JS—ST湿热水解处理对餐厨废弃物固相油脂浸出效果及对厌氧消化产气潜力的影响

来源 :中国绿色画报 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wra207
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  摘要:设计JS-ST湿热水解处理温度、时间的试验,研究JS-ST湿热水解参数对餐厨废弃物固相油脂浸出效果及厌氧消化产气潜力的影响。结果表明,餐厨废弃物经过JS-ST湿热水解处理后,固相油脂浸出效果及厌氧消化产气率明显提高。在180℃,处理30min的湿热水解条件下,餐厨废弃物的可浮油含量达到最高,单位餐厨废弃物(非干基)可浮油含量达到了18.78mL/kg;随着温度的升高和加热时间的延长,餐厨废弃物的固相油脂的浸出量呈上升趋势,当温度达到180℃、加热时间达到30min时最佳;经过JS-ST湿热水解处理并油水分离后的餐厨废弃物厌氧消化的产气率比未经JS-ST湿热水解处理后的餐厨废弃物的产气率提高了7.7%。试验结果表明JS-ST湿热水解处理对餐厨废弃物厌氧消化反应产气率有显著的提高。
  关键词:JS-ST;湿热水解;厌氧消化;产气潜力;产气率;餐厨废弃物;
  中图分类号:X705文章标识码:A 文章编号:1672-2310(2015)11-005-013
  Effect of Kitchen WasteSolid-phase Oil Leaching and Impact on Biogas Production Potential of Anaerobic Digestion from JS-ST Hydrothermal Treatment
  Chai Jianzhong,Xi Shifeng,BaiYujuan
  (Qinghai Jieshen Environment and Energy Industry Co., Ltd., Xining 810007)
  Abstract: Design the test of JS-ST hydrothermaltreatment temperatureand time, research JS-ST parameters on effect of kitchenwastesolid-phase oil leachingand impact on biogas production potential of anaerobic digestion. The results showed that kitchen waste after JS-ST hydrothermal treatment, the effect of kitchen waste solid-phase oil leachingand biogas production of anaerobic digestion has improved significantly.Underthe hydrothermaltreatmentconditions that when treatment temperature is 180℃ andtreatment time is 30min, the content of floatable oil from kitchen wastecan be reached the highest, unit kitchen waste (non-dry basis) content of floatable oil can be reached 18.78mL/kg; with increasing treatmenttemperature and prolongingtreatment time, the amount of kitchen waste solid-phase oil leachingshows an up-trend, the best treatment conditionsis temperature 180℃ andtime30min; the biogas production rate of kitchen wasteanaerobic digestionafter JS-ST hydrothermal treatmentand oil-water separated is higher than the without JS-ST hydrothermal treatment and oil-water separated, increased by 7.7%. The results showed that biogas production rate of kitchen waste anaerobic digestion afterJS-ST hydrothermaltreatmenthasimprovedsignificantly.
  Keywords: JS-ST; hydrothermal; anaerobic digestion; biogas production potential; biogas productionrate; kitchen waste;
  引言
  有机废物就是指在生产、生活和其他活动中产生的丧失原有利用价值或者虽未丧失利用价值但被抛弃或者放弃的固态、液态或者气态的有机类物品和物质。其中有机固体废弃物占了相当大的比例,在我国餐厨废弃物的数量亦十分客观。
  我国餐饮行业日益发展,餐饮企业不断增加,每天产生巨量的餐厨废弃物。据北京市发展改革委统计:北京市每天产生1200吨餐厨废弃物。清华大学环境系固体废物污染控制及资源化研究所的统计数据显示:我国城市每年产生餐厨废弃物不低于6000万吨。餐厨废弃物营养丰富,是宝贵的可再生资源,具有很大的回收利用价值[1]。对餐厨废弃物进行合理利用可以实现废物资源化,在一定程度上是解决我国物资、能源紧缺问题的有效途径。
  餐厨废弃物主要成分包括米和面粉类食物残余、蔬菜、动植物油、肉骨等,从化学组成上,有淀粉、纤维素、蛋白质、脂类和无机盐[2][3]。餐厨废弃物的固体含量通常为20%左右,含水率高(65%-95%)[4],脱水性能差,热值为2100-3100kJ/kg[5],和生活垃圾一起焚烧,达不到垃圾焚烧发电的发热要求的热值5000kJ/kg。   据统计,每吨餐厨废弃物可以提炼出20-80kg废油脂,经过集中加工处理,可以制成脂肪酸甲酯类物质,即生物柴油[6]。生物制柴油是将餐厨废弃物粗加工提炼出垃圾油,其成分和植物油非常接近,可作为生物柴油的半成品原料直接用于生产。国内实验表明,用垃圾油为原料与甲醇进行酯交换反应,用浓硫酸作催化剂,可以制备生物柴油,基本符合美国的生物柴油质量标准[7]。
  目前,全球每年产生的城市生活垃圾约为500亿吨,餐厨废弃物占其中的10-20%[8],餐厨废弃物营养元素丰富,C/N较低,含有大量的微生物菌种等,具有很高的产甲烷能力[9],如果能将其中的有机质转化为生物质沼气,不仅解决了餐厨废弃物的出路,实现其减量化,而且可以替代石油、天然气等部分不可再生能源,实现社会、经济及环境协调统一可持续发展。因此近20年来,国内外的研究人员对餐厨垃圾厌氧发酵技术进行了大量的试验,如曹萍等[10]采用高温好氧法对厨房垃圾进行了处理;Hazel等[11]研究了对餐厨垃圾实施新型的预处理方法来提高厌氧发酵效率;王星等[12]研究了使用添加剂对餐厨垃圾厌氧发酵发酵过程的影响等,这些研究大多工艺条件复杂或因运行成本较高或因浓度低,不适合餐厨废弃物的处理。
  鉴于此,我们采用JS-ST湿热水解处理方法,研究不同湿热水解温度、时间等处理条件对餐厨废弃固相油脂浸出以及对厌氧消化产气率的影响。通过确定最佳JS-ST最佳湿热处理条件,提高餐厨废弃物油水分离效果及厌氧消化的产气率。
  餐厨废弃物取自青海洁神环境能源产业有限公司餐厨废弃物处理厂输送螺旋末端,手工分拣骨头、筷子、纸盒等大块杂物,破碎至2-5mm,置于4℃冰箱中储存备用。其组份如下表:
  试验因素和水平的选择是基于前期的研究成果,最大限度改变餐厨废弃物理化性质的温度和时间范围。
  选取80℃、100℃、120℃、140℃、160℃、180℃、200℃共7个温度水平,10min、20 min、30 min、40 min、50 min、60 min共6个加热水平时间进行42组实验。在每次实验开始前,需用纯净水将JS-ST装置清洗3遍,之后加入待处理的餐厨废弃物10.3g于反应器中,然后将JS-ST装置进行密闭,将钠溶液水槽的温度加热至实验温度,维持钠溶液水槽的温度处于实验温度,然后将装有餐厨废弃物的小型JS-ST装置放入钠溶液水槽。加热到规定的温度,作为0点计时,保温到规定时间后,然后取一部分经JS-ST装置处理后的样品利用离心脱水机在3000r/min离心脱水15min,得油水混合物,取油水混合物再经过油水分离器进行油水分离,测定油含量。所得含油量占总含油量的总百分比即为油脂的分离率。
  将最佳JS-ST湿热水解处理条件下的餐厨废弃物与普通条件(80℃,时间为30min)处理后的餐厨废弃物放入小型厌氧反应罐中进行厌氧消化,分别测定第5日、第10日、第15日、第20日、第25日、第30日、第40日、第50日、第60日的产气率。
  测定方法
  采用玻璃电极法测定pH;采用烘干法测定总固体(TS),70℃烘干24h;水中油的测定采用索氏提取法[13];沼气产量采用饱和NaCl溶液排水集气法[14]。
  结果与讨论
  2.1 JS-ST装置湿热水解处理参数对餐厨废弃物油水分离的影响
  垃圾中的油脂主要以可浮油、分散油、乳化油、分解油以及含油固体等5中形式存在;其中可浮油粒径较大,静置后能较快上浮。可浮油是处理餐厨废弃物可生化途径的重要影响因素。含油固体中的油脂多以固态与垃圾固相结合,主要以动物脂肪为主,脱除较难。
  餐厨废弃物中的可浮油含量的多少直接关系脱油性能。餐厨废弃物可浮油含量随着加热时间的变化而变化。如图1所示。可浮油含量随着加热时间的延长呈上升趋势,并且温度越高,含油固体分解,浸出油脂含量增加,可浮油含量增加越快。当试验温度为180℃、加热时间为30min时,可浮油含量最高,单位餐厨垃圾(非干基)可浮油含量达到了18.78mL/kg,继续加热,可浮油含量开始降低,这说明固相油脂已经完全浸出;固相油脂的浸出效果达到最佳。
  2.2 JS-ST装置湿热水解处理对餐厨废弃物厌氧消化产气率的影响
  餐厨废弃物经过JS-ST装置湿热水解处理后,能将大分子不溶性有机物水解成可溶性物质,再进一步酸化形成小分子有机酸,VFA是餐厨废弃物水解酸化的重要产物,也是厌氧发酵过程的重要中间产物,直接影响产甲烷潜力。湿热水解作用增加了大分子有机物的水解程度,使其降解产物的小分子有机酸含量提高;小分子有机酸对大分子生物质降解反应具有一定的催化效应。由图2可知,经过JS-ST湿热水解后,厌氧消化产气率提高显著,厌氧反应25天后,厌氧消化产气率达到最高,随着厌氧消化时间的延长,产气率没有明显的变化;经过JS-ST湿热水解后餐厨废弃物厌氧消化产气率比未经JS-ST处理的餐厨废弃物厌氧消化产气率提高了7.7%左右。
  2.3反应机理分析
  有机物的水解反应类型主要有:卤代烃的水解、芳磺酸的水解、腈的水解、羧酸衍生物的水解、油脂的水解、糖的水解及核酸的水解等类型[15]。餐厨废弃物中有机物质丰富,含有淀粉、纤维素、蛋白质、脂类等,通过对餐厨废弃物进行湿热水解处理,可以将这些有机物有效的转化成液相小分子有机质,为固相油脂的浸出和提高产气率提供有力帮助。
  2.3.1湿热水解对固相油脂浸出的影响
  在湿热水解条件下,通过高温高压的作用改变餐厨废弃物的理化性质,水的密度、离子积、粘度及介电常数发生急剧变化,分子间的氢键作用减弱导致对有机物的溶解度明显增强。餐厨废弃物中固相油脂的浸出是油与水两相接触的反应,湿热条件下极大增大了油水的互溶性,使油脂获得更多反应所需的O?、HO?、HO_2?等关键自由基。主要反应模型如下[16][17]:   固相油脂经过湿热水解后生成脂肪酸和甘油,脂肪酸可与糖类发生酯化反应进一步促进脂肪的水解;另一方面,湿热水解后固相油脂中的游离油脂与水分间的扩散作用增强[18],加速游离脂肪形成可浮油[19],导致固相油脂浸出。从图1可以看出,当试验温度为180℃、加热时间为30min时,可浮油含量最高,比80℃时提高了约2倍,效果明显。
  2.3.2湿热水解对厌氧消化产气潜力的影响
  在对餐厨废弃物进行湿热水解处理后,可浮油脱出量有显著提高。国外专家研究发现[20],大量的长链脂肪酸会吸附在细胞表面闲置营养物质向细胞的转运,从而抑制微生物的生长繁殖,影响后续餐厨废弃物的生化效率,因此在进入厌氧消化之前需将餐厨油脂进行有效分离。从图2可以看出:经过JS-ST湿热水解后餐厨废弃物厌氧消化产气率比未经JS-ST湿热水解处理的餐厨废弃物厌氧消化产气率提高了7.7%左右。通过餐厨废弃物湿热水解处理前后理化性质的变化来分析,主要有两方面的因素:一、降低了餐厨废弃物中的固相油脂,浸出的可浮油进行了有效的分离,减轻了油脂对微生物菌生化反应的影响。二、餐厨废弃物在湿热环境中,液相中有机碳的含量不断增加,大分子有机物(如淀粉、纤维素、脂肪、碳水化合物等)不断溶解到液相中,生成水溶性单糖、有机酸等,为餐厨废弃物厌氧发酵过程中的微生物菌群提供了均质化程度高、可生化性强及种类丰富全面的营养基质。淀粉及纤维素的水解反应的机理如下:
  餐厨废弃物经湿热水解后,有机物产物的组分趋于稳定,主要表现为单糖和挥发性脂肪酸,其中,糖类物质是微生物生命活动的重要能源物质,同时经研究[21],发酵过程中的挥发性脂肪酸包括主要成分为乙酸、丙酸、丁酸等,这些都是产甲烷菌群所必须的营养物质。
  结论
  JS-ST装置湿热水解处理参数对餐厨废弃物固相油脂浸出效果明显;
  JS-ST装置湿热水解处理对餐厨废弃物厌氧消化产气率影响较明显;
  餐厨废弃物的固相油脂浸出随着温度的持续上升和加热时间的延长呈上升趋势。80~140℃加热30min,可浮油含量持续增加,160℃加热30min后油可浮油含量不再增加,180℃加热30min,可浮油含量达到最高,可浮油含量达到18.78mL/kg;继续加热或延长加热时间,可浮油含量没有明显变化,所以餐厨废弃物固相油脂浸出最佳条件JS-ST装置湿热水解条件为:180℃,加热时间为30min。
  经过JS-ST装置湿热水解处理餐厨废弃物,餐厨废弃物厌氧消化产气率比未经JS-ST处理的产气率提高了约7.7%,能达到70L/kg;所以餐厨废弃物经JS-ST装置湿热水解处理后能显著提高厌氧消化产气率。
  参考文献:
  [1]李小卉.餐厨废弃物的危害及综合治理对策[J].太原科技,2006,11(11):24-25
  [2]任连海,田媛.城市典型固体废弃物资源化工程[M]. 北京:化学工业出版社,2009,236-273
  [3]袁玉玉,曹先艳,牛冬杰,等.餐厨废弃物特性及处理技术环境[J].卫生工程,2006,14(6):46-49
  [4] 黄文雄,刘畅.餐厨垃圾处理现状与发展趋势[J].建设科技,2008(3):90-92
  [5] 王向会,李广魏,孟虹,等.国内外餐厨废弃物处理状况概述[J].环境卫生工程,2005,13(2):41-43
  [6] 谢炜平,邹原,梁彦杰,等.餐厨废弃物资源化技术现状及研究进展[J].环境卫生工程,2008(2):43-45,48
  [7]符太军,纪威,姚亚光,等.生物柴油的制取及其在柴油机上的试验研究[J].拖拉机与农用运输车,2006(1):53-54,58.
  [8]解强,边炳鑫,赵由才.城市固体废弃物能源化利用技术[M].北京:化学工业出版社,2004
  [9] Lay J. J. Analysis of environmental factors affecting methane production from high-solids organic waste. Water Science and Technology[J],1997, 36(6~7):493~500
  [10]曹萍,陈绍伟.高温好氧处理厨余的工艺研究.环境卫生工程[J],1996,(4):14~19
  [11]Hazel B.G.,Kazunori T.,Hideki S.,et al. Biological solubilization and mineralization as novel approach for the pretreatment of food waste. Chemosphere[J].2005,58:57:63
  [12]王星,王德汉,马磊.膨润土的添加用量对餐厨垃圾厌氧消化过程的影响.农业环境科学学报[J],2007,26(1):330~334
  [13]中华人名共和国卫生部.食物中不溶性膳食纤维的测定方法.中华人民共和国国家标准:GB/T 12394—1990
  [14]任南琪,王爱杰.厌氧生物技术原理与应用[M]. 北京:化学工业出版社,2004
  [15]苏秀芳,林强,徐静.有机化合物的水解反应及研究进展.南宁师范高等专科学校学报[J],2006,23(2):101~104
  [16]Emanuel N.M. The Oxidation of Hydrocarbons in the Liquid Phase,1st ed. Pergamon:New York,1965
  [17]Emanuel N.M. The Oxidation of Hydrocarbons in the Liquid Phase,1st ed. Plenum:New York,1967
  [18]REN Lianhai,NieYongfeng,Liu Jianguo,et al. Impact of hydrothermal process on the dewaterability and degrease performance of restaurant garbage[J].Environmental Science,2006,27(9):1906~1911
  [19]王宇卓,任连海,聂永丰.采用正交试验优化湿热水解法处理厨余垃圾的工艺条件.环境污染治理技术与设备[J],2005,6(10):53~57
  [20]ZONT Z,ALVES M,FLOTATS X,et al. Modelling inhibitory effects of long chain fatty acids in the Anaerobic Digestion process[J]. Water Research,2013,47(3):1369~1380
  [21]张众磊,胡翔,张列宇,席北斗,李晓光,夏训峰,曾凤.粪便、餐厨及芦苇混合厌氧消化过程中餐厨含量的影响研究.农业环境科学学报[J],2011,30(6):1221~1228
其他文献
[摘要]:城市文化空间的营造依赖于文化景观的形成,文化景观,特别强调文化在景观中的作用,是在某一地域内,为满足某种特定需求,在自然景观基础之上,加入了文化内涵如价值观、审美观而成。文化景观作为城市的文化空间的表达形式之一,体现的是城市的思想和风度。文化景观易于感知,是人们对于城市的第一印象。从另一个角度来说,文化景观也是一个城市文化价值和精神的表现。本文基于植物景观设计来研究文化类空间的空间营造、
期刊
【摘要】:园林工程逐渐被应用到各个城市,成为城市规划的一部分。为了满足城市绿化及环保与植被的培养,园林工程在施工与养护的质量方面不断提高,使园林工程不断发展。本文对园林施工与苗木的养护管理进行探讨。  【关键词】:园林施工;苗木养护;管理措施  1、园林工程施工要点分析  1.1绿化植物的种植  1.1.1根据地形及土壤情况来制定合理的施工方案  首先,勘察地表至1m以下的土质结构情况,如果有建筑
期刊
【摘要】:春季(3—5月)暧空气开始活跃,但冷空气还有相当势力,造成高低气压系流移动、交替频繁,引起气候多变。夏季(6—8月)由于受海洋的调节作用,温度偏低。下面的核桃育苗和嫁接方式,使得核桃树的成活率达到95%以上,提高了工作效率,节约了劳动力,降低了嫁接成本,夏季(6—8月)由于受海洋的调节作用,温度偏低。这样的嫁接方式,使得核桃树的成活率达到95%以上,提高了工作效率,节约了劳动力,降低了嫁
期刊
【摘要】 杏树寿命长,结果早,抗寒抗旱,耐盐碱瘠薄,适应性强,栽培管理容易。但生产中也存在一些问题,主要是败育花严重、坐果率低、花期冻害等原因造成的单产低。杏树高产栽培技术正是从品种,的遗传特性、树体营养水平的高低、环境条件的制约因素等三方面综合考虑,为解决此类低产问题而制定的。 1 选择优良品种 更多还原  【关键词】 高产栽培; 环境条件; 整地技术  1整地  1.1隔坡水平沟整地技术(88
期刊
【摘要】:我国农村人口众多,是一个传统的农业大国,其中,农村经济是国民经济的重要组成部分,也是影响我国综合国力的重要因素。文章通过对农村经济的经营管理问题进行探究,分析存在的一些问题,并提出了强化新农村建设的解决措施,以期突出农民的主体地位,只有增加农民的收入,建设小康社会。  【关键词】:新农村;农村经济;经营管理;解决措施  我国经济自改革开放后得以快速发展,农业经济也随之发展,现在我国的重点
期刊
【摘要】:本文结合实际工作经验,分析了园林绿化工程施工管理过程中的不足;总结了园林绿化工程施工的管理要素;并提出了园林绿化工程施工管理的优化措施。通过论述分析,以期对今后的工作开展有所帮助。  【关键词】:园林绿化; 施工管理 ; 要素分析; 优化措施  1园林绿化工程施工管理过程中的不足  当前,我国在园林绿化工程施工管理工作中存在缺陷,这些缺陷直接导致了管理效率不高,出现了园林绿化和养护管理发
期刊
【摘要】:生态风景园林给人们营造良好的观赏环境,也能够对自然环境进行合理的维护,实现人与自然的和谐共处。生态风景园林的施工是对自然环境的再创造,不仅能够带来一定的经济价值,也能够实现较大的社会效益,很多城市已将生态风景园林建设作为城市建设发展的重点。 所以本文对生态风景园林施工中应注意的问题进行探讨。  【关键词】:生态风景园林;施工;现状;技术问题  1、生态风景园林概述  一般情况下,生态园林
期刊
【摘要】:本文对中国农村金融发展对城乡收入差距的影响进行了深入的分析和研究,并且在使用数据模型进行了分析后发现:当农村金融发展水平较为低下时,其对城乡收入差距的影响效果最为明显;而当农村金融发展水平逐渐上升时,其对城乡收入差距的影响作用就会逐渐的下降;当农村金融发展处于稳定水平时,其对城乡收入差距的影响作用不明显。本文还对如何缩小城乡收入差距提出了一些建议和措施。  【关键词】:农村金融发展 ;城
期刊
【摘要】:本文以室内空间色彩场景对婴幼儿的影响作为研究对象,从室内空间的功能分区、大小空间、室内陈设等方面系统阐述了室内色彩在婴幼儿服务商业空间的实际应用,形成一个科学有效的商业服务空间设计。  【关键词】:室内空间 ;色彩场景; 色彩心理  1、婴幼儿需要的色彩空间  1.1婴幼儿的感知能力与色彩场景  婴幼儿的感知能力的提高主要体现在颜色、空间、方位以及形状几个方面,其中,对视觉刺激最强烈的颜
期刊
【摘要】:晚秋黄梨具有树冠小、易成花、自花授粉结实、耐贮藏的特性。近年来,随着林业产业的发展,晚秋黄梨在方城县的种植已初具规模,栽培面积达到2000多亩,大部分已进入结果期。本文就晚秋黄梨优质丰产栽培技术进行全面总结。  【关键词】:晚秋黄梨 优质丰产 栽培技术  1、选址建园  园址应选择交通便利、土壤肥沃、排水良好的壤土或沙壤土为最好。  2、整地挖穴  整地前先清除地面杂草,然后全园进行深耕
期刊