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．
pH调控方法对剩余污泥厌氧发酵的影响
pH调控方法对剩余污泥厌氧发酵的影响pH调控方法对剩余污泥厌氧发酵的影响引言：剩余污泥是污水处理过程中产生的一种废弃物，其中含有丰富的有机物质和微生物。
在厌氧条件下，剩余污泥可以通过厌氧发酵过程转化成有价值的产物，如沼气和有机肥料。
pH值是影响厌氧发酵过程中微生物活性和产物生成的重要因素之一。
因此，通过调控pH值可以有效地优化厌氧发酵过程，提高产物的产率和质量。
本文将探讨不同的pH调控方法对剩余污泥厌氧发酵的影响。
主体：1. pH调控方法pH调控方法可以分为两类：酸碱调节法和缓冲剂添加法。
酸碱调节法是通过添加酸碱物质来调节发酵体系的pH值。
常用的酸碱物质包括盐酸、磷酸和氢氧化钠等。
这些物质的添加可以直接改变发酵体系中的H+或OH-浓度，从而调节pH值。
缓冲剂添加法是通过添加缓冲剂来稳定发酵体系的pH值。
缓冲剂可以吸收或释放H+离子，以保持发酵体系中的pH值稳定。
常用的缓冲剂包括磷酸盐缓冲液、碳酸氢盐缓冲液等。
2. pH调控方法对厌氧发酵的影响2.1 pH调控对微生物活性的影响微生物在不同的酸碱环境下生长和代谢的能力是有所差异的。
一般来说，厌氧发酵过程中，适宜的pH范围能够促进有益微生物的生长和代谢，从而提高产物的生成率。
过高或过低的pH值则会不利于微生物的活性，降低发酵效率。
2.2 pH调控对产物生成的影响pH值的调控可以影响厌氧发酵体系中产物生成的类型和比例。
在较低的pH条件下，产物主要是有机酸和酒精等。
而在较高的pH条件下，产物主要是气体（如沼气和氢气）。
因此，通过调控pH值，可以实现对产物类型的选择和优化。
2.3 pH调控对微生物群落结构的影响pH值的改变会导致微生物群落结构的变化，进而影响发酵体系中微生物的相互作用和合作关系。
适宜的pH条件有利于有利微生物的生长和繁殖，从而维持良好的发酵效果。
结论：pH调控是影响剩余污泥厌氧发酵过程的关键因素之一。
通过选择合适的酸碱调节物质或缓冲剂，并加以适当的控制，可以调节发酵体系的pH值，从而优化发酵过程并提高产物的产率和质量。
pH对生物表面活性剂脂肽强化剩余污泥厌氧水解酸化的影响
反应***溶解& 水 解& 酸 化 和 甲 烷 化 ,>- % 初 始 的 溶 解与水解反应是污泥厌氧反应的限速步骤是污泥厌 氧消化的限速步骤,<- !污泥中的有机物大部分为微 生物细胞物质% 这些物质被细胞壁包裹!细胞壁中 聚多糖束和缩氨酸交联在一起!这种交联结构影响 厌氧消化过程中微生物细胞壁的破碎和胞内物质的 溶出% 为了提高溶解和水解速率!机械类&生物类和 化学试剂 类 预 处 理 方 式 不 断 被 应 用 ,MG+- ! 这 其 中 应
Y@&EAA&%AA&A,Pc&氨氮以及 磷酸 盐采 用 现 行
表面活性剂强化污泥厌氧水解和酸化的研究得到学 标准方法% 溶解性蛋白质采用 e&'./G酚法测 定!以牛
者的广泛关注% 生 物 类 表 面 活 性 剂 具 有 易 降 解!毒 血清蛋白" CAR$ 为标准底物% 溶解性糖类采 用蒽 酮
性低!但是以往实验 中 所 用 的 生 物 类 表 面 活 性 剂 例 比 色 法 测 定! 以 葡 糖 糖 为 标 准 底 物% A,eR及 甲 烷
摘#要#近年来!污泥厌氧发酵作为一种新型的 污 泥处 理 方式 受到 广 泛 关注% 通 过厌 氧 发酵!一 方 面污 泥 得以 减 量 化!另一方面!得到能源物质短链挥发性脂肪酸" A,eR$ % 然而!厌氧反应中水解步 骤 是 限 制 污 泥 厌 氧 发 酵 的 关 键 步 骤% 因 此!提出利用脂肽强化污泥厌氧发酵生产 A,eR的方法!并探讨了 Y@对脂肽强化污 泥 水 解 酸 化 的 影 响% 实 验 结 果 表 明!碱 性环境有助于进一步提高脂肽 作 用 下 污 泥 厌 氧 水 解 酸 化 速 率!且 最 佳 Y@为 !"!此 时 最 大 A,eR积 累 量 为 *=+(> 9;' ;O! % 研究表明!碱性环境能够进一步强化污泥中有机物" 蛋白质和多糖$ 的溶出!且抑制甲烷的积累%
pH调控对厨余物厌氧发酵产沼气的影响
第6卷第4期2008年7月生物加工过程Chinese Journal of B i op r ocess EngineeringJuly 2008・45 ・pH 调控对厨余物厌氧发酵产沼气的影响赵明星1,2,严 群1,3,阮文权1,3,邹 华1,3,徐 岩2,3(1.江南大学 环境与土木工程学院,无锡214122;2.江南大学 生物工程学院,无锡214122;3.江南大学 工业生物技术教育部重点实验室,无锡214122)摘 要:利用间隙调控pH 的方法研究不同pH 下厨余物厌氧发酵产沼气的情况。
结果表明,当反应前期将pH 控制为5、6时,相应反应瓶中沼气产量有明显的提高。
其中,pH 控制为6的反应瓶中沼气量最大,每g 挥发性固体产气23611mL ,比空白试样提高了4148倍。
同时,该反应瓶中甲烷体积分数高达75158%。
从对各反应瓶中污泥所含辅酶F 420以及胞外聚合物(EPS ),质量分数测定结果来看,F 420以及w (EPS )的变化与沼气产量呈正相关。
关键词:厨余物;厌氧发酵;pH;沼气中图分类号:T Q92016+2 文献标志码:A 文章编号:1672-3678(2008)04-0045-05The i n fluence of pH adjust m en t on b i oga s producti on fro mk itchen wa stes by anaerob i c ferm en t a ti onZHAO M ing 2xing 1,2,Y AN Qun1,3,RUAN W en 2quan1,3,Z OU Hua1,3,XU Yan2,3(1.College of Envir on mental and Civil Engineering,J iangnan University,W uxi 214122,China;2.College of B i otechnol ogy,J iangnan University,W uxi 214122,China;3.Key Laborat ory of I ndustrial B i otechnol ogy of the M inistry of Educati on,J iangnan University,W uxi 214122,China )Abstract:Batch experi m ents were conducted t o deter m ine the effect of pH adjust m ent on the bi ogas p r o 2ducti on fr om kitchen wastes by anaer obic fer mentati on .The bi ogas p r oduced in flashk at pH of 5and 6was greatly increased by readjusting the pH t o 7at the 8th day during the anaer obic digesti on p r ocess .Moreover,maxi m um bi ogas p r oducti on and methane content achieved 23611mL /g (VSS )and 75158%,res pectively,when pH of the reacti on flask was set at 6.Contents of both F 420and extracellular poly meric substances were increased as the increasing of accu mulati on of bi ogas .Key words:kitchen wastes;anaer obic fer mentati on;pH;bi ogas 随着人民生活水平的提高,厨余物垃圾的数量在各城市都呈迅速增长的趋势。
pH值对有机垃圾厌氧水解和酸化速率的影响
中国环境科学 2006,26(1)：57~ 61 China Environmental Science pH值对有机垃圾厌氧水解和酸化速率的影响何品晶*,潘修疆,吕凡,邵立明(同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室,上海 200092)摘要：通过易腐性有机垃圾的批式厌氧发酵实验,比较不同的发酵液pH值对水解和酸化速率的影响.结果表明,发酵液的pH值为5~7时有利于颗粒态有机物的水解;在pH值不控制及pH值为5,6,7,8条件下,微生物处于静止生长期时,水解速率常数K分别为 6.81×10-5, 6.57×10-4,3.51×10-4,7.55×10-4,2.47×10-4h-1.发酵液pH=7时最有利于微生物的合成代谢,从而促进碳水化合物和蛋白质的水解过程和酸化过程,表现为代谢产物如乙醇、乙酸、丁酸和氨氮的大量生成,以及其他代谢产物种类的增加;pH=5和pH=6时,反应后期能促进酸化过程;pH=8时,会抑制酸化过程;对pH值不控制时,严重抑制水解和酸化过程.关键词：pH值；易腐性有机垃圾；厌氧发酵；水解速率；酸化速率中图分类号：X705 文献标识码：A 文章编号：1000-6923(2006)01-0057-05The influence of pH value on anaerobic hydrolysis and acidogenesis rates of biodegradable organic waste. HE Pin-jing*, PAN Xiu-jiang, LU Fan, SHAO Li-ming (State Key Laboratory of Pollution Control and Resource Use, Tongji University, Shanghai 200092, China). China Environmental Science, 2006,26(1)：57~61Abstract：Through the batch anaerobic fermentation test of rotten organic waste, the influence of pH value of fermentation liquor on hydrolysis and acidogenesis rate were compared. The pH value 5~7 of the fermentation liquor was favorable for the hydrolysis of particulate organism. Under the conditions of uncontrolled pH values of 5, 6, 7 and 8, when the microorganisms grew at stationary phase, the hydrolysis rate constants K were 6.81×10-5, 6.57×10-4, 3.51×10-4, 7.55×10-4, 2.47×10-4h-1, respectively. The pH=7 of the liquor was most preferable for the microbial synthetic metabolism and further promoting hydrolysis and acidogenesis processes of carbohydrate and protein, displaying the production of large amount of metabolites such as ethanol, acetic acid, butyric acid and ammonia nitrogen, as increase of other kinds metabolite. pH=5 and pH=6 promote acidogenesis process at the later stage of the reaction; pH=8 could inhibite the acidogenesis process; and uncontrolled pH value could inhibite seriously the processes of hydrolysis and acidogenesis.Key words：pH value；rotten organic waste；anaerobic fermentation；hydrolysis rate；acidogenesis rate易腐性有机垃圾的厌氧消化是实现减量化和资源化的有效手段,近年来得到广泛的研究和应用[1].厌氧消化一般分成水解、酸化、乙酸化和甲烷化4个阶段,水解被认为是颗粒态有机物厌氧消化的主要限速步骤[1],而酸化产物的组成分布则会影响其后续利用的可行性.pH值是调控水解和酸化过程的主要环境因素[2-5].但已有的研究或侧重于颗粒态有机物的水解,未涉及pH值对不同酸化产物生成速率的影响[2,3];或针对的是葡萄糖或有机废水的酸化而未考虑pH值对水解的影响[4,5].本研究的目的是通过易腐性有机垃圾批式厌氧发酵实验,测定发酵液的有机物组成,以比较不同的发酵液pH值对水解速率和酸化速率的调控规律,以及对不同酸化产物生成速率的影响. 1实验材料与方法1.1 实验材料从超市收集的蔬菜类有机垃圾,粉碎至粒径约为2~3mm,其物理化学组成见表1.本实验未另外添加启动菌种.1.2 实验方法实验采用批式反应,物料置于密闭恒温反应器中(37.0±0.5℃,有效容积2.4L)连续搅拌,通过收稿日期：2005-05-09基金项目：国家“863”项目(2001AA644010,2003AA644020);中法先进研究计划(PRA E04-03)* 责任作者, 教授, solidwaste@58 中国环境科学26卷Hotec pH101型pH值控制器监控,并以HCl溶液和NaOH溶液调节反应器中的pH值,分别比较发酵液不控制pH值以及pH值控制在5,6,7和8条件下,在200h内的反应进程.进料后,通入氮气驱赶残余的氧气,以实现厌氧环境.定时采集反应器中的混合液体供分析,并补充等量无机盐营养液(组成参见文献[6]).表1 实验材料的物化性质Table 1 Physiochemical characteristics of materials 项目范围(g/g) 项目范围(g/g) 含固率(TS) 0.071~0.117 蛋白质 0.236~0.295挥发性固体(VS) 0.968~0.978 脂肪 0.058~0.068碳水化合物 0.532~0.618 粗纤维 0.078~0.1151.3 测试方法对收集的气体测定其产量和组成.将液体样品以12000r/min离心15min,上清液过0.45µm滤膜后测定总有机碳(TOC)、挥发性脂肪酸(VFAs)、乳酸、醇、氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮.气体产量采用饱和NaCl溶液排水集气法测试,气体组成(H2、CO2、CH4)、VFAs(包括乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸、戊酸和异戊酸)、醇(包括甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇和丁二醇)均采用气相色谱分析(分析仪器为上海精密科学仪器有限公司生产的GC102-TCD、GC122-FID、GC102-FID),TOC采用德国耶拿公司生产的TN b/TC multi N/C 3000 Analyzer测定,乳酸采用分光光度法[7],氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮分别采用滴定法、N-(1-萘基)-乙二胺光度法和紫外分光光度法测定[8].2 实验结果2.1pH值的变化在pH值不控制条件下,发酵液的pH值迅速下降,反应48h以后,pH值一直维持在3.90~ 4.00,说明酸化极易进行,导致pH值迅速下降.若不进行pH值控制,则低pH值(4.00)可能成为发酵的限速因素.2.2 pH值对碳转化的影响2.2.1水解过程鉴于不同批次实验进料时含固率有所差异,初始的液相TOC t浓度也不一致,本文采用碳与VS的比值(mg/g)表征液相TOC;以反应时间t时刻的TOC t与初始TOC t的差值∆TOC表征各pH值条件下液相累积产生的可溶态总有机碳的变化.如图1所示,pH值不控制和pH=5和pH=6条件下,∆TOC均在t=8h时迅速增至较高的水平,是因为实验物料经机械粉碎进入反应器后,又继续溶出的缘故,8h后缓慢下降;而pH=7条件下∆TOC直接下降.pH值不控制条件下,∆TOC在50h后相对维持稳定.而在pH值为5、6、7条件下,∆TOC下降至最低点后又重新上升.上升幅度为pH7>pH5>pH6.pH=8条件下,∆TOC缓慢上升,至50h后基本维持平衡.液相TOC的增加只可能源自于反应底物的水解,而液相TOC的减少则可能是液相中的碳转化成CO2和CH4向气相转移,或为微生物合成利用.按产气量和气相组成计算,转移至气相碳的量最多仅占TOC减少量的1/8(5种pH值条件下,200h内的产气量均小于2L,反应全过程均未检测出CH4,CO2在气相中的比例小于50%,即转移至气相的碳与VS比值约为2.5mg/g),因此图1中TOC 的减少主要是由微生物合成引起的.图1 ∆TOC随时间变化曲线Fig.1 Temporal evolution of ∆TOCTOC的变化速率反映了反应底物水解和微生物合成两者之间的平衡.反应启动时,在pH值不控制、pH=5和pH=7条件下,水解速率(v水解)小于微生物净增长速率(v合成),在pH=6条件下,v水解与v合成大致相等;在pH=8条件下,v水解>v合成.随反1期何品晶等：pH值对有机垃圾厌氧水解和酸化速率的影响59应时间的延续,微生物生长进入静止期,v合成趋近于零,v水解>v合成,即表现为液相TOC的持续上升.因此,pH值为5,6,7时,可促进颗粒态有机物的水解,而pH值不控制和pH=8均不利于水解进行.2.2.2酸化过程颗粒态有机物被水解成可溶态有机物后,进一步发生酸化反应,产生VFAs、乳酸和醇等酸化产物.以相应的碳量与VS的比值计量(mg/g),如图2a所示,发酵液pH值不控制和pH=8条件下的VFAs产生量最低;pH值为5,6时的VFAs产生量在反应初期稳定在15mg/g的平台,120~150h后迅速上升;pH=7时,VFAs浓度从反应初始稳步上升,至200h时,VFAs产生量为pH值为5,6时的2倍,约120mg/g.图2b中,pH值为5,6,7和8时的乳酸产生量基本持平在70mg/g,大于pH值不控制时的30mg/g;但在150~200h期间,pH值为6,7时的乳酸浓度逐渐趋于零.图2c 中pH值不控制和pH=8时的醇产生量最少;pH 值为5和pH值为6的醇产生情况类似,约25mg/g;pH=7时醇产生量高达90mg/g.图2表明,pH=7有利于各类酸化产物的生成,乳酸和醇主要在50h以内产生,而VFAs在反应全过程稳步生成.pH=5和pH=6时的酸化规律类似,但pH=5时VFAs生成受pH值影响的程度要大于乳酸和醇;pH=8和pH值不控制(相当于pH=4)均对酸化产生抑制,且抑制程度表现为pH 值不控制高于pH=8.图2 pH值对碳转化的影响Fig.2 Effect of pH value on carbon transformation2.3pH值对氮转化的影响图3 pH值对氮转化的影响Fig.3 Effect of pH value on nitrogen transformation如图3所示,可溶性蛋白的酸化可通过因脱氨作用生成的氨氮进行评价.发酵液中氨氮的浓度以pH=7时最高(氮与VS之比为15mg/g),其次是pH=6(氮与VS之比为7mg/g)和pH=5(氮与VS之比为5mg/g)时;pH＝8时初始氨氮较低(氮与VS之比为4mg/g),120h以后上升(氮与VS之比为7mg/g),而pH值不控制组的氨氮值最低,仅2mg/g.因此,pH=7能大幅度提高蛋白质的酸化程度.2.4 pH值对酸化产物生成速率的影响发酵液的pH值影响VFAs和醇的组成分布.如图4a所示,pH值不控制时以乙酸为主体(约1500mg/L),异丁酸仅为10mg/L;130h后发酵液出现丙酸、丁酸和异戊酸,但均不足20mg/L;醇类仅检测出甲醇和乙醇,乙醇和甲醇产生量之比为3.2:1. pH=5时(图4b)仅检测到乙酸;乙醇和甲醇反应时间(h) 反应时间(h)反应时间(h)60 中 国 环 境 科 学 26卷产生量之比为4:1;150h 之后,乙酸和乙醇产生量上升,上升幅度之比为2.6:1.pH=6时(图4c)依然以乙酸为主(t =200h 约10000mg/L),但115h 以后开始出现丙酸,至t =200h 丙酸浓度达1300mg/L;反应初期(<100h)检测到少量异丁酸(约20mg/L);乙醇和甲醇产生量之比为2.6:1; 120h 之后,乙酸和乙醇产生量上升,上升幅度之比为4:1. pH=7(图4d)乙酸、丙酸和丁酸是主要成分,至t =200h, 3者浓度之比为1:0.2:1.5;同时生成少量异丁酸和异戊酸(约200mg/L);乙醇和甲醇产生量之比为17:1,乙醇从反应开始立即大量生成,而乙酸和丁酸则随反应进行逐步生成;反应末期检测出丙醇(约200mg/L).pH=8(图4e) VFAs 只有乙酸;乙醇和甲醇产生量之比为4:1.图4 pH 值对各类VFAs 和醇分布的影响Fig.4 Effect of pH value on the production of VFAs and alcohols因此,发酵液在各pH 值条件下,乙酸、甲醇和乙醇均是主要的酸化产物.但pH=7有利于丁酸和乙醇的生成,酸化产物的种类趋向复杂.甲醇与乙醇相比,受pH 值的影响较弱. 3 讨论3.1 水解速率常数若考虑微生物浓度的影响,水解过程速率可用下式表达:S S B X B S d d X X X K t K X X =−+ (1) 式中:X S 为颗粒态有机物浓度;X B 为微生物浓度; K 为水解速率常数;K X 为半饱和常数[1]. 由于反应初始未接种启动菌种,因此初始微生物浓度X B 0=0.微生物浓度X B 与酸化产物浓度X P 存在X B =Y B/P X P 的关系式,其中Y B/P 为生成单位酸化产物的碳时合成的微生物体的碳量(g/g).若不计向气相转移的碳量,则X S =X 0-X B -X H ,其中X 0为反应器内总有机物浓度,X H 为液相有机物浓度.则式(1)等同于下式: 0B H S PB/PX B/P P S d()d X X X X X KY t K Y X X −−=−+ (2) 其中,Y B/P 的取值若依据每mol ATP 可合成生物质的量Y ATP =10.5g/mol 计算[9],则Y B/P (乙酸)＝0.373、Y B/P (乳酸)＝0.124,Y B/P (乙醇)＝0.187[9],因此对于处于静止生长期的微生物,可取Y B/P =0.1.但如图1所示,在反应初期微生物大量合成,处于加速或对数生长期;理论计算上Y ATP 最高可达1期何品晶等：pH值对有机垃圾厌氧水解和酸化速率的影响6132g/mol,且微生物处于加速生长期或对数生长期时Y A TP会进一步增加[10],因而在反应初期令Y B/P取值大于0.5.因此,将反应分成两部分分别模拟,即反应时间t为0~80h时令Y B/P=0.1;t为80~200h时,令Y B/P=0.6.依据图1,图2代入X H和X P数据.对于t 为0~80h,只有当Y B/P>0.5,模型参数值才有物理意义,即K>0;当Y B/P=0.6时,在pH值不控制条件下和pH值为5,6,7,8条件下,水解速率常数K分别为1.80×10-4h-1(R2=0.9963),1.03×10-3h-1(R2=0.9240), 1.85×10-4h-1(R2=0.9813), 2.30×10-4h-1(R2=0.9570)和1.97×10-4h-1(R2=0.9943);Y B/P取值对K计算影响显著.对于反应时间t为80~200h,该水解速率公式能较好地与实验数据吻合,在pH值不控制条件下和pH值为5,6,7,8条件下,水解速率常数K 分别为 6.81×10-5h-1(R2=0.9890),6.57×10-4h-1 (R2=0.8710), 3.51×10-4h-1(R2=0.9658), 7.55×10-4h-1 (R2=0.9570)和 2.47×10-4h-1(R2=0.9943);Y B/P在0.05~ 0.40范围内波动时,K值无显著变化.3.2代谢途径的选择发酵过程的代谢途径类型根据微生物静止期的末端代谢产物可分为丁酸发酵、丙酸发酵、乙醇发酵、乳酸发酵和混合酸发酵等[11].图2和图4表明,在进行易腐性有机垃圾的混合培养发酵时,上述代谢途径均可能存在,并随着微生物的生长和微生物种群的演替,在不同时间段由不同代谢途径起主导作用.乳酸是反应初期的主要代谢产物,除pH=7外,乳酸产生量远大于乙醇,因此同型乳酸发酵是主导代谢途径,而对于pH=7,因为乳酸与乙醇比例约为1:1,则可能发生异型乳酸发酵,但也可能同时进行同型乙醇发酵和同型乳酸发酵.pH=7在反应后期丁酸发酵为主导代谢途径;pH=6和pH=7在反应后期出现丙酸发酵.4结论4.1发酵液的pH值为5~7时,有利于颗粒态有机物的水解.在pH值不控制以及pH值为5,6,7,8不同条件下,微生物处于静止生长期时,水解速率常数K分别为 6.81×10-5,6.57×10-4,3.51×10-4, 7.55×10-4, 2.47×10-4h-1.4.2pH=7最有利于微生物的合成代谢,从而会促进碳水化合物和蛋白质的水解和酸化过程,表现在代谢产物如乙醇、乙酸、丁酸和氨氮的大量生成,以及其他代谢产物种类的增加.4.3pH=5与pH=6对酸化的影响程度类似,在反应后期能促进酸化过程;pH=8会抑制酸化过程;pH值不控制时会严重抑制水解和酸化.4.4pH值亦影响代谢途径的选择.pH值为5~7时有利于乳酸的生成,而pH=7有利于乙醇、丁酸和丙酸的生成;甲醇受pH值的影响较不明显.4.5pH值对水解和酸化过程的影响规律可为两段式厌氧消化的调控提供理论依据.参考文献：[1] Mata-Alvarez J. 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pH对厨余废物两相厌氧消化中水解和酸化过程的影响
张 波,史红钻,张丽丽,等.pH 对厨余废物两相厌氧消化中水解和酸化过程的影响[J ].环境科学学报,2005,25(5):665-669ZHANG Bo ,SHI H ongzuan ,ZHANGLili ,et al .The in fluence of pH on hydrolysis and acidogenesis of kitchen wastes in tw o 2phase anaerobic digestion[J ].Acta Scientiae Circumstantiae ,2005,25(5):665-669pH 对厨余废物两相厌氧消化中水解和酸化过程的影响张 波,史红钻,张丽丽,蔡伟民3上海交通大学环境科学与工程学院,上海 200240收稿日期:2004208230 修回日期:2004212223 录用日期:2004212230摘要:通过间歇实验探讨了pH 对厨余废物两相厌氧消化中水解和产酸过程的影响,详细考查了厨余废物在4个pH (pH =5,7,9,11)条件下的水解率、挥发酸(VFA )产量和速率、有机酸的组分和水解酸化产物的分配.实验结果表明,控制pH 为7时,厨余废物具有更高的水解和酸化率,以水解酸化液体中T OC 、COD 与固液混合液中总COD 、T OC 比值表示的厨余废物水解率在实验第9d 分别达到86%和82%,VFA 浓度在实验第4d 达到36g ・L -1,VFA 产量是未调节pH 时的2倍.在pH 为7时,水解酸化产物中乳酸浓度相对较低,VFA 中主要以丁酸和乙酸为主,丙酸很少.控制pH 为7不但可以提高水解酸化效率,而且为后续产甲烷过程提供了更有利的基质,从而优化了厨余废物处理的两相厌氧消化工艺.关键词:厌氧;水解;酸化;pH ;厨余废物文章编号:025322468(2005)0520665205 中图分类号:X705 文献标识码:AThe influence of pH on hydrolysis and acidogenesis of kitchen w astes in tw o 2phase anaerobic digestionZHANG Bo ,SHI H ongzuan ,ZHANGLili ,C AI Weimin 3School of Environmental Science &Engineering ,Shanghai Jiaotong University ,Shanghai 200240R eceived 30August 2004;received in revised form 23December 2004;accepted 30December 2004Abstract :Batch experiments were carried out to determ ine the effect of pH on hydrolysis and acidogenesis of kitchen wastes in the tw o 2phase anaerobic digestion.The s olubilization rate and VFA production rate of kitchen wastes with controlled 2pH at 5,7,9and 11were firstly evaluated.The constituents of individual organic acids and the distribution of the feeding C OD over the different digestion products at various pH levels were subsequently investigated.The results showed that higher hydrolysis and acidogenesis rates were obtained ,when the pH value was kept at 7.And about 86%of T OC and 82%of C OD were s olubilized after 9days and the maximum VFA concentration of 36g ・L -1was achieved on the forth day.When the pH value was kept at 7,lactic acid concentration was relatively low ,and acetic and butyric acid were predom inant VFA ,while propionic acid took a relatively little part.C ontrolling pH at 7increased the hydrolysis and acidogenesis rates of kitchen wastes and provided the substrates fav orable to the subsequent methanogenesis ,resulting in the optim ization of the whole tw o 2phase anaerobic digestion.K eyw ords :anaerobic ;hydrolysis ;acidogenesis ;pH;kitchen wastes作者简介:张 波(1977—),女,博士研究生,E 2mail :crosswave @ ;3通讯作者(责任作者)Biography :ZHANG Bo (1976—),Female ,Ph.D.Candidate ,E -mail :crosswave @ ;3Corresponding author 厨余废物中有机物含量高,采用单相厌氧消化技术处理厨余废物时常因在运行初期快速产生大量挥发性脂肪酸(VFA )而导致系统运行失败.因此,现阶段多采用两相厌氧消化技术处理厨余废物[1].在应用两相厌氧消化技术初期,大多数研究都集中在提高产甲烷相的效果上,采用了象UAS B 、厌氧生物滤池等高效厌氧反应器,而水解酸化相却很少得到重视[2～4].随着对两相厌氧消化工艺的深入研究,研究者们逐渐认识到,对厨余废物这类含有高浓度有机悬浮颗粒物的厌氧消化过程而言,水解酸化是整个厌氧消化过程的限速步骤[5～6].Sun 2K ee 等[7～8]通过接种瘤胃微生物和调节HRT 改善了厨余废物的水解酸化效果,从而提高了整个两相厌氧消化工艺处理厨余废物的效率;Xu 等[9]发现渗滤液循环有助于提高厨余废物水解酸化效率.但迄今为止,很少有关于pH 对厨余废物水解酸化效率影响的报道.然而,对富含碳水化合物废水、富含蛋白质废水和污泥水解酸化的实验研究[10]表明,改变pH 可以引起水第25卷第5期2005年5月环 境 科 学 学 报Acta Scientiae CircumstantiaeV ol.25,N o.5May ,2005解酸化反应器中微生物种群和代谢途径的剧烈变化,pH在水解酸化过程中起着重要作用.因此,为了提高两相厌氧消化技术处理厨余废物的效率,本文拟探讨pH在厨余废物两相厌氧消化中对水解和酸化过程的影响.1 材料与方法111 厨余垃圾的来源和特性试验所用厨余垃圾取自上海交通大学北区食堂.垃圾中主要包括米饭、蔬菜、肉、蛋、豆腐、土豆和盐等.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,其主要成分见表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,厨余废物总固体中7414%是悬浮颗粒物.厨余垃圾中C、N、P的质量比为100∶2∶0111,表明厨余垃圾中含碳量高.表1还表明,1213%的蛋白质, 2411%的碳水化合物和16%的油脂已被水解[水解率以液体中蛋白质(碳水化合物、油脂)与固液混合液中总蛋白质(碳水化合物、油脂)的比值表示].表1 厨余废物的特性T able1 Sam pling characteristics of kitchen wastes测试指标测定值测试指标测定值颗粒尺寸Πmm<2 NH+42NΠ(mg・L-1)<10 TS12.9%TPΠ(mg・L-1)182.51 VS12.5%可溶性的PΠ(mg・L-1)172.47 SS9.6%正磷酸盐Π(mg・L-1)104.8 VSS9.4%C、N、P质量比100∶2∶0.11 pH 3.9蛋白质16.1% VFAΠ(g・L-1) 3.6可溶性的蛋白质Π(g・L-1) 2.55T OC46.8%碳水化合物69.3%可溶性的T OCΠ(g・L-1)11.83可溶性的碳水化合物Π(g・L-1)21.56C ODΠ(g・L-1)166.5油脂10.6%可溶性的C ODΠ(g・L-1)53.18溶解性的油脂Π(g・L-1) 2.19总凯氮Π(g・L-1) 3.33注:表中指标T OC、蛋白质、碳水化合物和油脂的含量以在垃圾干固体中的质量百分比表示112 试验条件和操作试验在恒温(35℃)水浴摇床中进行.量取约300m L厨余垃圾放置在500m L锥形瓶中,锥形瓶用带有出气孔的橡胶塞密闭.产生的气体量用排水法计量.每12h用5m ol・L-1NaOH调节pH到设定值.调节pH之前采样.整个试验过程中跟踪测试VFA, T OC和C OD,水解酸化过程达到稳定后测定TS,VS, SS,挥发性悬浮固体(VSS),碳水化合物,蛋白质和油脂含量.当水解酸化液中C OD和VFA的变化范围低于5%,即认为水解和酸化过程达到了稳定状态. 113 分析方法pH,TS,VS,SS,VSS,C OD,NH+42N和TP根据标准方法测定[11].在测定总T OC之前,样品首先进行预处理,将包含高浓度悬浮物质的固液混合物充分混匀,取一定体积加入硝酸,在105℃下烘干后采用multi NΠC3000分析仪(德国)测定总T OC.凯氏氮(K N)的消化和蒸馏通过氮分析仪(BΒCHI,Digestion Unit K2424;BΒCHI,distillation Unit B2324)完成.挥发酸组分通过装有C18柱的高效液相色谱(2010A)进行测定.H2、C O2和CH4通过装有填充柱T DX102的G C214B测定.对于溶解性的C OD,T OC,TP和K N,采样后首先在10000r・min-1下离心,然后取上清液根据标准方法进行测试.2 实验结果 图1表明,在间歇实验中,仅在实验前7d需要间歇调节pH,7d后pH基本保持稳定在设定值.在对比反应器中未调节pH,pH下降到3以下.图1 间歇调节pH之前反应器中的pHFig.1 pH in the reactors before pH was interm ittently adjusted稳定的水解率在实验第9d后达到.图2显示了稳定条件下pH对厨余废物水解效果的影响.与未调pH相比,调节pH明显提高了厨余废物的水解效率.特别是在pH为7时,以T OC和C OD表示的厨余废物的水解效率(水解率以液体中C OD与固液混合液中总C OD的比值来表示)分别达到86%和82%.图3显示了在不同pH条件下厨余废物中蛋白质、碳水化合物和油脂的水解效果.图3表明,在较宽的pH范围,蛋白质和碳水化合物都有较高的水解效率,而油脂在各pH条件下很少水解.图4显示了在不同pH条件下VFA浓度的变666环 境 科 学 学 报25卷图2 pH 对厨余废物水解效果的影响Fig.2 The effect of pH on the hydrolysis rate of kitchenwastes图3 pH 对厨余废物各组分水解效果的影响Fig.3 The effect of pH on the hydrolysis rate of differentconstituents contained in the kitchenwastes图4 pH 对厨余废物酸化效果的影响Fig.4 The effect of pH on the acidogenesis rate of kitchen wastes化.VFA 在实验开始后立即产生,而且在初始的7d ,不同pH 条件下的VFA 浓度几乎随时间呈线性增加,之后变化不大.调节pH 改善了VFA 的产生,控制pH 为5,7,9和11时,最大VFA 浓度都高于未调pH 反应器中的VFA 浓度.尤其在控制pH 为7时,最大VFA 浓度在实验第4d 即可达到,而在pH 为5,9,11和未调的条件下,最大VFA 浓度在7d 以后才可以达到.表2显示了在达到最大VFA 浓度后有机酸的组成情况.各个单独VFA 组分以在总VFA 中的质量比表示.由表2可以看出,在各pH 条件下,乳酸的产生量都很高.但控制pH 为7时,乳酸的浓度都低于其它pH 条件下的乳酸浓度.pH 明显地决定着VFA 的组成.pH 为5和7时,丁酸是主要的VFA 组分,但在pH 为7时的乙酸含量高于pH 为5时的乙酸含量;pH 为9和11时,乙酸是主要的挥发酸组分;不同的pH 条件下都产生了甲酸,并且在强碱性的pH 条件下,甲酸在VFA 中所占的比例高.表2 不同pH 条件下的有机酸组分T able 2 The individual VFA constituents and lactic acidconcentration at different pH levelspH 甲酸乙酸丙酸丁酸总VFA Π(g ・L -1)乳酸Π(g ・L -1)5 6.5% 3.9%17.6%71.9%25.714.97 2.4%21.9% 2.3%73.4%36.08.7924.7%45.6% 4.5%25.2%24.315.31130.8%46.5%5.8%16.9%28.520.5 尽管调节pH 能够改善厨余废物的水解和产酸效率,但从以C OD 形式表示的水解酸化产物分配(图5)可以看出,水解产物占很高比例,而VFA 和气体占很低比例.即使在pH 为7时,厨余废物中58%的悬浮颗粒物(以C OD 计)被水解,但与进料相比,水解酸化液中VFA 含量仅增加了10%.图5 pH 对于水解酸化产物分配的影响F ig.5 T he e ffect o f pHon the d is tribu tion o f the hydr olys is 2acid og enes is pr oducts3 讨论3.1 厨余废物水解酸化过程中控制pH 的重要性调节pH 明显提高了厨余废物的水解酸化效率,尤其是控制pH 在7时,厨余废物水解和酸化效7665期张 波等.pH 对厨余废物两相厌氧消化中水解和酸化过程的影响率都达到了最高(此时,以T OC和C OD表示的厨余废物的水解效率分别达到86%和82%).高水解率主要是由于厨余废物中碳水化合物和蛋白质的水解.在pH为7时,VFA的产生量和产生速率都明显高于其它pH条件.国内外对于厨余废物的研究中,最大VFA浓度通常都低于20g・L-1[1,2,7,12～15],而在本实验中控制pH为7的条件下,最大VFA的浓度达到了36g・L-1,最大VFA产量达到进料TS的27%,几乎是未调节pH反应器中VFA产量(15%)的2倍.在酸性条件下,非离子状态的酸抑制了微生物的活性[16],而在碱性条件下,化学作用占主导地位[17].因此,中性条件保证了水解酸化微生物正常的生存环境,因而获得了高水解酸化效率.两相厌氧消化过程中,产甲烷微生物利用酸化产物丙酸的速率低于利用乙酸和丁酸的速率.乳酸是产丙酸细菌最喜欢的基质,因此,在有乳酸的环境中这些细菌可以产生大量的丙酸[18].Wang等[19,20]曾经报道,乳酸是厨余废物主要的发酵产物.本实验也得到了同样的结论.Fu等[21]报道,乳酸产生的最佳pH在5～6之间.调节pH到7减少了乳酸的产生,从而有利于两相厌氧消化过程后续产甲烷相的正常运行.厨余废物水解酸化产物中VFA的组分分配基本上与H oriuchi等[22]报道的结果一致.在酸性和中性条件下,VFA组分以丁酸为主,碱性条件下以乙酸为主.由此可见,控制pH为7时,厨余废物酸化过程产生的有机酸组分中不但乳酸含量低,而且VFA 中主要以丁酸和乙酸为主,丙酸很少,与其它pH条件相比,更有利于后续产甲烷过程的正常进行.在实际工程中,可以通过添加含有蛋白质的废物调节进料的CΠN比并辅助一些碱性溶液[如NaOH和Ca(OH)2等]调节pH,这主要是应用含有蛋白质的有机废物在厌氧降解过程产生的氨氮对pH具有缓冲能力[23].3.2 水解酸化过程的限速步骤尽管调节pH,尤其是控制pH在7大大提高了VFA的产生量和产生速率,但在厨余废物水解酸化产物中,VFA仍占很低比例.因此,在厨余废物厌氧水解酸化过程中,酸化是限速步骤.在两相厌氧消化过程中,VFA是后续产甲烷过程最容易利用的基质,因此,如何控制条件提高VFA在水解酸化产物中的分配比例是继续提高两相厌氧消化过程处理厨余废物效率的关键所在.4 结论 1)在厨余废物水解酸化过程中,最优的pH条件为7.控制pH为7时,厨余废物获得了更高的水解和酸化效率,以T OC和C OD表示的水解效率分别达到86%和82%,实验第4d即达到最大VFA浓度(36g・L-1).而且,酸化产物中乳酸浓度低,VFA组分中主要以乙酸和丁酸为主,与其它pH条件相比,更有利于后续产甲烷过程的正常进行.2)在厨余废物厌氧水解酸化过程中,酸化是限速步骤.通讯作者简介:蔡伟民(1946—),男,教授,博士生导师.1970年毕业于天津大学化学系(本科),1983年毕业于哈尔滨工业大学环境化工专业(硕士研究生),2000年受聘俄罗斯科学院院士。
pH值对餐厨垃圾厌氧发酵产挥发性脂肪酸的影响_张玉静
中国环境科学 2013,33(4)：680~684 China Environmental SciencepH值对餐厨垃圾厌氧发酵产挥发性脂肪酸的影响张玉静1,蒋建国1,2*,王佳明1 (1.清华大学环境学院,北京 100084；2.固体废物处理与环境安全教育部重点实验室,北京 100084)摘要：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24h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.关键词：酸化；VFA；餐厨垃圾；pH值中图分类号：X705 文献标识码：A 文章编号：1000-6923(2013)04-0680-05Effect of pH value on VFA concentration and composition during anaerobic fermentation of kitchen waste. ZHANG Yu-jing1, JIANG Jian-guo1,2*, WANG Jia-ming1 (1.School of Environment, Tsinghua University, Beijing 100084, China；2.Key Laboratory for Solid Waste Management and Environment Safety, Ministry of Education, Beijing 100084, China). China Environmental Science, 2013,33(4)：680~684Abstract：Under mesophilic conditions(35℃), 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.Key words：acidogenesis；volatile fatty acid(VFA)；kitchen waste；pH value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)、乙醇为主的末端收稿日期：2012-08-30基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项(2012ZX07301- 001)* 责任作者, 教授, jianguoj@4期张玉静等：pH值对餐厨垃圾厌氧发酵VFA浓度及组分的影响 681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0.45 m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.682 中 国 环 境 科 学 33卷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.0 40 80120160200发酵时间(h)V F A 浓度(g /L )图2 不同pH 值下VFA 浓度随时间的变化Fig.2 Variation of VFA concentrations at different pHvalue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 atdifferent pH value pH 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 0.305 2.2 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.4期 张玉静等：pH 值对餐厨垃圾厌氧发酵VFA 浓度及组分的影响 683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 59.85.053.3 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.2040608010020446892116140188比例(%)发酵时间(h)图3 pH 值为6.0时有机酸组成 Fig.3 VFA composition at pH 6.0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 onVFA’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.作者简介：张玉静(1988-),女,内蒙古兴安盟人,清华大学环境学院硕士研究生,主要从事餐厨垃圾处理处置研究.长江的污染新闻的故事关注的“长江问题”着重描述了计划中的及已建成的水电大坝对长江鱼类和鲸类的潜在严重后果.另一个重要但常为人们所忽视的问题是水污染,长江污染物增加、水文变化正在加速物种的消失.长江濒危物种中1个良好的例子是长江江豚,最近20a来每年以超过5%的速度下降.长江水受大规模工农业生产发展所产生的有机和无机化合物(如金属、持久性有机污染物和农药)严重污染.水电站蓄水水库(如三峡库区)由于蓄水、沉积物以及富营养化导致氧气耗竭加剧了水污染.三峡库区水中重金属包括铅、铜和镉等的浓度,随着水深的增加普遍升高超过25%.汞元素尤其引人关注,有毒的甲基汞从因水位上升而形成的水淹土地中由于缺氧而释放出来.悬浮泥沙中的汞元素超过了欧盟建议的系数4.尽管政府曾对淹没地区进行过清理(包括污染土地被淹没,污水处理场和垃圾填埋场),污染土地被淹没、人类活动不断扩大对有毒污染的贡献很大.长江仍然在遭遇前所未有污染的10大河流名单当中.污染和生存环境的变化已经将像长江江豚这样的濒危物种推到了灭绝的边缘.我们支持在短期内暂停大坝建设的计划,但是河道管理政策的关键目标是减少污染.如果不采取有效行动,伴随白鳍豚灭绝的可能是更多物种的灭绝.刘芳译自《Science》, 2012,337:410.。
pH值对有机垃圾厌氧水解和酸化速率的影响
６ ５ ｘ１ － ３ ５ｌ ０ ４７５ ｘ１ ， ４ ｘ ０４－发酵 液 ．７ ０ ４ ． ｘ１ － ．５ ０ ４ ７ １－ １ ２ ｈ
合成 代谢 ， 促进碳 水 化合物 和 蛋 白质 的水解 过程 和酸 化过 Ｈ＝ 从而
程 ， 为代 谢产 物如 乙醇 、 表现 乙酸 、 丁酸和 氨 氮的 大量 生成 ， 以及其 他代 谢产 物种 类 的增加 ；Ｈ ５和 ｐ － ｐ＝ Ｈ－ ６时， 后 期能 促进酸 化 过程；Ｈ ８ 反应 ｐ ＝
７５ ｘｌｒ， ．７ ４－，ｅ ｐ ｃｉ ｅｙ Ｔｌ ｎ＝ ｆ ｈ ｉｕ ｒＷａ ｍ ｏ ｔ ｒｆｒｂｅｆｒ ｅｍ ｃｏ ｉ ｙ ｔｅ ｃｍ ｅ ｂ ｌ ｍ ．５ ０４ ２４ ×ｌ ｈ ｒｓ ｅ ｔ ｌ． Ｉ ｖ ｅｐ ７ｏ ｔｅｌ ｏ ｓ ｑ ｓ ｐ ｅｅａ ｌ ｏ ｔ ｉ ｒｂａ ｓ ｎ ｔ ｈ ｌ ｈ ｉ ａ ｉ ｔ ｏ ｓ
Ｔｈ ｎ ｌ ｅ ｃ ｆｐ ｖ ｌ ｎａ ａ ｒ ｂ ｃｈ ｄ ｏ ｙ ｉ ｎｄａ ｏ ｅ ｅ ｉ ａ ｅ ｆ ｂ ｏ ｅ ｒ ｄ ｂ ｅ ｏ ｇ ｎ ｃｗａ ｔ ． ｅｉ ｆｕ ｎ ｅ ｏ Ｈ ａｕｅＯ ｎ ｅ ｏ ｉ ｙ ｒ ｌ ｓｓａ ｄｄ ｇ ｎ ｓｓｒ ｔ ｓｏ ｉ ｄ ｇ ａ ａ ｌ ｒ ａ ｉ ｓ ｅ ＨＥ Ｐ ｎ ｉ一
摘要 ：通过 易腐 性有 机垃 圾 的批 式 厌氧 发酵 实验 ， 不 同的发 酵液 ｐ 值 对水 解和 酸化 速 率的影 响． 果表 明， 酵液 的 ｐ 值 为 ５７时 比较 Ｈ 结 发 Ｈ — 有 利 于颗 粒态 有 机物 的水 解 ； ｐ 值 不控 制及 ｐ 值 为 ５ ， 条件下 ， 生物 处 于静 止 生长期 时 ， 速率 常 数 分 别为 ６８ｘ ｆ 在 Ｈ Ｈ ， ８ ６ 微 水解 ．１ ｌ ，
pH和发酵时间对厨余垃圾发酵产乳酸及光学特性的影响
pH 和发酵时间对厨余垃圾发酵产乳酸及光学特性的影响张波,何品晶3,邵立明(同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室,上海 200092)摘要:通过间歇实验探讨了在中温、非灭菌条件下,pH 和发酵时间对厨余垃圾发酵产乳酸及其光学特性的影响.结果表明,采用非灭菌的厨余垃圾发酵产乳酸,发酵液中还原糖浓度低,pH 调节到近中性和偏碱性(pH 为6～8)的各组还原糖浓度高于偏酸性组(pH =5和pH =4的对照组);在控制pH 为7时,总乳酸产生速率达到0159g ・(L ・h )-1,单位挥发性固体的乳酸产量达到0162g ・g -1;控制pH 为7和8时,以有机碳表示的乳酸分别占发酵液总有机碳的78%和89%;控制pH 为8时,L 2乳酸是主要的异构体形式,单位挥发性固体L 2乳酸产量达到0148g ・g -1;响应面分析结果表明,发酵时间在120h 前,随着pH 升高和发酵时间的延长,发酵液中L 2乳酸浓度增大,120h 后则下降;pH 和发酵时间对L 2乳酸占总乳酸的比例有明显影响:偏酸性条件(未调pH 及pH =5),发酵前120h ,该比例随发酵时间逐渐增大,L 2乳酸在总乳酸中的比例达到019,其后,则逐渐下降;偏碱性条件下(pH =8),L 2乳酸在总乳酸中的比例在整个发酵时间段内都保持在0186以上,在发酵时间48h 时达到0193,而在pH 中性条件下,该比例在发酵后期显著下降;控制pH 为8时,可以同时获得高的乳酸产量和光学纯度.关键词:厨余垃圾;乳酸;异构体;光学纯度;pH ;发酵时间中图分类号:X705 文献标识码:A 文章编号:025023301(2007)0420881205收稿日期:2006206207;修订日期:2006208227基金项目:2004年度科技部中法先进研究计划项目(PRA E04203);中国博士后科学基金项目(20060390653)作者简介:张波(1977～),女,博士后,主要研究方向为固体废物处理与资源化.3通讯联系人,E 2mail :s olidwaste @E ffect of pH and Fermentation Time on Yield and Optical Purity of Lactic Acid from K itchen W astes FermentationZH ANG Bo ,HE Pin 2jing ,SH AO Li 2ming(S tate K ey Laboratory of P ollution C ontrol &Res ource Reuse ,T ongji University ,Shanghai 200092,China )Abstract :Batch experiments were carried out to analyze the effect of pH and fermentation time on the yield of total lactic acid and the distribution of L 2and D 2lactic acid am ong total lactic acid during the non 2sterilized fermentation of kitchen wastes.The results show that the concentration of reduced sugar (calculated as organic carbon )is low ,and its concentration was higher at neutral and alkali conditions (pH 6～8)than at acidic conditions (non 2controlled pH and pH =5).The maximum total lactic acid production rate and yield is 0159g ・(L ・h )-1and0162g per gram VS at pH 7,respectively.The proportion of lactic acid (calculated as organic carbon )am ong the T OC reaches 78%and 89%at controlled pH 7and 8,respectively.The L 2lactic acid is the predominant is omer form at pH 81Lactic acid concentration depends on pH ,fermentation time and interaction from the response sur face analysis.pH and fermentation time have a significant effect on the optical purity of lactic acid.At acidic conditions ,the ratio of L 2lactic acid to the total lactic acid increases with the fermentation time before 120h ,and the ratio reaches 019at 120h.At alkaline conditions ,the ratio keeps at above 0186in the whole experimental fermentation time and reachs the maximum value (0193)at 48h.I t decreases with fermentation time at pH 7.T o obtain high lactic acid yield and optical purity simultaneously ,it is suggested that pH should be contralled at 8.K ey w ords :kitchen wastes ;lactic acid ;is omer ;optical purity ;pH ;fermentation time 乳酸是具有多种功能的化学物质,广泛应用于食品、医药、纺织和化工等行业.乳酸有2种同分异构体,即L 2乳酸和D 2乳酸.高光学纯度的L 2乳酸或D 2乳酸是食品行业和聚乳酸生产过程中的最佳原料[1,2].利用化学合成法只能得到乳酸的消旋体,而微生物发酵法则可以通过接种适宜的菌种和调控发酵条件得到特定的旋光异构体[3,4].目前,利用富含碳水化合物的有机废物(如麦麸、污泥和厨余等)发酵产乳酸,因其资源与环境意义得到了广泛的研究[5～8],其焦点之一是提高乳酸的光学纯度,通常的方法是在灭菌条件下投入纯培养菌种[2,5].但利用纯菌种发酵产乳酸,对废物灭菌需要消耗大量能量,且单一菌种发酵难以充分利用废物中不同结构的碳水化合物[9].尽管一些研究者认为,利用非灭菌的有机废物发酵产乳酸,得到的乳酸光学纯度低.但有关未灭菌发酵系统中,乳酸发酵产生的L 2乳酸或D 2乳酸的浓度水平、在总乳酸中的比例及影响因素却鲜有报道,因此难以判断在非灭菌条件下接种何种类第28卷第4期2007年4月环 境 科 学E NVIRONME NT A L SCIE NCEV ol.28,N o.4Apr.,2007型的微生物菌种(L2乳酸菌或D2乳酸菌),以及根据实际应用中对乳酸光学纯度的需求有无必要接种纯种微生物.本研究以本身含有丰富土著产乳酸菌[10]的厨余垃圾为对象,研究不同pH和发酵时间对乳酸产率及其光学特性变化的影响,以期为提高非灭菌厨余垃圾发酵产乳酸的光学纯度提供依据.1 材料与方法111 厨余垃圾的来源和特性本实验所用厨余垃圾取自某大学学生食堂,主要包括米饭、蔬菜、肉和豆腐等.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.其挥发性固体(VS)与总固体(TS)的比值表明,厨余垃圾中有机组分含量高,占9812%.在有机组分中,淀粉、总糖和还原糖等碳水化合物分别占4213%、2813%和315%.表1 厨余垃圾的性质1)T able1 Characteristics of kitchen wastes测试指标测量值/%测试指标测量值/% TS1413±012O4817±018VSΠTS9812±011蛋白质1718±019C4211±110还原糖315±014H615±013总糖2813±112N210±011淀粉4213±115S017±01051)除TS外,其余指标均为占VS的质量分数112 实验条件和操作量取5815g厨余垃圾放置在100m L聚乙烯瓶中,加入80m L01004m ol・L-1K2HPO4和K H2PO4缓冲溶液,再以5%的NaOH或1m ol・L-1的HCl调节pH至设定值(pH为5、6、7和8),以后每12h用相同溶液进行重复调整;对照反应瓶,不调节pH和不加入缓冲溶液(实测pH≈4);聚乙烯瓶用带有出气孔的橡胶塞密闭后,置于35℃恒温水浴摇床中进行培养.每12h测定培养液pH,第8、24、32、48、72、96、120、144h测定培养液化学组成.113 分析方法pH,TS,VS根据标准方法测定[11].总有机碳(T OC)采用multi NΠC3000分析仪(Analytik jena, G erman)测定.C、H、N、S通过元素分析仪CH NS2900测定(LEC O,US A).还原糖通过3,5二硝基苯磺酸法测定[11].在测定总糖和淀粉之前,首先将厨余垃圾在105℃下烘干,然后采用6m ol・L-1的HCl分别煮沸30min和2h,产生的水解液采用与还原糖相同的测试方法测定.在乳酸、挥发性有机酸和乙醇测定前,样品首先经4000r・min-1离心10min,然后以0145μm滤膜过滤,取滤液测定.乳酸用装有手性分离柱Astec C LC(Dikma,US A)的高效液相色谱1100 (Varian,US A)测定,流动相为5mm ol・L-1CuS O4溶液,流量1m L・min-1.挥发性有机酸采用液相色谱LC220AD(Shimadzu,Japan)测定,流动相采用甲苯磺酸,C DD检测器.乙醇采用气相色谱G C102分析(上海精密科学仪器有限公司).114 统计分析应用响应面分析法(response surface methodology, RS M)研究pH和发酵时间对L2乳酸产生浓度的交互影响.响应面生成和误差分析由统计分析软件Design2Expert Version710(Stat2Ease,Minneapolis, US A)完成.2 结果与讨论211 还原糖颗粒态物料发酵产乳酸需要经过水解、糖化和发酵产乳酸3个阶段,只有每个阶段的产物迅速被利用,才能保持代谢的连续性,否则将会发生产物积累,引起对代谢过程的抑制[12].在本实验中糖化和产乳酸过程是同步进行的.图1显示了不同pH条件下,厨余垃圾发酵液中还原糖浓度的变化.在各个pH条件下,发酵液中还原糖浓度都很低,且均呈先升高,后下降到最低的趋势.pH调节到近中性和偏碱性的各组(pH为6、7、8),还原糖浓度高于偏酸性组(pH=5和对照组),这是由于调节pH能够明显提高厨余垃圾的水解效率[13,14].图1 pH对厨余垃圾发酵液中还原糖浓度的影响Fig.1 E ffect of pH on the production of reduced sugar fromkitchen wastes fermentation212 乳酸不同pH条件下乳酸浓度的变化如图2所示.在120h的发酵时间内,不同pH条件下,乳酸浓度随发酵时间均呈线性递增(pH=8,线性回归方程288环 境 科 学28卷y =0143x ,R 2=01960;pH =7,线性回归方程y =0159x ,R 2=01909;pH =6,线性回归方程y =0135x -613,R 2=01916;pH =5,线性回归方程y =0115x -3131,R 2=01853;未调节pH ,线性回归方程y =0106x -0104,R 2=01926).由线性回归结果可知,控制pH 为7时,乳酸的产生速率最大为0159g ・(L ・h )-1;原料VS 的乳酸转化率同样最高达0162g ・g -1.而未调节pH 和pH =5时,在整个实验时间内,乳酸的产生随发酵时间增长缓慢.Sakai 等[15]的研究也表明,中温条件下,控制pH 为中性有利于厨房垃圾在非灭菌系统中乳酸的生成.图2 pH 对厨余垃圾发酵液中乳酸浓度的影响Fig.2 E ffect of pH on the production of lactic acid fromkitchen wastes fermentation图3显示了厨余垃圾在发酵120h 时,各发酵产物的组成(以碳表示).乳酸在发酵产物中占较高比例,尤其在控制pH =7和pH =8时,以有机碳表示的乳酸占发酵液总有机碳的78%和89%,而VFA 和乙醇的比例则相对较低.图3 pH 对厨余垃圾主要发酵产物组成的影响Fig.3 E ffect of pH on the distribution of fermentation productsfrom kitchen wastes fermentation213 乳酸的光学特性如图4所示,厨余垃圾乳酸发酵过程中,乳酸的2个同分异构体中,各pH 条件下,L 2乳酸浓度在实验前期均稳定上升,但最高浓度和出现时间有异.最高浓度与pH 值呈反比,pH =8组最高浓度为49g ・L-1,L 2乳酸产量为0148g ・g -1;出现时间次序分别为:72h (pH =7)、96h (pH =6)、120h (pH =8和未调节)和144h (pH =5).除未调节pH 组外,各组D 2乳酸浓度上升均滞后于L 2乳酸,因此,L 2乳酸在总乳酸中的比例,随发酵时间基本呈下降趋势,如pH =7组,乳酸光学纯度,从最高的0186(72h ),至144h 降为0144;但pH =8组,在整个发酵时间内,L 2乳酸在总乳酸中的比例始终保持在0186以上,最大为发酵48h 时(0193).图4 pH 对厨余垃圾发酵液中L 2或D 2乳酸产生浓度的影响Fig.4 E ffect of pH on the production of L 2or D 2lacticacid from kitchen wastes fermentation由于L 2乳酸是主要的乳酸异构体形式,因此应用RS M 分析了pH 和发酵时间对L 2乳酸产生的交互影响,如图5所示.得到的响应面方程为:Sqrt (L 2乳酸)=38177-21100×A -01078×B +01034×A ×B +1144E -004×B 2-1156E -004×A ×B 2-0120×A 3.实验因素、水平及响应值和方差分析结果分别见表2、表3.响应面方程差异性显著,方差为01919.3884期张波等:pH 和发酵时间对厨余垃圾发酵产乳酸及光学特性的影响RS M 分析表明,从总体上看,发酵前120h ,随着pH的升高和发酵时间的延长,L 2乳酸浓度会逐渐增大,但继续延长发酵时间,L 2乳酸浓度下降.图5 pH 和发酵时间对厨余垃圾发酵液中L 2乳酸浓度影响的响应面分析Fig.5 Response surface for L 2lactic acid production as a functionof pH and fermentation time表2 实验因数、水平及响应值T able 2 Factors ,levels and response value of designed experiments因素A 2pH因素B 2发酵时间Πh响应值L 2乳酸Πg ・L -1因素A 2pH因素B 2发酵时间Πh响应值L 2乳酸Πg ・L -1480104722145801057221968010672121578010772411588010872231142401149641452401659631962411969628147241013796381482471689633154321154120710532115512014136322116120221073213137120381683213138120491044811541446155482135144181164831061441913748361371442512848211081444510 乳酸具有L 2乳酸和D 2乳酸2个光学异构体是由于乳酸脱氢酶具有立体异构性,分为L 2乳酸脱氢酶和D 2乳酸脱氢酶,脱氢酶的类型决定着乳酸的光学纯度[16].多数乳酸细菌只具有1种脱氢酶,因此只产生L 2乳酸或D 2乳酸;同时,有些乳酸菌先产生表3 pH 和发酵时间对厨余垃圾发酵液中L 2乳酸浓度影响的响应面误差分析1)T able 3 Analysis of variance of response surface of the in fluence of pH andfermentation time on L 2lactic acid concentration影响因素方差和自由度均方差F PM odel 16911991818037164<010001S A 2pH 2714712714754199<010001S B 2发酵时间61111611112123010015AB 3187131877174010093A 20114101140127016057NS B21214911214925100<010001A 2B 010581010580112017357NS AB 251401514010182010026A 34161141619124010049B30165101651129012644NS1)S ,显著;NS ,不显著L 2乳酸,但当L 2乳酸积累和其它环境条件,如曝气、pH 、温度和营养等条件变化时[17～19],会诱导1种消旋酶,该酶把L 2乳酸转化为D 2乳酸,直至达到平衡[20].Lactobacillus helveticus ,Lactobacillus plantarum ,Lactobacillus cocus 等乳酸菌能够产生消旋混合物.因此,对于包含多种微生物种群的厨余垃圾,非灭菌、批式发酵条件下,发酵产生乳酸的光学纯度,既受微生物种群结构的影响,也与发酵环境条件和时间相关(影响乳酸累积水平).尽管由于发酵系统中多样的微生物菌群结构会限制乳酸光学异构体纯度的进一步提高,但中温和非灭菌条件,却有利于大多数乳酸细菌和各类水解微生物的生长,因此,可以得到比接种单一菌株的灭菌反应器更高的乳酸产量.本研究发现,pH 控制为8和发酵时间120h 条件下,可同时得到较高的乳酸产量和光学纯度的结果,对有机垃圾乳酸发酵的工艺优化具有参考价值.3 结论(1)采用非灭菌的厨余垃圾发酵产乳酸,发酵液中还原糖浓度低.pH 中性条件下,总乳酸产率和产量最大,分别为0159g ・(L ・h )-1和0162g ・g -1.(2)控制pH 为8时,L 2乳酸是主要的异构体形式,最大的L 2乳酸产量可达到0148g ・g -1.响应面分析表明,发酵前120h ,随着pH 的升高和发酵时间的延长,L 2乳酸浓度会逐渐增大,但继续延长发酵时间,L 2乳酸浓度下降.(3)pH 和发酵时间对L 2乳酸占总乳酸的比例有明显影响:偏酸性条件(未调pH 及pH =5),发酵前120h ,该比例随发酵时间逐渐增大,L 2乳酸在总488环 境 科 学28卷乳酸中的比例达到019;偏碱性条件下(pH=8),L2乳酸在总乳酸中的比例在整个发酵时间段内都保持在0186以上,在发酵时间48h时达到0193;而在pH 中性条件下,该比例在发酵后期显著下降.为同时获得高的乳酸产量和光学纯度,最优的pH应控制在8.参考文献:[1]Altaf M,Naveena B J,Venkateshwar M,et al.S ingle stepfermentation of starch to L(+)lactic acid by Lactobacillusamylophilus G V6in SSF using inexpensive nitrogen s ources toreplace peptone and yeast extract2Optim ization by RS M[J].ProcessBiochem istry,2006,41(2):465～472.[2]H ofvendahl K,Hahn2Hǎgerdal B.L2lactic acid production fromwhole wheat flour hydrolysate using strains of Lactobacilli andLactococci[J].Enzyme and M icrobial T echnology,1997,20(4):301～307.[3]M iura S,Arimura T,N oriakiitoda,et al.Production of L2lacticacid from corncob[J].Journal of Bioscience and Bioengineering,2004,97(3):153～157.[4]Y un J S,W ee YJ,Ryu H W.Production of optically pure L(+)2lactic acid from various carbohydrates by batch fermentation ofEnterococcus faecalis Rky1[J].Enzyme and M icrobial T echnology,2003,33(4):416～423.[5]G arde A,G unnar J,Anette S,et ctic acid production fromwheat straw hem icellulose hydrolysate by Lactobacillus pentosus andLactobacillus brevis[J].Biores ource T echnology,2002,81(3):217～223.[6]Nakasake K,Akadura N,Adachi T,et e of wastewatersludge as a raw material for production of L2lactic acid[J].Environmental Science and T echnology,1999,33(1):198～200.[7]W ang Q H,Y amabe K,Narita J,et al.Suppression of growth ofputrefactive and food pois oning bacteria by lactic acid fermentation ofkitchen waste[J].Process Biochem istry,2001,37(4):351～357.[8]S akai K,T aniguchi M,M iura S,et al.M aking plastics from garbage[J].Journal of Industrial E cology,2004,7(3～4):62～74.[9]Sakai K,M ori M,Fujii A,et al.Fluorecent in situ hybridizationanalysis of open lactic acid fermentation of kitchen refuse usingrRNA2targeted olig onucleotide probes[J].Journal of Bioscience andBioengineering,2004,98(1):48～56.[10]王旭明,汪群慧,任南琪,等.厨房垃圾中高效乳酸细菌的分离筛选及其发酵性能的研究[J].高技术通讯,2004,10:75～79.[11]国家环境保护总局.水和废水监测分析方法[M].(第四版).北京:中国环境科学出版社,2002.258～285.[12]W ang Q H,Narita J,X ie W M,et al.E ffects of anaerobicΠaerobicincubation and storage tem perature on preservation and deodoriztionof kitchen garbage[J].Biores ource T echnology,2002,84(3):213～220.[13]何品晶,潘修疆,吕凡,等.pH值对有机垃圾厌氧水解和酸化速率的影响[J].中国环境科学,2006,26(1):57～61. [14]吕凡,何品晶,邵立明,等.pH值对易腐性有机垃圾厌氧发酵产物分布的影响[J].环境科学,2006,27(5):991～997.[15]Sakai K,Murata Y,Y amazum i H,et al.Selective proliferation oflactic acid bacteria and accumulation of lactic acid during openfermentation of kitchen refuse with interm ittent pH adjustment[J].F ood Science and T echnology Research,2000,6:140～145.[16]H ofverdahl K,Hahn2h gerdal B.Factors affecting lactic acidproduction from renewable res ources[J].Enzyme and M icrobialT echnology,2000,26(2～4):87～107.[17]Akerberg C,H ofvendahl K,Z acchi G,et al.M odeling thein fluence of pH,tem perature,glucose and lactic acid concentrationon the kinetics of lactic acid production by Lactococus lactis spp.lactis ATCC19435growing on maltose[J].Applied M icrobiology andBiotechnology,1998,49(6):682～690.[18]Bobillo M,M arshall V M.E ffect of salt and culture aeration onlactate and acetate production by Lactobacillus plantarum[J].F oodM icrobiology,1991,8(2):153～160.[19]S iebold M,v on Frieling P,Joppien R,et al.C om paris on of theproduction of lactic acid by three different Lactobacilli and itsrecovery by extraction and elecrodialysis[J].Process Biochem istry,1995,30(1):81～95.[20]杨洁彬,郭兴华,凌代文,等.乳酸菌———生物学基础及应用[M].北京:中国轻工业出版社,1996.106.5884期张波等:pH和发酵时间对厨余垃圾发酵产乳酸及光学特性的影响。
初始pH值对餐厨垃圾高温高含固率厌氧发酵产酸的影响
初始pH值对餐厨垃圾高温高含固率厌氧发酵产酸的影响王艳琴;张洁;刘月娥;赵晨曦【摘要】研究了高温(55℃)、高含固率(TS为20％)条件下初始pH(5,7,9)值对餐厨垃圾厌氧发酵产挥发性脂肪酸(VFA)的影响.结果表明:增加初始pH值能显著提高VFA浓度和产率.初始pH =9的体系发酵结束时VFA浓度和产率最高,分别为23.48 g/L、0.095 g/gVSfed.初始pH =7时以丁酸型发酵为主导;pH=9时则以乙酸型发酵为主导,更适合作为废水脱氮除磷过程的碳源.因此,从产酸率和产酸类型而言,适当提高餐厨垃圾初始pH值更有利于其向目标产物VFA转化.【期刊名称】《桂林理工大学学报》【年(卷),期】2016(036)003【总页数】5页(P562-566)【关键词】餐厨垃圾;高温厌氧发酵;高含固率;初始pH值;挥发性脂肪酸【作者】王艳琴;张洁;刘月娥;赵晨曦【作者单位】新疆大学化学石油天然气精细化工教育部和自治区重点试验室,乌鲁木齐830046;新疆大学化学化工学院,乌鲁木齐830046;新疆环境保护科学研究院,乌鲁木齐830011;新疆大学化学石油天然气精细化工教育部和自治区重点试验室,乌鲁木齐830046;新疆大学化学化工学院,乌鲁木齐830046;新疆环境保护科学研究院,乌鲁木齐830011【正文语种】中文【中图分类】X799.3餐厨垃圾有机质含量高，易腐败发臭，处理不当会造成环境污染和资源浪费。
近年来随着人们生活水平的提高，餐厨垃圾的产生量也不断增加。
因此，如何实现餐厨垃圾的有效利用成为亟待解决的问题。
而采用厌氧发酵方法处理餐厨垃圾是实现餐厨垃圾减量化、资源化的有效手段之一。
除厌氧发酵产生的沼气外，发酵酸化过程产生的挥发性脂肪酸（VFA）还是用作污水处理反硝化过程的具有较高价值的碳源［1-2］。
厌氧发酵水解酸化阶段受各种因素的影响，其中pH值的影响较大。
pH值不仅影响厌氧发酵水解酸化的产物分布，还会影响厌氧体系中微生物的代谢途径［3-6］。
【推荐下载】pH对餐厨垃圾厌氧发酵产氢过程的影响
[键入文字]pH 对餐厨垃圾厌氧发酵产氢过程的影响北极星固废网讯: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1。
物料调理缓解餐厨垃圾厌氧发酵酸化效应及其机制研究
第环境卫生工程Vol.31卷第4期2023年8月Environmental Sanitation Engineering 31No.4Aug.2023物料调理缓解餐厨垃圾厌氧发酵酸化效应及其机制研究*蓝苑瑗，吴松，王磊（同济大学污染控制与资源利用重点实验室，上海200092）【摘要】为解决餐厨垃圾在厌氧发酵过程中易酸化的问题，在餐厨垃圾厌氧发酵中分别添加不同比例的家庭厨余垃圾和沼渣生物炭作为调理剂，研究了两种调理剂对餐厨垃圾在厌氧发酵水解酸化阶段pH、总挥发性脂肪酸和溶解性蛋白质浓度的影响。
结果表明，添加沼渣生物炭，发酵过程中产酸增加，溶解性蛋白质浓度下降，无法缓解酸化。
添加家庭厨余垃圾虽然也促进产酸，但同时提高了发酵液中溶解性蛋白质含量，TS为15%的条件下，家庭厨余垃圾添加比例分别为1∶3、1∶1、3∶1组的发酵液溶解性蛋白含量较对照组分别提高了27.7%、55.2%、58.9%，因此提高系统碱度，可缓解厌氧发酵酸化，维持稳定pH。
【关键词】餐厨垃圾；厌氧发酵；家庭厨余垃圾；沼渣生物炭；酸化中图分类号：X799.3文献标识码：A文章编号：1005-8206（2023）04-0027-08DOI：10.19841/ki.hjwsgc.2023.04.005Study of Material Conditioning Alleviating Acidification Effect in Anaerobic Fermentation of Restaurant Food Wasteand Its MechanismLAN Yuanyuan，WU Song，WANG Lei（State Key Laboratory of Pollution Control and Resource Reuse，Tongji University，Shanghai200092）【Abstract】In order to solve the problem of acidification in restaurant food waste anaerobic fermentation（RFWAF）. Different proportions of household food waste（HFW）and biogas residue biochar were added as conditioning agents intothe acidogenic reactor.The effects of two conditioners on pH，total volatile fatty acids（TVFAs）and dissolved protein concentrations of restaurant food waste during the process of RFWAF acidification and acidification were studied.The results showed that biogas residue biochar could promote the accumulation of TVFAs and decrease the concentration of dissolved protein，which could not alleviate acidification.Although adding HFW promoted the accumulation of TVFAs，it also improved the content of dissolved protein in fermentation liquid.Under the condition of15%TS，when the mass of household food waste addition were1∶3，1∶1，3∶1，the average protein concentration increased by27.7%，55.2%and58.9%compared with control group，respectively.Therefore，the anaerobic fermentation acidification could be alleviatedand pH could be maintained stable by improving the alkalinity of the system.【Key words】restaurant food waste；anaerobic fermentation；household food waste；biogas residue biochar；acidifying0引言餐厨垃圾指相关企业和公共机构在食品加工、饮食服务、单位供餐等活动中产生的食物残渣、食品加工废料和废弃食用油脂［1］。
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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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46
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