温度及时间对污泥和餐厨垃圾保存特性的影响

云娇

山东十方环保能源股份有限公司山东济南250101

摘要：现阶段，随着社会的发展，我国的科学技术的发展也突飞猛进。污泥和餐厨垃圾是市政固体废物的主要成分，如何处理污泥和餐厨垃圾已成为国内外的研究热点。随着我国污水处理厂的不断扩建以及污水处理量的提高，污泥产量也在不断增加，预计到2020年污泥产量将突破6000万t(以含水率80%计)，污泥中存在重金属、药物、病原菌等有毒有害物质，必须对其进行无害化和稳定化的处理处置，以免对环境造成二次污染。同时，餐厨垃圾随着城市人口的增加，其产量也在与日俱增，例如上海、北京等大城市的餐厨垃圾日产量高达1100～1200t，且呈上升趋势，餐厨垃圾有机物含量丰富、水分含量高、易腐烂，其性状和气味都会对环境卫生造成恶劣影响。

关键词：温度及时间；污泥和餐厨垃圾；保存特性；影响

引言

为确定污泥和餐厨垃圾在不同条件下的保存期限，以夏、冬季取样的污泥和餐厨垃圾为研究对象，考察了其在4、20、和35℃条件下自身理化性质随保存时间的变化情况。通过总糖、总蛋白质、NH3-N、pH和总挥发性脂肪酸(TVFA)等理化指标和乳酸、乙酸等有机酸的变化规律确定其最佳保存期限。结果表明，在污泥保存过程中，总糖、总蛋白质表现为下降趋势，NH3-N和pH则持续上升，整体表现为随着保存温度的升高，总糖、总蛋白质、NH3-N和pH的上升和下降趋势更加明显；餐厨垃圾在各保存条件下均出现明显的变质酸化现象，其中，乳酸为最主要有机酸。冬季和夏季取样污泥在4℃环境中分别可以保存30d和15d；对于餐厨垃圾，冬季取样时可在4℃环境中保存1d，而在其他情况下均达不到理想的保存效果。

1概述

厌氧消化技术已经成为目前主流的餐厨垃圾处理技术，基于该方面的技术研究也非常多，经在中国知网上搜索，餐厨垃圾厌氧消化方面的相关文献约400余篇，其中大部分的研究集中在处理工艺方向及厌氧消化技术参数的选择、对比方面，如HRT、有机负荷、反应温度、产气率等的相关研究。温度控制是餐厨垃圾厌氧消化系统的一个重要环节，但针对于此方面的设计和计算还未有研究，实践经验也不多。温度的有效控制对于整个餐厨垃圾厌氧消化系统的顺利进行非常关键，短时间内温度升降5℃，沼气产量明显下降，波动的幅度过大时，甚至会停止产气，因此在设计餐厨垃圾厌氧消化系统时必须采取一定的温度控制措施，使厌氧系统在恒温下运行，温度变化幅度不超过1~2℃/d。鉴于此，本论文建立了适合餐厨垃圾厌氧消化系统的温度控制设计模型，并通过工程实例进行验证。

2材料与方法

2.1实验材料

实验所用污泥取自上海某污水处理厂浓缩池，静置24h，过1.25mm筛。餐厨垃圾取自上海某高校食堂，先手工分拣出骨头、鱼刺以及饮食器具等杂物，再用食品搅拌机搅碎，以增加样品的均一性。

2.2实验设计

为研究污泥与餐厨垃圾自身特性的变化情况，选取2个比较有代表性的季节进行采样，即微生物最为活跃的夏季和最不活跃的冬季进行采样。虽然采集前的存放时间、存放条件会对餐厨垃圾与污泥性质变化产生影响，但事实上，目前在收集前做不到控温保存。因此，本研究主要关注收集后的保存。由于从采样地点到实验室，路上的时间均不超过5min，故路途运输对基质性质的可能影响可以忽略。采集的样品到实验室后立即经过挑选粉碎等处理后分成3份，用玻璃容器盛装分别放置在4、20、35℃的培养箱中并保持温度恒定，玻璃容器不进行密封，每隔一段时间取样，测定其化学指标以表征其自身特性的变化。

2.3分析方法

总糖用苯酚-硫酸法测定，总蛋白质用BUCHIK-370全自动凯氏定氮仪测定，氨氮的测定方法为纳氏试剂分光光度法，总挥发性脂肪酸(TVFA)用比色法测定，pH采用雷磁pH计测定。挥发性脂肪酸(VFAs)样品测试前经过0.45μm的滤膜过滤，加3%的磷酸酸化，VFAs采用气相色谱法，所用仪器为安捷伦GC7890B。乳酸通过超高效液相色谱仪(AcquityTM，美国Waters)进行测定，样品在测定前经过0.45μm的滤膜过滤，流动相为经过磷酸调节pH为2.7的0.01mol·L−1的NaH2PO4溶液。

3夏季取样餐厨垃圾在不同温度下有机酸变化情况

在餐厨垃圾保存过程中，随着有机物的水解，产酸细菌会将挥发性有机物转化为各种有机酸。其中4℃和20℃时乙醇、丙酸、正丁酸、异戊酸、正戊酸的含量低于检出限，35℃时乙醇、异戊酸、正戊酸的含量低于检出限，因此在图3中未显示。可以看出，乙酸和异丁酸初始浓度(以COD计)已经分别达到5263.01mg·L−1和9764.00mg·L−1，说明餐厨垃圾在保存之前已经出现了较明显的变质酸化现象。对于4℃和20℃保存环境，最主要的挥发酸为乙酸和异丁酸。4℃保存时，乙酸含量整体表现为先上升后下降的趋势，在保存第3天上升至6018.69mg·L−1，随后降低，到第7天浓度为4541.91mg·L−1；异丁酸整体表现为先下降后上升的趋势，在保存前4d异丁酸浓度下降到6012.66mg·L−1，随后出现回升，到观察期末(第7天)浓度为6131.56mg·L−1。对于20℃保存环境，乙酸和异丁酸在前3d均表现为下降趋势，乙酸浓度在第3天下降至1539.40mg·L−1，而异丁酸已检测不到，第4天时乙酸含量出现回升并在接下来的保存中整体表现为上升趋势。35℃环境中保存的餐厨垃圾挥发酸种类最为复杂，有乙酸、丙酸、异丁酸和正丁酸，其中最主要为乙酸。在保存前3d乙酸浓度出现下降，下降至2488.72mg·L−1，随后的4~6d出现回升，但在第7天时出现大幅下降，浓度仅为976.83mg·L−1；异丁酸除采样当天及第2天检测到少量外，其余时间均未检出；正丁酸和丙酸分别在第6天和第7天时出现，其中正丁酸在第7天时浓度出现大幅上升，达到27458.08mg·L−1，说明餐厨垃圾35℃保存后期最主要有机酸为正丁酸。不同季节取样对理化性质的影响非常明显，无论污泥或餐厨垃圾，夏季取样的理化性质变化均明显快于冬季，这是因为，虽然样品从样地(污水处理厂或食堂)取回后马上置于实验室设定温度条件下保存，但在取样之前，污泥或餐厨垃圾都会暴露在环境中一段时间，由于夏季所处的温度较高，各种微生物种类数量较多、活性较强，致使有机质分解迅速，因此，基质在夏季的理化性质变化也较冬季明显。对于同种基质，不同季节取样在不同温度下保存。在35℃保存条件下，夏季与冬季取样差距较小，这是因为，35℃保存条件下微生物很活跃，有机物降解迅速，基质理化性质变化很快；在4℃保存条件下，夏季与冬季取样区别较大，说明采样前温度环境对基质的影响也很大。由此可知，污泥与餐厨垃圾的保存条件对其后续的使用效果至关重要，保存时间过长或温度不适会导致污泥与餐厨垃圾中的总糖、总蛋白质等有机物被大量降解，pH也与保存之前有较大差异，若继续进行后续的资源化利用如厌氧发酵等将对实验效果产生较大影响。

结语

1)无论冬季还是夏季取样，35℃条件下保存的污泥或餐厨垃圾理化性质变化最为强烈，20℃次之，4℃变化最为缓慢。2)在各温度条件下，夏季与冬季所取样品的降解程度没有太大差异，只是开始明显降解的时间不同，通常夏季早于冬季。3)冬季取样的污泥在4℃环境中可以保存30d，夏季取样的污泥在4℃环境中可以保存15d，20℃和35℃环境对于污泥保存效果不佳。4)对于餐厨垃圾，只有在冬季取样时，可在4℃环境中保存1d，而其他情况，餐厨垃圾均发生了明显的变质酸化现象，其中乳酸为最主要有机酸。

参考文献

［1］戴晓虎.我国城镇污泥处理处置现状及思考[J].给水排水,2012,38(2):1-5.

［2］马磊,王德汉,谢锡龙,等.餐厨垃圾的高温厌氧消化处理研究[J].环境工程学报,2009,3(8):1509-1512.