【摘要】：采用北京市2種典型餐廚垃圾,研究不同濕熱預(yù)處理溫度(40、80、120和160℃)和時(shí)間(30、60、90和120 min)對2種典型餐廚垃圾理化性能的影響。在此基礎(chǔ)上,闡明餐廚垃圾厭氧產(chǎn)氫潛力。結(jié)果表明,濕熱預(yù)處理溫度、時(shí)間對餐廚垃圾可浮油脫出量具有顯著影響,ρ(SCOD)、ρ(TOC)與VS/TS呈負(fù)相關(guān)。餐廚垃圾處理廠的廚余垃圾經(jīng)120℃濕熱預(yù)處理30 min后,可浮油脫出量最大達(dá)17 m L·kg-1,ρ(SCOD)、ρ(TOC)分別為150.99、57.91 g·L-1;食堂的餐飲垃圾經(jīng)160℃濕熱預(yù)處理30 min后效果最佳,可浮油脫出量最高達(dá)99 m L·kg-1,ρ(SCOD)、ρ(TOC)分別為120.69、62.58 g·L-1。餐飲垃圾經(jīng)160℃濕熱預(yù)處理30 min,在中溫(35±1℃)、高溫(55±1℃)厭氧制氫,高溫比產(chǎn)氫率和最大產(chǎn)氫速率分別可達(dá)40.58 m L·g-1VS、29.20 m L·h-1,與未經(jīng)預(yù)處理組比提高0.78、2.02倍,中溫產(chǎn)氫啟動時(shí)間縮短1倍以上�？梢�,濕熱預(yù)處理能顯著改善餐廚垃圾理化性質(zhì),提高微生物的底物利用效率,提高餐廚垃圾厭氧制氫量及產(chǎn)氫效率。
【圖文】：

第11期賈璇等:濕熱預(yù)處理對北京市典型餐廚垃圾生物制氫潛力的影響由圖1可知，在不同濕熱預(yù)處理?xiàng)l件下，餐廚垃圾液相比變化差異大。餐飲垃圾和廚余垃圾經(jīng)不同溫度濕熱預(yù)處理30min后，液相比均顯著降低。圖1可知，160℃濕熱預(yù)處理可顯著提高液相比，且隨時(shí)間延長先降低后升高，120min液相比達(dá)到最高，餐飲垃圾和廚余垃圾分別為90.89%和74.56%。40、80℃濕熱預(yù)處理后餐廚垃圾的液相比都有所降低，低于未處理組。120℃濕熱預(yù)處理對餐飲垃圾液相比影響較小，廚余垃圾先降低再升高的趨勢明顯。濕熱預(yù)處理初期，可能由于垃圾中水分沿化學(xué)勢降落方向運(yùn)動，，淀粉顆粒逐漸吸水膨脹并糊化，蛋白質(zhì)膠粒水合，氫鍵由于水分和氨基酸側(cè)鏈上未酯化的羧基反應(yīng)而形成，導(dǎo)致一些游離水進(jìn)入固相成為其他形式水，使液相比下降。隨著時(shí)間的延長，有機(jī)物開始溶解、液化和水解，分子移動性增強(qiáng)，含水率開始上升。且液相比上升程度隨處理溫度上升而上升�？梢�，經(jīng)濕熱預(yù)處理垃圾固相內(nèi)部結(jié)構(gòu)被破壞，加速水分?jǐn)U散，影響垃圾脫水性能。圖1濕熱預(yù)處理對餐廚垃圾液相比的影響Fig．1Influenceofliquidproportionunderdifferenthydrothermalpretreatments2.1.2濕熱預(yù)處理對餐廚垃圾可浮油脫出量和VS/TS(%)的影響如圖2所示，可浮油脫出率呈現(xiàn)為先升高，再降低趨勢。從圖2(a)可知，廚余垃圾經(jīng)80、120和160℃，濕熱預(yù)處理90min后達(dá)到各溫度下最大可浮油脫出率，40℃實(shí)驗(yàn)組在加熱60min時(shí)到達(dá)最大值，之后隨時(shí)間延長可浮油脫出量降低。其中，在160℃、處理90min濕熱條件下可浮油脫出量最大，達(dá)到22mL·kg－1。由圖2(b)可知，餐飲垃圾在80℃加熱條件下，可浮油脫出效果較差，而在120、160℃實(shí)驗(yàn)組中可浮油脫出效果較好。其中，在160℃處理30min濕熱條件下可浮油脫出量達(dá)到最大值，為99mL·

環(huán)境工程學(xué)報(bào)第11卷圖2濕熱預(yù)處理對餐廚垃圾可浮油、VS/TS的影響Fig．2InfluenceoffloatableoilandVS/TSunderdifferenthydrothermalpretreatments2.1.3濕熱預(yù)處理對餐廚垃圾SCOD和TOC的影響圖3表示了2種餐廚垃圾中SCOD、TOC的變化情況。SCOD濃度隨著濕熱時(shí)間增長而上升，在處理時(shí)間為90min時(shí)均在95g·L－1以上，遠(yuǎn)大于對照組SCOD。由圖3可知，廚余垃圾在120℃處理60min濕熱條件下SCOD、TOC最大，分別達(dá)到150.99、57.91g·L－1。餐飲垃圾在160℃處理30min條件下SCOD、TOC顯著增加，且達(dá)到最大值，分別為120.69、62.58g·L－1。TOC濃度變化與COD濃度變化基本一致呈正相關(guān)性，同一處理溫度下均隨處理時(shí)間增長而上升。圖2、圖3對比分析發(fā)現(xiàn)，在同一溫度，VS/TS與SCOD呈負(fù)相關(guān)性。這主要是餐廚垃圾中固相內(nèi)的部分油脂在濕熱預(yù)處理下發(fā)生化學(xué)變化，部分有機(jī)物進(jìn)入液體，使固體內(nèi)有機(jī)成分降低，液態(tài)內(nèi)有機(jī)成分上升。相應(yīng)的VS降低，而SCOD與TOC升高，該研究結(jié)果與ＲEN等研究一致［23］。由于餐飲垃圾油脂、蛋白含量高，需要較高預(yù)處理溫度提高油脂的析出以及難溶性有機(jī)物的降解，廚余垃圾以糖類碳水化合物成分為主易分解，導(dǎo)致餐飲垃圾的最佳濕熱預(yù)處理溫度高于廚余垃圾。在預(yù)處理溫度為120和160℃中，除120℃處理30min濕熱條件，SCOD濃度均大于100g·L－1，說明在進(jìn)行厭氧發(fā)酵之前對餐廚垃圾進(jìn)行適當(dāng)濕熱預(yù)處理有助于分離油脂，析出更多有機(jī)物，提高厭氧產(chǎn)氫性能。圖3濕熱預(yù)處理對餐廚垃圾SCOD、TOC的影響Fig．3InfluenceofSCODandTOCunderdifferenthydrothermalpretreatments2.2濕熱預(yù)處理對餐廚垃圾厭氧產(chǎn)氫潛力的影響基于食堂餐飲垃圾在160℃處理30min濕熱條件下，可浮油脫出量高、SCOD較高、TOC值最大、液相比最高，有益于有機(jī)物
【作者單位】： 北京工商大學(xué)食品學(xué)院;京都(錫林郭勒)發(fā)電有限公司;
【基金】：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(21406213)
【分類號】：X799

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本文編號：2532014