pH调节方法对厨余垃圾两相厌氧消化中水解和酸化过程的影响
pH对餐厨垃圾厌氧发酵产氢过程的影响
pH对餐厨垃圾厌氧发酵产氢过程的影响摘要:餐厨垃圾的主要处置方式有焚烧、填埋、饲料化和生物处理技术。
焚烧、填埋餐厨垃圾会导致大量有机物的浪费，同时还会因燃烧不充分而产生二噁英等，造成环境的二次污染。
许多国家和地区（如美国、欧盟、韩国和日本等）已经严禁将餐厨垃圾进行填埋和焚烧处置。
另外，饲料化技术处理餐厨垃圾很难保证将餐厨垃圾中的动物源成分彻底转化，可能导致蛋白同源性污染问题。
因此，生物处理技术是现阶段处理餐厨垃圾的主流工艺。
关键词：pH；餐厨垃圾；厌氧发酵；产氢过程；影响1材料与方法1.1材料来源及基本特性接种物取自湘潭市河西污水处理厂二沉池的剩余污泥，将取回的污泥于常温下静置分层60min，弃去上层清液后置于4℃冰箱中保存备用，作为天然产氢菌源；底物取自长沙市联合餐厨垃圾处理厂经高温蒸煮的餐厨垃圾（可认为无菌），在室温下冷却后，置于4℃冰箱中保存备用。
1.2试验方法1.2.1试验装置及仪器采用有效容积为100mL的厌氧发酵瓶作为反应容器；通过恒温磁力搅拌水浴锅控制厌氧反应温度，保持在37℃，同时加入B310磁力转子，调节转速120r·min-1，底物与接种物质量比为4∶1，总质量为60g，用氮气吹脱3min保持发酵体系的厌氧环境。
1.2.2测定方法气相组分由气相色谱仪（GC-9790，浙江福立分析仪器有限公司）测定，采用热导检测器（TCD），色谱柱为1m×3mm的TDX-01，进样器温度为120℃，检测器温度为120℃，柱温为80℃，以高纯氩气为载气，流量为30mL·min-1。
采用外标法定量分析气体中各组分的含量，所产生的气体采用排水法收集和计量。
发酵液组分采用安捷伦1200InfinityLC液相色谱仪测定，以10mmol·L-1磷酸二氢钠溶液和甲醇溶液混合（体积比78∶22）作为流动相，检测器为二极管阵列，XDB-C18色谱柱规格为150mm×4.6mm×5µm，波长为210nm，流速为1.00mL·min-1，柱温为30℃，进样量为10μL。
pH对米根霉发酵厨余垃圾生产L-乳酸的影响
pH对米根霉发酵厨余垃圾生产L-乳酸的影响周群;盛莉【摘要】为了强化厨余垃圾发酵L-乳酸的产量和光学纯度,研究了pH对米根霉AS3.819发酵厨余垃圾生产乳酸及其光学特性的影响.结果表明,在中温条件下(34℃),米根霉生长的最适pH为7,最适发酵条件为8.用米根霉发酵非灭菌的厨余垃圾生产乳酸,发酵液中还原糖浓度低,且呈先升高,后下降到最低的趋势.pH调节到近中性和偏碱性(pH6、7、8)的各组还原糖浓度高于偏酸性组(pH 5和对照组).控制pH为8时,总乳酸产生速率达1g/(L·h),L-乳酸是主要的异构体形式,L-乳酸在总乳酸中的比例在整个发酵时间段内都保持在0.75以上,L-乳酸浓度最高达到59.8 g/L,L-乳酸光学纯度可达到0.99.控制pH为8时,可以同时获得高的乳酸产量和光学纯度.【期刊名称】《生物技术通报》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】5页(P176-180)【关键词】厨余垃圾;米根霉;AS3.819;还原糖;L-乳酸;光学纯度【作者】周群;盛莉【作者单位】上海理工大学实验室管理与服务中心,上海200093;上海理工大学实验室管理与服务中心,上海200093【正文语种】中文厨余垃圾是居民在生活消费过程中形成的一种生活废物，仅上海市每天的产生量就达1 300余 t。
厨房垃圾主要包括米和面粉类食物残余、蔬菜、植物油、动物油、肉骨、鱼刺等，从化学组分来分，有淀粉、纤维素、蛋白质、脂类、和无机盐等。
与其它垃圾相比，厨余垃圾含水量高，不适于焚烧处理，且易腐败发臭，因此急需处理厨房垃圾的新技术［1-3］。
1999年日本学者Shirai［4］提出了一种实现厨房垃圾减量化、无害化和资源化的新途径，即通过发酵厨房垃圾生产乳酸，进而可以合成聚乳酸这种可生物降解性塑料［5］。
不仅可以解决厨余垃圾的资源化问题，还有利于可生物降解塑料早日取代通用塑料，有望解决困扰人类多年的白色污染难题。
pH对餐厨垃圾厌氧发酵产氢过程的影响
生态环境学报 2017, 26(4): 687-692 Ecology and Environmental Sciences E-mail: editor@基金项目：湖南省自然科学基金项目（13JJ202431270546）作者简介：袁雨珍（1987年生），女，硕士，研究方向为固体废物资源化利用新技术。
E-mail: msyzyuan@*通信作者：肖利平，副教授。
E-mail: 75601003@收稿日期：2016-12-06pH 对餐厨垃圾厌氧发酵产氢过程的影响袁雨珍1, 2，肖利平1*，刘传平2，窦飞21. 湘潭大学环境工程系，湖南 湘潭 411105；2. 广东省生态环境技术研究所//广东省农业环境综合治理重点实验室，广东 广州 510650摘要：餐厨垃圾具有含水率高、有机物含量高、易腐败等特点，若处理不当，必然造成资源浪费和环境污染。
餐厨垃圾减量化、无害化、资源化处理是环境科学领域近年来关注的热点与难点。
为解决餐厨垃圾的减量化问题，同时产生清洁能源——氢气，利用自制小型序批式厌氧发酵产氢反应装置，以蒸煮餐厨垃圾为发酵底物，接种污水处理厂剩余污泥进行厌氧发酵产氢，在底物与接种物质量比为4∶1，温度为37 ℃的条件下，研究pH 对蒸煮餐厨垃圾厌氧发酵产氢的影响。
结果表明，厌氧发酵底物中乙酸和丁酸是挥发性酸（VFA ）中主要的组成部分，占总挥发性酸的80%以上，同时含有少量的丙酸，属于典型的丁酸型发酵。
初始pH 为9.0时，厌氧发酵效果最佳，累积产气量和产氢量最大，分别为748 mL 和371 mL ；在整个厌氧发酵过程中氢气的体积分数最高可达80.5%，平均产氢速率为10.31 mL·h -1，单位产氢量（以VS 计）为72.9 mL·g -1，总固体（TS ）和挥发性固体（VS ）的去除率分别高达26.6%和34.4%；脱氢酶的活性呈现出先增强后减弱的趋势，产氢速率与脱氢酶的活性呈正相关；发酵反应进行到16 h 时，脱氢酶的活性最好，此时产氢速率最大，为19.2 mL·h -1。
pH对厨余垃圾发酵产酸特性影响的研究
( 结果与讨论
(’& 不同 "- 条件下 0I5 的变化规律 采用一次投料批量运行方式"对 "- 值分别为 %% *%P%&& 等条件下 0I5 浓度随发酵时间的变化进行 了为期近一个月的连续测定" 所得的结果示于图 &) 由图可见对于不同的 "- 值" 反应器中 0I5 的浓度 都先是快速增加"最后增加缓慢并且趋于稳定) 表 & 为从实验结果计算出的不同 "- 值条件下 稳定运行时 0I5 的产量及酸化率 " 可以看出 " 当 "值为 * 时 "0I5 产量和酸化率最大 " 分别为 $%’&AA Q0I5 , K=& 和 & AP2’L BQ0I5 , Q=&./)
第 !" 卷第 !期
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学Hale Waihona Puke 报8//的增长! 而丙酸性发酵细菌易于在碱性的环境中生 长!从而表现为不同的发酵类型" 通过分析!可以得出以下结论!不同种群有着不 同的最佳生长环境! 在一个稳定的生境中!当某一种 群的最适生长环境与生境相近时!此种群就成为优势 种群" 因此!在实际应用中!应利用微生物生长适宜的 环境条件!人为创造有利环境! 促使所需种群处于优 势地位" "#$ 不同 %& 条件下 ’( 的去除率及蛋白质的降解 蛋白质的降解情况用反应器中上清液所含氨氮 的浓度来估算 #因为气体中所含的氨气的浓度很低! 可以忽略不计$% 由图 ! 可知!在不同的 %& 条件下! 氨氮的浓度随着反应时间的增加呈现出上升趋势!但 在 %& 值为 ) 时氨氮的浓度远高于其他三种 %& 值条 件" 这一现象反映出蛋白质降解缓慢!随着反应时间 的加长!蛋白质的降解率提高! 并且蛋白质适合于在 %& 为中性的范围内降解"
pH值对餐厨垃圾厌氧发酵产挥发性脂肪酸的影响
pH值对餐厨垃圾厌氧发酵产挥发性脂肪酸的影响张玉静;蒋建国;王佳明【摘要】Under mesophilic conditions(35 °C), batch experiments were carried out to determine the effect of pH value on volatile fatty acid(VFA) concentration and composition during anaerobic acidogenesis of kitchen wastes. The pH value was uncontrolled in one reactor and controlled at 5.0,6.0,7.0 in other reactors. The results showed that the greatest degree of hydrolysis and acidogenesis was obtained and more organic acid was produced when the pH value was controlled at 6.0. When the pH value was controlled at 6.0, the maximum VFA concentration and yields of 40.89g/L and 0.328gVFA/gVS was obtained in the 68th hour, and was 8 times of that when the pH value was not controlled. The product composition in the acid reactor strongly depended on the pH value. The pH value of the uncontrolled reactor dropped from 6.6 to 3.8 quickly within 24 hours. Ethanol was the main product, accounted for 59.8% of total end products. So the typical ethanol-type fermentation occurred when the pH value was not controlled. It was butyric acid-type fermentation when the pH value was controlled at 5.0, 6.0 and 7.0. Acetic acid was main product at pH 5.0, butyric acid was dominant at pH 6.0, proportion of acetic acid and butyric acid was similar to each other at pH 7.0. The optimum pH value of hydrolysis and acidogenesis of kitchen wastes was 6.0.%通过间歇实验研究了中温条件下pH值对餐厨垃圾厌氧发酵产挥发性脂肪酸(VFA)的影响.考察了pH值为5.0、6.0、7.0及不控制pH值下的有机酸浓度及组成情况.结果表明,当控制反应器中pH值为6.0时,餐厨垃圾水解酸化效果最好,比其他pH值条件下产生更多的有机酸.pH值为6.0时,VFA浓度与单位VS产酸量在第68h达到最大值分别为40.89g/L和0.328gVFA/gVS,是不控制pH值时的8倍.pH值对发酵产物组成影响显著.不控制pH值时,反应器内的pH值在241h内由6.6迅速下降到3.8,乙醇为主要的发酵产物,占59.8％,表现为典型的乙醇型发酵.当控制pH值为5.0、6.0、7.0时,均为丁酸型发酵.但pH值为5.0时,乙酸为主要产物；pH值为6.0时,丁酸为主要产物；pH值为7.0时,乙酸与丁酸比例相当.试验表明,餐厨垃圾厌氧发酵产酸的最佳pH值为6.0.【期刊名称】《中国环境科学》【年(卷),期】2013(033)004【总页数】5页(P680-684)【关键词】酸化;VFA;餐厨垃圾;pH值【作者】张玉静;蒋建国;王佳明【作者单位】清华大学环境学院,北京100084【正文语种】中文【中图分类】X705餐厨垃圾在我国城市生活垃圾中占有较大的比重,达到 40%～60%[1],且随着社会的发展,餐厨垃圾的产量也逐年增加[2].餐厨垃圾具有含水率高、有机物含量高、容易腐败等特点,如处理不当,必然造成资源的浪费和环境的污染.因此,如何对餐厨垃圾进行减量化、无害化、资源化处理已成为普遍关注的问题[3-5].采用厌氧消化技术处理餐厨垃圾,既可以实现餐厨垃圾的减量化,也能够实现资源的回收,逐渐受到国内外研究者的青睐.厌氧消化一般包括水解发酵、产氢产乙酸、产甲烷 3个阶段.在水解发酵阶段,不溶性的大分子有机物首先被转化为能被细菌所利用的小分子有机物,之后在发酵细菌的作用下,转化为长链脂肪酸、糖类、氨基酸等物质,最终形成以短链挥发性有机酸(乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸等)、乙醇为主的末端发酵产物[6].餐厨垃圾发酵过程产生的VFA可以用作污水处理工艺中脱氮除磷的碳源[7-8].同时,在发酵产酸阶段也可能产生大量氢气[9-10],实现了资源的回收. 水解酸化产物及其组成受各种因素影响.pH值作为一个重要的环境因素,不仅能够影响微生物酶的活性,也能够决定挥发酸的存在形态,研究表明[11-13],pH值是影响发酵产物组成的重要因素,但所采用的并非餐厨垃圾.有学者[14-16]通过对餐厨垃圾进行厌氧发酵发现,pH值对VFA浓度及组分有影响,但所采用的实验装置均为锥形瓶,且通常是间隔12h或24h进行pH值的人工调节.何品晶等[17]发现,餐厨垃圾酸化极易实现,在 pH值不控制条件下,发酵液的pH 值迅速下降到4.0以下.这必然会造成对产酸菌的抑制,从而抑制VFA的产生.可见,有必要对反应器内的pH值实时连续调控,以保证反应器内 pH值的稳定,从而促进VFA的高效产出.因此,本研究采用自动化程度较高的实验装置,通过实时连续控制反应器内pH值,研究pH值对餐厨垃圾厌氧发酵过程中VFA浓度及组成的影响,从而寻求餐厨垃圾发酵产酸的最适pH值.1 材料与方法1.1 实验材料实验所用餐厨垃圾为自行配制,主要成分为米饭、白菜、猪肉与豆腐,质量分数分别为35%、45%、16%和4%.4种组分经混合后,放入食物搅拌机搅碎,之后储存于4℃冰箱中待用.试验时,用自来水将餐厨垃圾稀释至总固体浓度(TS)为 16.1%.稀释后餐厨垃圾的 VS为15.8%,C/N 为 13.4,溶解性化学需氧量(SCOD)为 64.20g/L,挥发性脂肪酸(VFA)浓度为718mg/L,pH值为4.42.接种污泥取自北京高碑店污水处理厂厌氧消化污泥,经自然存放 3d后倒出上清液使用.污泥TS为4.5%,VS为2.2%,C/N为8.5,SCOD为1775mg/L,pH值为6.34.1.2 实验装置与实验方法实验装置为高硼硅玻璃制成,有效容积为4.5L,高径比为 2.2:1,见图 1.将 3L 餐厨垃圾与800mL接种污泥混合倒入反应器中进行批式发酵.温度通过传感器控制在(35.0±1.0)℃,搅拌由可编程逻辑控制器(PLC)控制在200r/min,实时监测反应器内氧化还原电位(ORP).通过传感器实时加入 HCl(5mol/L)和 NaOH(5mol/L),将 3个反应器的pH值分别控制在5.0、6.0、7.0,另外一个反应器不控制 pH值.将物料加入反应器中,用高纯氮气吹脱1min以驱除反应器内的空气.实验过程中,每隔24h用蠕动泵取样,直到水解酸化过程达到稳定状态,即水解酸化液中VFA浓度变化幅度在5%以内.图1 实验装置示意Fig.1 Schematic diagram of anaerobic fermentation1.3 分析方法TS、VS采用重量法[18]测定,ORP采用梅特勒pt4805-DPAS-Sc-K8S/225测定,C/N采用EAI公司 CE-440型快速元素分析仪测定,SCOD、VFA、乙醇等经过预处理后测定.预处理方法为将样品以 15000r/min离心 15min,上清液采用0.45μm 过滤.其中 SCOD 以重铬酸钾法[14]测定,VFA(乙酸、丁酸、异丁酸、丁酸、异戊酸、戊酸)和乙醇采用气相色谱法测定.所用仪器为岛津GC-2010plus,测试条件为进样口温度220℃,检测器温度250℃,不分流进样,柱子为毛细管柱stabliwax-DA,柱温由60℃以7℃/min的速率升到150℃,保持5min,之后以20℃/min速率升高到230℃,保持 10min.2 结果与讨论2.1 VFA浓度随pH值的变化由图 2可以看出,随着发酵时间的延长,各处理VFA浓度均为先迅速增加后逐步趋于平稳.从总量上看(表1),pH值为6.0时VFA浓度及单位VS(反应器初始VS)产酸量最多,在第68h达到最大值,分别为 40.89g VFA/L和 0.328g VFA/gVS,明显高于其他报道中的 VFA浓度[14,19-20],这可能是由于本实验所采用的自配垃圾,在成分上与实际餐厨垃圾有所区别,更易发酵产生 VFA,也可能是由于接种污泥的活性更高,接种比例更为合适.pH值为5.0、6.0、7.0时,发酵液中VFA浓度均比不控制pH 值时大,说明控制pH值能够显著提高发酵液的VFA浓度.尤其在pH值为6.0时,其最高VFA浓度是不控制pH值的8倍.图2 不同pH值下VFA浓度随时间的变化Fig.2 Variation of VFA concentrations at different pH value在发酵后期,pH值为6.0与7.0两种条件下水解液VFA浓度比较接近,均为37g/L 左右.但在发酵前期,即第68h以前,pH值为6.0的产酸速率明显高于pH7.0时,这是因为pH值为7.0时,更易于产甲烷菌的生长,不利于 VFA 的积累.从工程角度分析,控制 pH值为 7.0需要消耗更多的NaOH,从而增加运行成本.因此,从VFA产量及经济效益等角度考虑,控制pH值为6.0更适合实际应用.不控制pH值、控制pH 值为5.0、6.0、7.0情况下,乙醇浓度分别为7.60,2.38,1.61,5.27g/L.VFA是由厌氧产酸细菌在代谢过程中所产生的,而 pH值则通过影响产酸细菌的代谢过程间接的影响VFA浓度.在较低pH值下,非离子态的有机酸会抑制产酸菌的活性,从而抑制VFA的产生[21].表1 不同pH值下最大VFA浓度及产酸量Table 1 Maximum VFA concentration and yield at different pH valuepH值浓度(gVFA/L)单位VS产酸量(gVFA/gVS)不控制 5.26 0.0425.0 17.66 0.1426.0 40.89 0.3287.0 38.09 0.3052.2 VFA组成随pH值的变化根据末端代谢产物的组成可将厌氧产酸过程分为不同的发酵类型,主要包括乙醇型发酵、丁酸型发酵、丙酸型发酵和混合酸发酵.不同发酵类型主要是由厌氧发酵系统中优势菌群决定.厌氧发酵系统中存在多种微生物,由于每种微生物对外界环境(pH值、温度、ORP)的耐受性不同,因而在特定环境条件下,某些微生物会成为优势菌群,造成特定产物的大量产生.如乙醇型发酵菌群在 pH值<5.0时生长良好,因而发酵液中存在较多的乙醇.表2显示了稳定运行时不同pH值下发酵产物的组成.在不添加NaOH时,发酵液中pH值能够下降到 3.3,此时,乙醇比例最高,达 59.8%,其次是乙酸,为26.7%,为典型的乙醇型发酵.这与其他文献的报道一致[22],即在 pH值<4.5,更易产生乙醇.当pH 值为5.0时,乙酸为主要成分,占53.3%,其次是丁酸,占26.9%.pH值为6.0时,丁酸比例为50.9%,是最主要的产物,乙酸次之为26.5%.pH值为 7.0时,乙酸占 38.5%,其次是丁酸占 29.4%,在pH值为5.0、6.0、7.0时,主要产物均是乙酸与丁酸,两者之和均在 70.0%以上,可以认为都是丁酸型发酵.以上结果表明,pH值能够很大程度上影响发酵液中各有机酸组分的含量,是影响餐厨垃圾发酵类型的一个重要因素. 表2 不同pH值下VFA的组成Table 2 VFA composition at different pH valuepH值乙酸(%)丙酸(%)丁酸(%)戊酸(%)乙醇(%)不控制 26.7 1.3 12.2 0.0 59.85.0 53.3 7.7 26.9 0.1 12.06.0 26.5 13.3 50.9 5.4 3.97.0 29.4 16.9 38.5 2.9 12.5发酵产物的组成直接影响其后续利用的效果.厌氧产酸末端产物富含短链的有机酸和乙醇,可以用作废水处理过程中脱氮除磷的碳源.在脱氮除磷过程中,酸的利用顺序为乙酸>丁酸>戊酸>丙酸[23].在pH值为6.0时,VFA总量最高,达到40.89g/L,且为典型的丁酸型发酵,脱氮除磷效率较高的乙酸与丁酸比例很大,有利于脱氮除磷过程的实现.因此,从发酵产物方面来说,pH值为6.0是餐厨垃圾厌氧发酵产酸的最佳pH值.图3 pH值为6.0时有机酸组成Fig.3 VFA composition at pH 6.0乙酸丙酸丁酸戊酸pH值为6.0时,水解液中有机酸组成及各种有机酸随发酵时间的变化见图 3.随着发酵时间的延长,乙酸比例逐渐减少,最后趋于平稳,在第20,44,116h,乙酸所占比例分别为 42.0%、38.9%和 24.6%.丙酸在第 2d迅速增长,之后变化不大,至稳定时占总VFA的比例为12.6%～13.8%.丁酸比例一直比较稳定,维持在 54.0%左右.戊酸出现最晚,在第66h才被检测出来,随后比例逐渐增大,最后达到9.5%.在pH值为6.0的条件下,乙酸、丁酸出现最早,其次是丙酸,最后是戊酸.乙酸与丁酸比例最多,为典型的丁酸型发酵.3 结论3.1 pH值对厌氧发酵液中VFA浓度影响显著.在pH值为6.0时,发酵液中VFA浓度及单位VS产酸量最大,达到40.89g/L和0.328gVFA/gVS,是不控制pH值时的8倍. pH值为7.0时,反应平稳阶段VFA浓度与pH值为6.0时接近,为37.00g/L 左右,但在反应前期产酸速率明显更低.3.2 pH值对厌氧产酸末端产物的组成影响显著.不控制pH值时,主要成分为乙醇,占所有发酵产物的 59.8%,为典型的乙醇型发酵.随着 pH值的升高,乙醇比例降低,乙酸与丁酸的比例升高.pH值为 5.0,6.0,7.0时,乙酸与丁酸之和均占70.0%以上,为丁酸型发酵.3.3 控制反应器内pH值为 6.0时,餐厨垃圾发酵液中VFA浓度最大,且脱氮除磷效率较高的乙酸与丁酸较多,为批式实验下餐厨垃圾厌氧水解产酸的最佳pH值.参考文献：[1]王向会,李广魏,孟虹,等.国内外餐厨垃圾处理状况概述 [J].环境卫生工程, 2005,13(2):41-44.[2]崔亚伟,陈金发.厨余垃圾的资源化现状及前景展望 [J]. 中国资源综合利用,2006,24(10):31-32.[3]Komemoto K, Lim Y G, Nagao N, et al .Effect of temperature on VFA’s and biogas production in anaerobic solubilization of food waste [J]. 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Enzyme and Microbial Technology, 2007,41(1,2):92–97.。
pH值对厨余垃圾厌氧发酵产酸性能的影响
工 业在 线 ｐ Ｈ计 进行 调控 。
２ 结 果 与 分பைடு நூலகம்析
氨氮 产率分别 为 ７ ． ３ ８、 ６ ． ４ ３ 、 ５ ． ２ ５ ｍｇ ／ ｇ Ｖ Ｓ 矧。 可以看 出 ， 在 ｐ Ｈ ＝ １ ０时氨氮 产 率最低 。
束时 达 到 稳 定 状 态 浓 度 分 别 为 １ ４ ７ ． ６ 、 １ ２ ８ ． ７ 、 １ ０ ５ ． ０ ｍ ＣＬ， 其
采用 了机械 方 式进行 搅拌 ， 搅 拌速 度控 制在 ８ ０ ｄ ｍｉ ｎ 。 厨 余 垃圾 的底物 浓度 为 ２ ０ ｇ Ｖ Ｓ ／ Ｌ ， 接种 污泥 浓 度 为 １ ０ ｇ Ｖ Ｓ ／ Ｌ 。
约生产 成 本 。
２ ． ２ 氨 氮 和 正 磷 酸 盐 溶 出 情 况
机 玻璃 制成 。
１ ． ２ 试验 设计
由图 ２可 知 ， 氨氮 的浓度 随着 发 酵时 间 的增 加 而增 加 。 不控 制 ｐ Ｈ值时， 试 验 开始 的初 期 ， 其 氨氮 浓 度 就从 初 始 浓 度 ２ ８ ｍｇ ／ Ｌ增 加 到 １ ６ ６ ． ４ ｍｇ ／ Ｌ。 随 着 厌 氧 发 酵 阶 段 的 进 行， 不控 制 ｐ Ｈ值 发酵 系统 内 的氨 氮浓 度 随着 时 间而继 续 增 加， 在 试验 结 束 末期达 到 了 １ ９ ５ ． ７ ｍ＃ Ｌ， 即 氨氮 产 率 为 ９ ． ７ ８ ５ ｍｇ ／ ｇ ＶＳ 。 而在 ｐ Ｈ值 为 ５ 、 ７ 、 １ ０条 件 下 ， 氨 氮浓 度在 试 验 结
pH值对厨余垃圾厌氧发酵产酸的影响
pH值对厨余垃圾厌氧发酵产酸的影响摘要：针对利用厨余垃圾厌氧消化合成VFAs产量低及VFAs类型不确定的问题，探究了pH值对于厨余垃圾合成VFAs产量以及组成的影响。
在三个pH值梯度（pH=6，7，8）条件下检测厌氧系统中的SCOD、NIG4+-N、VFAs的产量及组分。
结果表明，调整pH可以提升厨余垃圾厌氧发酵产VFAs的总量并定向改变有机酸的组成。
反应pH值控制在中性条件pH=7时，VFAs产量优于pH值为弱酸性和弱碱性条件（pH=6，7，8）的情况，产量可提升3.02％-54.80％，其中中性条件对丙酸含量提升较为明显。
关键词：厨余垃圾；厌氧发酵；挥发性脂肪酸(VFAs)：pH值前言：随着垃圾分类的逐步实施，生活垃圾中厨余垃圾的比重逐渐上升，已经可以达到总产量的40%-50%。
因其具有含水率高、有机质含量丰富等特点，通过填埋和焚烧等方式进行处理，会造成渗滤液外溢、焚烧热值低等问题，增加处理成本。
将厨余垃圾通过厌氧发酵的方式合成具有使用价值的产物如挥发性脂肪酸，不仅是一种新的垃圾处理资源化手段，同时也能很好地解决相关问题。
本文将利用单因素实验，设置不同的pH值进行厌氧反应，并对该过程中有机质水解效果和产酸效果进行分析。
1材料与方法1.1实验材料表1原料性质样品厨余垃圾厌氧污泥TS/%11.74±0.27 6.84±0.40VS/%9.34±0.48 5.42±0.22C/N24.56±1.38 5.13±0.01针对我国某大学食堂后厨产生的厨余垃圾成分进行分析，选取白菜、土豆、胡萝卜和绿甘蓝模拟厨余垃圾进行厌氧发酵实验。
厌氧颗粒污泥取自山东某柠檬酸厂污水处理过程中的IC厌氧反应器。
厨余垃圾破碎后适当脱水，和厌氧污泥一起置于4℃冰箱中冷藏保存。
厌氧污泥在接种前以相对应的反应温度条件、转速条件100r/min驯化培养3天，去除其中的微生物可利用有机质并用作接种污泥。
pH值对剩余污泥水解酸化溶出物的影响
数值 47 5 223 0. 009 22
检测方法 5B －1 型 COD 测定仪
酸消解法
Multi TOC / TN 3000
项目 ρ（ NH4+ -N） / （ mg·L － 1 ） ρ（ PO34 － -P） / （ mg·L － 1 ）
关键词： 水解酸化； pH 值； 可溶性有机物； 挥发性有机酸； 剩余污泥减量
中图分类号： X 703. 1
文献标志码： A
文章编号： 0254 － 0037（ 2011） 01 － 0139 － 07
水体富营养化问题日益突出，世界各国对污水处理厂的氮磷排放标准也日益严格． 在污水生物反硝 化脱氮过程中需要消耗大量的可溶性有机物（ SCOD） ，在强化生物除磷过程中需要消耗大量的挥发性脂 肪酸（ VFAs） ． 然而，实际污水处理过程常常由于 SCOD 不足而造成脱氮除磷效率低下，尤其是我国南方 一些城市污水处理厂这种情况更为严重． 当投加外碳源时，如甲醇、乙醇等，可以提高出水水质，但增加了 处理成本． 近年来，污泥水解酸化产物作为补充碳源被越来越多地关注． 众多研究发现，污泥水解酸化过 程中会产生大量的 SCOD 和 VFAs，可以作为脱氮除磷的碳源［1-2］． Cecchi 等［3］对生活垃圾中可生物降解 部分进行发酵时发现，产酸阶段的产物可以作为强化生物营养物去除（ BNR） 工艺的碳源，并且还具有经 济优势． 一 些 污 水 处 理 厂 已 经 采 用 水 解 酸 化 初 沉 污 泥 的 方 法 为 BNR 提 供 易 生 物 利 用 的 有 机 物 （ RBCOD） ［4］．
2. 3 pH 值对氮溶出的影响
污泥水解酸化过程中不仅有 SCOD、VFAs 等有机物质溶出，同时也伴随着氮的释放，实验发现，氮质 量浓度受反应时间和 pH 值影响较大，如图 4 所示．
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环 境 科 学 学 报 Acta Scientiae Circum stantiae
Vol. 26, No. 1 Jan. , 2006
张 波 ,蔡伟民 ,何品晶. 2006. pH调节方法对厨余垃圾两相厌氧消化中水解和酸化过程的影响 [ J ]. 环境科学学报 , 26 (1) : 45 - 49 Zhang B , Cai W M , He P J. 2006. The influence of pH adjustment methods on hydrolysis and acidogenesis of kitchen wastes in two - phase anaerobic di2 gestion [ J ]. Acta Scientiae Circum stantiae, 26 ( 1) : 45 - 49
/ ( g·L - 1 )
53. 1
12. 5% 总凯氮 / ( g·L - 1 )
3. 33
9. 6% NH4+ 2N
/ (mg·L - 1 ) < 10
9 )
182. 5
3. 6 可溶性的 P / (mg·L - 1 )
172. 4
46. 8%
11. 8
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环 境 科 学 学 报
26卷
会被引入反应器. 在两相厌氧消化过程中 ,水解酸 化后的出料液是后续产甲烷过程的基质 ,有研究表 明 ,浓度超过 8 g·L - 1以上的 Na+就会影响产甲烷微 生物 的 活 性 并 且 干 扰 它 们 的 代 谢 ( Chen et a l. , 2003; Feijoo et a l. , 1995). 因此 ,对于含有高浓度有 机物的厨余垃圾而言 ,若欲通过调节 pH 提高水解 酸化过程效率 ,必须寻找一个合适的调节方法. 但 迄今为止 ,很少有关于 pH 调节方法对厨余垃圾水 解酸化过程影响的报道. 为了能够提高水解酸化过 程的效率 ,而又能避免高浓度阳离子进入后续产甲 烷过程 ,保证厨余垃圾两相厌氧消化处理过程的稳 定性和高效性 ,本文研究了 3 种 pH 调节方法对厨 余垃圾水解酸化后出料液中 Na+ 浓度 、水解酸化效 率以及水解酸化产物分配的影响 ,以期为厨余垃圾
摘要 :通过间歇实验探讨了 pH调节方法对厨余垃圾两相厌氧消化中水解酸化过程和水解酸化液中 Na +浓度的影响. 实验比较了厨余垃圾在 3 种 pH调节方法 (利用 NaOH溶液调节初始进料 pH到 7,利用 NaOH 和 Ca (OH) 2混合碱液每 12h调节 pH 到 7 和利用调节 C /N 比调节 pH 到 7)下水解酸化液中的 Na +浓度 、一级水解速率常数 、挥发酸 (VFA )浓度 、乳酸浓度和 VFA 组分分配. 结果表明 ,与利用 NaOH 溶液每 12 h调节 pH相比较 , 3种 pH调节方法都能够有效降低水解酸化出料液中的 Na +浓度 ,但利用调节 C /N 比来调节 pH能够取得更高的水解酸化效率 ,一 级水解速率常数可以达到 0. 199 d - 1 , VFA 浓度在实验第 3天即可达到 35 g·L - 1. 发酵产物乳酸在实验第 2天即达到高峰浓度 24 g·L - 1 ,后逐 渐下降到 6 g·L - 1 , VFA 组分中丙酸不是优势组分. 关键词 :厌氧 ;水解 ;酸化 ; pH调节 ;厨余垃圾
表 1 厨余垃圾的特性 Table 1 Samp ling components of kitchen wastes
颗粒尺寸
V FA
可溶性的 TOC
COD
TS
VS
SS
V SS
pH
TOC
/mm
/ ( g·L - 1 )
/ ( g·L - 1 )
/ ( g·L - 1 )
<2
12. 9%
可溶性的 COD
正磷酸盐
/ (mg·L - 1 )
104. 8
166. 5 C /N / P 100∶2∶0. 11
注 : TS、VS为单位质量湿垃圾中的质量百分比 ; TOC为垃圾干固体中的质量百分比
112 试验条件和操作 实验在 35℃恒温水浴摇床中进行. 量取大约
300 mL厨余垃圾放置在 500 mL 锥形瓶中 ,锥形瓶 用带有出气孔的橡胶塞密闭. 选择 3 种 pH 调节方 法 ,第 1种方法是在实验初始阶段投加质量百分比 为 5%的 NaOH 溶液来调节反应器中的 pH 到 7,之 后不再加入碱液 ; 第 2 种方法是每隔 12 h 加入 1 mo·l L - 1 NaOH 和 1 mol·L - 1 Ca (OH ) 2的混合液 , 调节反应器中的 pH到 7. 第 3种方法通过调节进料 C /N 比调节 pH. 在对 3 种调节方法进行比较之前 , 需要确定第 3种方法的 C /N 比. 中性 pH 条件能够 促进氨氮的释放 ,利用氨氮对 pH 的缓冲作用可调 节反应器中的 pH. 首先投加 015 g、115 g和 3 g尿素 将物 料 的 C /N 比 调 节 至 40、30 和 20, 然 后 利 用 NaOH调节 pH 至 7,根据水解酸化液中 NH4+ 2N 浓 度选择适宜 C /N 比后再与前 2种 pH 调节方法进行 比较. 3种方法在调节 pH 过程中均通入氮气以保持 厌氧状态. 每种方法在调节 pH 之前采样 ,实验进行 第一周内每天取样 ,第二周内每 2天取样 ,整个实验 进行 15 d. 试验过程中跟踪测试 VFA、乳酸和 COD
pH调节方法对厨余垃圾两相厌氧消化中水解和酸化 过程的影响
张 波 1, 2 ,蔡伟民 2 ,何品晶 1, 3
11同济大学 污染控制与资源化研究国家重点实验室 , 上海 200092 21上海交通大学环境科学与工程学院 ,上海 200240 收稿日期 : 2005208208 修回日期 : 2005210226 录用日期 : 2005211216
水解酸化过程选取最佳的 pH调节方法提供参考.
1 材料与方法 (M aterials and methods)
111 厨余垃圾的来源和特性 本试验所用厨余垃圾取自某大学学生食堂 ,主
要包括米饭 、蔬菜 、肉 、蛋 、豆腐 、土豆和盐等. 厨余 垃圾的密度为 1105 kg·L - 1. 新取来的厨余垃圾经过 小型搅碎机粉碎后放入 4℃冰箱保存待用. 厨余垃 圾的主要性质见表 1. 挥发性固体 (VS) 与总固体 ( TS)的比值表明 ,厨余垃圾中有机组分占 9619%以 上 ;悬浮固体 ( SS)与 TS的比值表明 ,厨余垃圾总固 体中 7414%是悬浮颗粒物. 厨余垃圾中 C、N、P的质 量比为 100 ∶2 ∶0111,表明厨余垃圾是高碳氮比复 合物.
ZHANG Bo1, 2 , CA IW eim in2 , HE Pinjing1, 3
1. State Key Laboratory of Pollution Control & Resources Reuse, Tongji University, Shanghai 200092 2. School of Environmental Science & Engineering, Shanghai J iaotong University, Shanghai 200240 Rece ived 8 August 2005; rece ived in revised form 26 October 2005; accepted 16 November 2005
Abstract: Batch experiments were carried out to determ ine the effect of pH adjustment methods on the accumulation of Na + in the effluent, hydrolysis and acidogenesis of kitchen wastes in the two2phase anaerobic digestion. Three pH adjustment methods included the initial adjustment of pH using NaOH, batch pH adjustment using NaOH and Ca (OH) 2 and the pH adjustment with regulating the ratio of carbon and nitrogen. The results showed that the efflu2 ent Na + concentration in the hydrolysis2acidogenesis liquid could be reduced at three pH adjustment methods. However, compared to the other two pH ad2 justment methods, the pH adjustment method with regulating the ratio of carbon and nitrogen increased the hydrolysis and acidogenesis rates of kitchen wastes with the first2order hydrolysis rate constant of 0. 199d - 1 and VFA concentration of 35g·L - 1. The lactic acid concentration decreased to 6g·L - 1 af2 ter the maximum lactic acid concentration of 24 g·L - 1was achieved on the second day of the experiment. And the p rop ionic acid didn’t p redom inate over the VFA constituents. Keywords: anaerobic; hydrolysis; acidogenesis; pH adjustment; kitchen wastes