温使菌种恢复活性。

（2） 上料。

按照预先设定的负荷10～30 g/L、F/M（原料和接种物）比为0.5～1、反应体积0.8 L、原料的总固体量TS和挥发性固体量VS等，计算进料所用原料量和接种泥的量，根据原料的碳氮含量，计算是否应该加尿素调节碳氮比。测定进料前的瓶重，进料后，加水至反应体积刻度处，搅拌均匀，测定总重和pH值，塞上定做的梯形硅胶塞。

（3） 运行管理。

反应瓶放置在室温条件下，记录瓶中加水至1 L刻度处，积水瓶加入200 mL的水。每天观察产气情况并排查漏气状况，每天记录日产气量，每3天测定一次气相（沼气中甲烷含量），每天晃1～2次发酵瓶（可起到搅拌作用）。

实验过程中的分析项目主要包括：进、出料的pH值，进、出料总固体量（TS）和挥发性固体量（VS），日产气量（每天记录）和产气成分（每周测一次）。其中，pH值、TS和VS的分析按照APHA标准进行。

（4） 日产气量连续3天基本不产气为止。

5.　数据记录

（1） 瓶重（上料前和卸料后各称一次）。

（2） 物料性质（实验室完成），记录表如表6-9所示。

表6-9　物料性质

（3） 测定反应前后物料的重量，计算出物料减少量（扣除接种物的量），即实际用来产气的物料量。

（4） 日常记录。

①　每天记录日产气量，产气多的时候集气瓶可能会排空，因此，需要一天内排2～3次气；

②　每3天测定一次沼气成分，包括CO2，N2，H2，CH4，并记录，如表6-10所示。

表6-10　日产气量及沼气成分

（5） 画出日产气量图。

（6） 计算出单位TS、VS产气量和总产气量。

TS—总固体；VS—挥发性固体（实验时已提供，不用单测）。

单位TS产气量=总产气量÷总TS的量；

单位VS产气量=总产气量÷总VS的量。

6.　注意事项

（1） 实验开始后第1～2天可能产气量会很多，然后产气开始迅速下降，正常情况下2～3天后产气会慢慢回升，这是正常现象，此时是原料进入了酸化阶段，酸化之后产气量会降得很低，气体中CO2含量最高。产气回升后即系统进入了产甲烷阶段，气体中甲烷含量会慢慢升高。

（2） 如果一直不产气的话则可能是反应装置漏气，需检查气密性。

（3） 测气时，到实验室找相关人员拿取样针，用完后归回原处。

（4） 产气结束后，将装置拿回实验室交给相关人员，测定出料性质，并冲洗干净装置。