餐厨废弃物复合酶解预处理-厌氧发酵中试工程研究

为获得复合酶解预处理-厌氧发酵二步法工艺稳定性工程数据,在中温（35±2）℃条件下,采用自行设计的1 m³太阳能辅热连续搅拌式（CSTR）厌氧反应器,进行了180 d的连续式餐厨废弃物中试厌氧发酵效果研究,结果表明：餐厨废弃物复合酶解预处理-厌氧发酵二步法工艺具有良好的运行稳定性及较高的发酵效率,中试工程有机负荷可达约3.5 kgVS·m^-3·d^-1,单位总固体（TS）及挥发性固体（VS）产气率、产气平均甲烷（CH₄）含量、容积产气率等指标可分别达到645.19 L·kg^-1、685.06 L·kg^-1、75.54%和2.37 m³·d^-1,折合餐厨废弃物原料产气量158 m³·t^-1。     

餐厨废弃物厌氧发酵工艺优化

[目的]考察温度、有机负荷、接种量3个关键参数对餐厨废弃物厌氧发酵过程的综合影响。[方法]采用正交试验法综合考察了批量式发酵过程餐厨废弃物产沼气及降解效果,并进行了验证试验。[结果]温度是影响餐厨废弃物厌氧发酵的显著因素;最佳发酵条件为温度35℃、接种量350 g、有机负荷40 g,在此条件下发酵产气中平均CH4含量可达68.75%,TS产气率及VS产气率分别为661.96和708.97 m L/g,能源转化效率可达79.92%。[结论]可为以餐厨废弃物为原料的沼气工程提供技术参考。     

餐厨废弃物生产微生物油脂酶解条件的研究

针对餐厨废弃物中的可利用成分,采用复合酶制剂对餐厨废弃物进行处理,确定适宜酶解条件,使餐厨废弃物可作为培养基用于发酵生产微生物油脂.通过试验得出适宜酶解条件为:同时加入淀粉酶8 u·g-1原料、糖化酶200 u·g-1原料、蛋白酶50 u·g-1原料、纤维素酶50 u·g-1原料,pH5~7,50~60℃水解2 h.将酶解液做适当调整后接入健强地霉G9菌株发酵,最终可产油脂9.74 g·L-1,即每吨餐厨废弃物可产油脂近20 kg.     

餐厨垃圾高温堆肥原料预处理优化研究

餐厨垃圾水分含量和有机质含量较高，在资源化处理前，需要提前对原料进行预处理，以降低初始含水率和去除杂质。为快速、有效地完成预处理工序，选取分选、破碎、脱水等因素，检验经以上因素预处理后堆肥制品的水分、有机质、总养分等的质量分数，并运用配对样本t检验方法进行显著性分析。结果表明：有分选的堆肥制品的有机质、总养分含量显著高于无分选的堆肥制品，但对水分含量无显著影响；破碎等级改变对检验结果没有显著影响；脱水二档与一档的水分含量显著高于三档，脱水三档的有机质、总养分含量显著高于一档。最终，优化得到的预处理工序是经分选、破碎2级、脱水三档。     

嘉兴市餐厨废弃物秋冬理化特性

[目的]明确嘉兴市餐厨废弃物秋冬理化特性。[方法]针对餐厨废弃物一日三餐随季节的变化情况,跟踪分析其含水率、挥发性固体(VS)、总固体含量(TS)、氨氮、总氮(TN)、总碳(TC)及p H,分析餐厨废弃物性质变化对后续加工处理的要求。[结果]嘉兴市餐厨废弃物的含水率为70%左右;TS和VS值均为0.1~0.5;TC含量为70~80 mg/L;TN含量为6~16 mg/L;p H略偏酸性(6~7)。[结论]试验结果为后续的餐厨废弃物的资源化提供了理论依据。     

餐厨废弃物生产微生物油脂酶解条件的研究

针对餐厨废弃物中的可利用成分,采用复合酶制剂对餐厨废弃物进行处理,确定适宜酶解条件,使餐厨废弃物可作为培养基用于发酵生产微生物油脂。通过试验得出适宜酶解条件为:同时加入淀粉酶8 u.g-1原料、糖化酶200 u.g-1原料、蛋白酶50 u.g-1原料、纤维素酶50 u.g-1原料,pH5～7,50～60℃水解2 h。将酶解液做适当调整后接入健强地霉G9菌株发酵,最终可产油脂9.74 g.L-1,即每吨餐厨废弃物可产油脂近20 kg。     

餐厨废弃物作堆肥对盆栽番茄产量及品质影响

采用盆栽试验以常规量化肥(CF)、不施肥(CK)为对照,研究了餐厨废弃物(FW)、鸡粪(CM)、猪粪(PM)、马粪(HM)、牛粪(BM)等有机肥对番茄生长发育、产量及果实品质的影响。结果表明:餐厨废弃物促进番茄植株生长发育的效果优于其他有机肥处理。餐厨废弃物、猪粪、牛粪、马粪、化肥、鸡粪、对照各处理番茄的产量分别为863.6 g.pot-1,825.0 g.pot-1,816.3 g.pot-1,766.9 g.pot-1,672.0 g.pot-1,659.1 g.pot-1,616.7 g.pot-1。番茄地上部分生物量变化次序为餐厨废弃物猪粪牛粪马粪鸡粪化肥对照。餐厨废弃物处理番茄Vc、可溶性糖含量显著高于其他处理,Vc含量分别比牛粪、猪粪、鸡粪、化肥、对照处理提高7.0%、10.0%、14.4%、14.8%和18.2%;可溶性糖含量分别比猪粪、鸡粪、化肥、对照处理提高9.7%、11.6%、19.3%和60.0%;餐厨废弃物处理番茄糖酸比为7.73,显著高于其他处理。因此,餐厨废弃物能促进番茄生长发育,提高番茄产量与品质,在蔬菜生产中可以作堆肥替代部分化肥与其他动物性有机肥,具有广泛应用前景。     

餐厨垃圾厌氧发酵产甲烷综述

针对餐厨垃圾厌氧发酵产甲烷过程,从工艺参数、工艺应用等方面阐述了国内外进展,并对餐厨垃圾厌氧发酵技术的规模化应用提出今后的研究方向。     

论政府在餐厨废弃物再资源化监管中的职能定位

阐述了餐厨废弃物的相关概念并分析了其监管现状,在此基础上研究了政府加强餐厨废弃物再资源化监管的必要性和可行性。最后提出了相应的对策:政府监管的定位应立足于协调市场准入秩序,理顺监管、规范检测手段,同时应明确政府不同职能部门的分工、政府干预的范围、管理的成本以及收益等。     

负离子材料收运桶对饲料用餐厨废弃物抑菌作用的研究

饲料加工前饲用餐厨废弃物的品质是保证饲料安全性的关键。为延缓饲料用餐厨废弃物的腐败,本文初步探索了负离子材料收运桶对餐厨废弃物的抑菌作用。对比研究了负离子材料收运桶(负离子含量7 000~8 000个/cm3)与普通桶处理的饲料用餐厨废弃物细菌总数及优势菌群的差异。用传统平板计数法测定细菌总数,PCR-DGGE技术测定优势菌群。结果表明,两种桶处理的餐厨废弃物中细菌总数的数值及变化趋势无明显差异,相同时间点及基质类型的餐厨废弃物的优势菌群差异不明显,但可以提高餐厨废弃物在储运过程中的新鲜度,明显的祛除酸臭味,改善餐厨废弃物周围空气的质量。     

不同原料配比对餐饮废弃物高温厌氧发酵的影响

【目的】探索不同原料配比对餐饮废弃物高温厌氧发酵的影响,为餐饮废弃物最大资源化利用提供理论依据。【方法】用环境监测布点法检测陕西杨凌餐饮废弃物的有机成分含量,根据检测结果,采用农业部西北沼气分中心自行设计的厌氧发酵装置,选取产气量和甲烷含量作为指标,于55 ℃下考察不同原料配比对餐饮废弃物厌氧发酵的影响。【结果】各处理组产气特征差异明显。发酵第1～3天,第6组(m(米饭)∶m(餐巾纸)∶m(熟肉)=3∶4∶3)累计产气量最高,为5 410 mL,第11组最低,为3 150 mL;发酵第2天,第3组(m(米饭)∶m(餐巾纸)∶m(熟肉)=2∶4∶4)甲烷含量最高,为16.7%,第29组最低,为1.3%。发酵总过程中第10组的累计产气量、产气率和稳定产气阶段甲烷含量最高,分别为8 400 mL、140.94 mL/g和49.9%,表明餐饮废弃物高温厌氧的最佳原料配比为m(米饭)∶m(餐巾纸)∶m(熟肉)=4∶4∶2。【结论】确定了餐饮废弃物高温厌氧发酵中不同原料的最优配比,通过合理调控初始配比,可以实现对餐饮废弃物资源的最大化利用。     

接种比对餐厨垃圾中温厌氧消化的影响

在(37±1)℃条件下采用批式厌氧消化试验方法,研究接种比(m(接种物)∶m(底物),按挥发性固体(VS)计)为1∶1、2∶1、3∶1和4∶1时去油和未去油餐厨垃圾的厌氧消化性能。结果表明:未去油和去油后餐厨垃圾发酵过程中,接种比为3∶1时产气量最高,单位挥发性固体(VS)沼气累积产气量分别为951.2和851.4mL/g,单位VS甲烷累积产气量分别为546.1和499.1mL/g;接种比为1∶1时,产气量最低,单位VS沼气累积产气量分别为831.5和730.3mL/g,单位VS累积产甲烷量分别为524.1和425.8mL/g。接种比为1∶1时,未去油和去油后餐厨垃圾在厌氧消化初始阶段pH较低,且沼气日产气量和甲烷浓度也明显低于其他各组。未去油餐厨垃圾累积产气量比去油后餐厨垃圾累积产气量高12.6%。随着接种比逐渐提高(1∶1~4∶1),未去油和去油后餐厨垃圾发酵过程延滞期逐渐缩短;未去油餐厨垃圾在适宜接种比(2∶1~4∶1)范围内延滞期均高于去油餐厨垃圾。餐厨垃圾油脂含量较高,厌氧消化延滞期较长;提高接种比有利于缩短消化时间,提高反应器运行效率。     

有机负荷与回流比对餐厨垃圾两相厌氧消化的影响

【目的】研究产甲烷相的有机负荷与沼液的不同回流比在餐厨垃圾两相厌氧消化过程中对产酸和产气的影响。【方法】以餐厨垃圾为原料,采用两相厌氧消化工艺,分别设置了不同的有机负荷与回流比,考察两者对两相厌氧消化产酸和产气的影响。【结果】沼液回流可以提高产酸相的pH,促进餐厨垃圾酸化,在产酸相有机负荷(以挥发性固体物含量计,下同)为11.33 g·L~(–1)·d–1时,回流比为10%、30%和50%处理的挥发性脂肪酸(VFA)质量浓度分别为11 598.48、12 998.41和14 967.64 mg·L~(–1),比空白处理(CK)分别提高了9.06%、22.23%和40.74%;在沼液不回流时,产甲烷相的最适有机负荷为6.38 g·L~(–1)·d–1,当负荷提高至8.50 g·L~(–1)·d–1时,系统出现了酸抑制现象,而回流比为50%时,可以提高系统的缓冲性,维持系统的稳定;回流比50%处理的平均负荷产气量(以挥发性固体物含量计)为486.14 mL·g~(-1),比CK、回流比10%和30%处理分别提高了29.84%、20.80%和9.13%。【结论】餐厨垃圾两相厌氧消化过程中,沼液不回流时,产甲烷相的最适有机负荷为6.38 g·L~(–1)·d–1;继续提高有机负荷,系统会产生酸抑制现象;当沼液回流比为50%时,产甲烷相的最适有机负荷可以提高至8.50 g·L~(–1)·d–1,系统可以保持稳定运行。     

生物质飞灰对餐厨垃圾两相厌氧消化的影响

为解决餐厨垃圾在厌氧消化过程中的酸抑制问题,并为生物质飞灰提供新的资源化利用途径,在产酸相中添加不同比例的飞灰,研究了生物质飞灰对餐厨垃圾中温两相厌氧消化过程中产酸和产气的影响。结果表明:添加生物质飞灰可以提高酸化相的p H值,促进餐厨垃圾酸化,添加3%的生物质飞灰,产酸相的挥发性脂肪酸(VFA)的平均浓度为9 845.45 mg·L-1,比空白处理(CK)提高了49.66%,差异显著;添加3%生物质飞灰处理的产甲烷相更稳定,产气效果更好,累积产气量为27.43 L,比0、1%、4%和5%的飞灰添加比例分别高了25.15%、13.70%、4.34%和6.55%;添加3%生物质飞灰处理的平均负荷产气量为490.33 m L·g VS-1,比0、1%、4%和5%的飞灰添加比例平均值分别提高了22.49%、12.35%、6.36%和8.22%。研究表明,添加生物质飞灰有助于促进餐厨垃圾酸化和提高产甲烷相的产气量;在高有机负荷的时候,添加生物质飞灰有助于提高系统运行的稳定性。     

响应面法优化餐厨垃圾和牛粪混合两相厌氧发酵酸化条件

为提高废弃物厌氧发酵的利用率,开展了牛粪和餐厨垃圾混合两相厌氧发酵过程中酸化条件优化的研究,探究在酸化相中搅拌频率、搅拌速率、酸化浓度、酸化时间和酸化温度对甲烷产率的影响。单因素试验结果表明,最佳的搅拌频率、搅拌速率、酸化浓度、酸化时间和酸化温度分别为:3次·d~(-1)(2 min·次~(-1))、50 r·min~(-1)、12%、8 h和35℃。在单因素试验基础上,采用响应面法对发酵过程中酸化条件进行优化,以甲烷产率为响应值,选取酸化温度、酸化浓度和酸化时间3个因素研究其对发酵过程中产气率的影响。结果表明,对甲烷产率影响的大小顺序为酸化时间酸化温度酸化浓度。最佳的酸化条件为:酸化时间7.6 h、酸化温度35.8℃和酸化浓度10.4%;搅拌频率和搅拌速率分别为3次·d~(-1)(2 min·次~(-1))和50 r·min~(-1)。采用最佳酸化条件处理后,混合原料的甲烷产率可达290.5 mL·g~(-1)VS,比未经酸化处理提高了17.9%。研究表明,对牛粪和餐厨垃圾两相厌氧发酵中酸化相的酸化条件进行优化,可提高甲烷产率、甲烷含量及VS去除率。     

冻干预处理对烤后废弃烟叶产甲烷潜力的影响

为探究冷冻真空干燥预处理对烤后废弃烟叶产甲烷潜力的影响，实现烤后废弃烟叶的资源化利用，促进碳中和背景下烟草行业绿色清洁生产体系的发展，对烤后废弃烟叶分别进行0、1、3、5、10 h冷冻真空干燥预处理（L1~L5），比较了预处理前后烤后废弃烟叶表面微观结构、木质纤维素结构、总糖含量、烟碱含量等的变化，并对烤后废弃烟叶进行了产甲烷潜力（BMP）测试分析。结果显示：未预处理（L0）与L1~L5处理烤后废弃烟叶BMP值（以单位质量挥发性固体在厌氧条件下的产甲烷量表示）分别为200.74、208.64、220.98、224.28、211.11、209.30 mL · g^-1，预处理较未预处理BMP分别增加了3.94%、10.08%、11.73%、5.16%及4.26%。经冷冻真空干燥预处理后，烟叶表面呈现褶皱和卷曲，产生疏松多孔的物理结构，有效增大了微生物接触面积。但长时间的真空干燥除了较大程度增加预处理能耗，还会造成烟叶有机成分的损失。因此，基于预处理能耗成本和甲烷产量效益的综合考虑，应控制冻干时长，进一步优化预处理工艺。     

High-solid Anaerobic Co-digestion of Food Waste and Rice Straw for Biogas Production

Anaerobic co-digestion of food waste（FW） and rice straw（RS） in continuously stirred tank reactor（CSTR） at high organic loading rate（OLR） was investigated. Co-digestion studies of FW and RS with six different mixing ratios were conducted at an initial volatile solid（VS） concentration of more than 3 g VS · L-1. The biogas production, methane contents, degradation efficiency of VS, chemical oxygen demand（COD） and volatile fatty acids（VFAs） were determined to evaluate the stability and performance of the system. The results showed that the co-digestion process had higher system stability and higher volumetric biogas production than mono-digestions. Increase in FW content in the feedstock could increase the methane yield and shorten retention time. The efficiency of co-digestion systems mainly relied on the mixing ratios of FW and RS to some extent. The highest methane yield was 60.55 m L· g V· S-1 · d-1 at a mass ratio（FW/RS） of 3 ： 1, which was 178% and 70% higher than that of mono-digestions of FW and RS, respectively. Consequently, the anaerobic co-digestion of FW and RS could have superior stability and better performance than monodigestions in higher organic loading system.     

MC1预处理对豆秸水解特性及产甲烷效率的影响

为提高大豆秸秆厌氧发酵产气性能,本文利用复合菌系MC1对灭菌秸秆(SS)及未灭菌秸秆(NSS)进行预处理,研究预处理时间对秸秆水解特性及产甲烷效率的影响。结果表明:MC1能有效降解大豆秸秆,SS经12 d预处理,其纤维素及木质素降解率分别为41.71%和29.92%,显著高于NSS(P0.05)。SS预处理体系中VFAs含量显著高于NSS(P0.05),且两者分别在预处理3 d及7 d浓度达到最高,分别为2.18 g·L~(-1)(SS)和1.52 g·L~(-1)(NSS),预示杂菌减缓了MC1对秸秆的降解速率。乙酸是预处理体系中最主要的VFAs产物,整个预处理期间SS和NSS水解液乙酸含量分别高于72.41%和56.23%。与未处理大豆秸秆相比,经过3 d预处理,SS和NSS预处理体系的甲烷累积产量分别提高了36.86%和34.27%,其最大产甲烷速率分别为21.69 mL·d-1·g-1VS和17.44mL·d-1·g-1VS,表明MC1预处理能有效提高大豆秸秆厌氧发酵性能。     

预处理对废纸纤维素酶水解的影响

为了促进废纸类生物质资源的回收利用,采用蒸汽爆破、NaClO2处理、NaClO2结合NaOH处理、NaOH处理和氨水浸泡这5种方法对废鞋盒碎片进行预处理,以改善废纸的纤维素酶水解。分析了预处理后废纸中木素和半纤维素含量、纤维的表面结构和结晶度的变化,并探讨了这些变化对纤维素酶水解效果的影响。结果表明:蒸汽爆破预处理对木素和半纤维素的去除效果最好,碱处理对半纤维素的去除效果不好。预处理使原料的表面变得粗糙,尤其是NaOH处理导致的变化最大。预处理后,原料的结晶度有升有降。酶解试验表明木素和半纤维素的含量、原料表面粗糙程度与纤维素酶水解速率之间均不存在明显的相关性。但是结晶度与纤维素酶水解速率关系明显,结晶度越低,酶水解速率越快。NaOH预处理的原料结晶度最低,纤维素酶水解率最高,为45.4%。