零价铁耦合热预处理技术强化餐厨厌氧消化

曲艺源，张景新

(上海交通大学 中英国际低碳学院，上海 201306)

全球每年产生的餐厨垃圾大约为13亿t。餐厨垃圾成分复杂，主要由糖类、蛋白质、纤维素和脂类物质构成。厌氧消化处理餐厨垃圾，可以产生高能量的沼气，并将其转化为电能[1]。餐厨垃圾中某些复杂物质限制了水解过程[2-3]。热处理(70～90 ℃)和水热预处理(<200 ℃)可以加快水解过程，但是需要消耗很高的能量[4-5]。零价铁(ZVI)可以促进CH4的产生，并降低能耗[4，6]。ZVI发生生化反应生成Fe2+的过程可以调节pH值，增强了水解和酸化的过程[7-9]，提高甲烷产量。

本文研究了使用预处理的餐厨垃圾，以及将预处理技术和添加ZVI的技术进行耦合处理餐厨垃圾过程中对于厌氧消化系统产甲烷性能的影响。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

接种污泥，取自污水处理厂的大型厌氧消化罐；餐厨垃圾主要由大米、面条、肉、蔬菜组成，取自大学的食堂；ZVI，自制。

DR900比色计；FE28 pH计；Clarus 580 Arnel气相色谱仪(气体)；Clarus 580GC气相色谱仪(液体)；Vario MICRO cube元素分析仪；Optima 5300DV电感耦合等离子体发射光谱仪。

1.2 餐厨垃圾预处理

1.2.1 热预处理 在4个50 mL锥形无菌聚丙烯离心管中分别加入50 g的餐厨垃圾，将其置于(70±1)℃的烘箱中，加热120 min[10]。

1.2.2 水热预处理 将50 g餐厨垃圾加入4个 100 mL不锈钢高压釜中，在(170±1)℃的高压下加热120 min[11]。

1.3 接种物和底物

将餐厨垃圾均质化，并通过混合器均匀混合。餐厨垃圾分为三类：原始餐厨垃圾、热处理餐厨垃圾和水热预处理餐厨垃圾。餐厨垃圾和接种污泥的性质见表1。

表1 餐厨垃圾和接种污泥的元素组分、TS、VSTable 1 Food waste and sludge seed elemental，TS and VS characteristics

1.4 实验方法

以2 L(Φ136 mm×260 mm)圆柱形玻璃瓶作为厌氧消化反应器，所有反应器的有机负荷率(OLR)由1.57 g VS/(L·d)提高至9.45 g VS/(L·d)。将原始餐厨垃圾与100 g ZVI一起添加到反应器(R1)中，对照反应器(C1)中仅添加原始餐厨垃圾。将热预处理餐厨垃圾与100 g ZVI添加到反应器(R2)中，对照反应器(C2)仅加入热预处理的餐厨垃圾。……