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厌氧消化处理废弃物（包括废水与固体废弃物）已经有很长的历史，尤其是废水（包括工业废水、生活污水、禽畜粪便废水等）的厌氧处理，国内外有大量的规模化应用实例。厌氧消化方式是有机废物资源化的重要手段，厌氧消化产生的沼气可以作为能源加以利用，同时也减少了CO2、CH4等温室气体的排放。在能源和环境问题日益突出的今天，厌氧消化技术作为一种处理废弃物并能回收能源的环境工程技术，在世界上越来越受到关注［1］。近年来，中国的厌氧技术发展迅速，尤其在有机垃圾的厌氧消化处理方面，取得了一大批研究成果，餐饮垃圾的厌氧消化处理逐渐引起人们的关注。餐饮垃圾因其高水分、高油脂、高盐分以及易腐发臭、易生物降解等特点，不宜直接填埋或焚烧，用厌氧消化技术处理不仅可产生沼气作为能源加以利用，而且，因反应过程要求保持厌氧状态，反应设备均为密闭状态，不会有更多异味逸出；消化后产生的残渣数量较少，其后续处理及运输所需的成本也相对较低［2］。因此，本试验对厌氧消化方式处理餐饮垃圾进行研究，以便探索出一种处理餐饮垃圾的有效方法。
1材料与方法
1.1试验装置
试验采用的反应器为2500mL的小口瓶，填料后反应器置于恒温水浴槽中，温度控制在（36±1）℃，采用排水集气法收集气体，反应器和集气瓶均蜡封。用量筒测量排出水的体积，即为当天的产气量图1试验装置
1.2试验原料
1.2.1餐饮垃圾
所用餐饮垃圾取自成都市区餐馆。为使样品具有代表性，中餐馆、火锅店和面馆各取一定量，餐饮垃圾主要成分为剩菜、剩饭、剩汤及厨房剩余物料。由于油脂可回收加工皂粒，所以进行人工去油脂，去油脂后用细筛将液态成分和固态成分分离，固态成分去除其中的骨头、木筷、塑料等后用打浆机打浆，最后把液态成分和浆液调成需要的TS值进行试验。由成都市环境监测中心站测定液态成分的原料特性，其化学需氧量（COD）为939mg•L－1，生化需氧量（BOD5）为418mg•L－1，悬浮物（SS）为1.93×104mg•L－1，pH值为4.89，属可生化性较好的有机原料。
1.2.2接种污泥
所用污泥取自农业部沼气科学研究所厌氧消化池，未经稀释，亮黑色、冒气泡、质地细腻。污泥取回后用塑料桶密封，提前两周进行驯化，驯化方法为取污泥15kg，每隔一天加入0.3kg原料，5d后每隔一天加入0.5kg原料，依次逐渐加大量，驯化待用。
1.3研究方法
1.3.1监测方法
总固体（TS）：重量法，烘箱中105℃烘干24h后放置室温至恒重。挥发性固体（VS）：重量法，马弗炉中600℃烘干2h放置室温至恒重。pH值：PHS－3C精密pH计。产气量：排水集气法。甲烷含量：气相色谱法。
1.3.2试验方法
试验分两个阶段，第一阶段探索餐饮垃圾的产沼气能力，研究单级间歇式中温厌氧消化处理餐饮垃圾的可行性及其应用价值，并得出最佳水力停留时间（HRT）。第一阶段试验原料的特性为总固体（TS）为4.67％，挥发性固体（VS）占总固体（TS）的80％，污泥接种量为50％，原料和污泥分别添加0.8kg。第二阶段研究单级间歇式中温厌氧消化处理餐饮垃圾的影响因素，以期取得最优工艺参数，指导实际生产应用。第二阶段试验原料特性见表1，污泥接种量为50％，原料和污泥分别添加1kg，两阶段所用污泥取自同一厌氧消化池。第一阶段消化周期为51d，第二阶段由于停电只消化了18d。第二阶段2号瓶和3号瓶的填料相同，对3号瓶用NaOH溶液进行pH值调节作为对比。两阶段均每天定时人工摇晃反应器进行搅拌，定时测量产气量，定期测沼气中的甲烷含量，每天取适量样品测pH值。
表1第二阶段试验原料特性 2结果与分析
2.1第一阶段
2.1.1pH值的变化
pH值是影响厌氧消化处理的重要因素，厌氧微生物的生命活动、物质代谢与pH值有密切的关系，pH值的变化直接影响着消化过程和消化产物。产甲烷菌对生长环境的pH值极为敏感，其最适宜的pH值范围为6.6～7.5［3，4］。第一阶段的pH值变化规律如图2，从填料后第1天起pH值迅速下降，表明餐饮垃圾的消化过程能很快进入水解酸化阶段，到第4天下降到最低值5.1，这与O.Stabnikova［5］在对食品废物进行厌氧消化试验所观察到的现象一致。从第5天开始，pH值缓慢上升，到第9天升至6.5，且第9天的产气可以点燃，表明厌氧消化过程顺利进入产甲烷阶段。试验表明，原料总固体含量（TS）为4.67％，污泥接种量为50％时，消化液自身能够消除水解酸化引起的pH值下降，使pH值达到产甲烷菌的适宜范围，保证厌氧消化过程的顺利进行。 图2第一阶段pH值的变化
2.1.2沼气产量
图3为第一阶段的沼气产量示意图。第1天的产气量较高，达到0.974L，原因可能是厌氧污泥和餐饮垃圾在加入反应器前处于室温环境，由于是冬季温度较低，加入反应器后随着搅拌和升温过程，厌氧污泥和餐饮垃圾中部分夹带的气体逐步散发出来［6］。从第2天起产气量明显下降，第2～8天产气量维持在较低水平，低于0.4L，甲烷含量较低，不能点燃。原因是此阶段正处于水解酸化阶段，产甲烷菌的活性受到抑制［7］。第9天起沼气产量开始上升，甲烷含量逐渐升高，能够点燃。第9～32天沼气产量一直维持在较高水平，达到0.6L以上，甲烷含量最高可达70％。试验后半期沼气产量逐渐下降，到第51天降至0.1L，表明消化过程基本结束。结果显示，餐饮垃圾（去油）中温厌氧消化，每千克挥发性固体（VS）可产沼气797.48L，甲烷含量在50％以上。试验表明餐饮垃圾中温厌氧消化产沼气的潜力巨大，具有开发利用的价值，出于经济方面的考虑，水力停留时间以35d为宜。 图3第一阶段产气量变化
2.2第二阶段
2.2.1调节pH值对产气量的影响
第二阶段由于停电试验只进行了18d，pH值变化如图4，填料后当天测pH值在4～5之间，原因是填料前餐饮垃圾已在室温条件下放置了2d，发生了一定程度的酸化，且浆料化比较严重。pH值超出产甲烷菌的适宜范围将引起严重的问题，低于pH值下限并持续过久时，会导致产甲烷菌活力丧失而产乙酸菌大量繁殖，引起反应系统的“酸化”。严重酸化发生后，反应系统难以恢复至原有状态［8］。为避免出现酸化，进行pH值调节试验，2号瓶和3号瓶填料相同，作为对比，先对3号瓶用NaOH溶液进行pH值调节，调节后的产气量对比如表2。由表2数据可知，调节pH值可以改善产甲烷菌的生存环境，增强产甲烷菌的活性，提高产沼气速率。所以，对所有的反应器用NaOH溶液进行pH值调节。 图5为第二阶段各反应器总产气量对比图。由图5可知，前18d3号瓶的总产气量略高于2号瓶，表明及时调节消化液pH值能够减小酸化对甲烷菌的抑制作用，提高产沼气速率。这可以从化学平衡及反应速率的角度分析，在底物浓度很低时，反应速率与酶的浓度和底物浓度均呈正比，如果底物浓度很高，反应速率仅与酶的浓度呈正比。酶促反应的实质是降低了原反应的活化能，降低了中间产物的反应势能，使反应速率快速提高。本试验所用原料有机质含量较高，调节了pH值后，改善了产甲烷菌的生存环境，使产甲烷菌的数量显著增多，降解过程中分泌出更多的产甲烷酶，从而加快了甲烷气体的产生［9，10］。但是，调节pH值后，各瓶的产气量一直不高。原因可能是在pH值调节过程中，由于操作原因反应器中有氧气进入，不能保证严格的厌氧环境。由图5可知，经过18d的试验1号瓶（TS＝20％）的总产气量最高，虽然pH值调节比3号瓶晚，但产气量却优于3号瓶，表明在污泥接种量为50％的条件下，餐饮垃圾（去油）中温厌氧消化处理的总固体含量（TS）取20％为宜。但是，由于特殊原因第二阶段的试验周期太短，导致第二阶段试验不够完整，所得结论有待于进一步验证和完善。
2.2.2温度波动对产气量的影响
第二阶段产气量如图6所示，填料后第1天产气量较高，原因如第一阶段所述。第2天产气量急剧下降，而第3天又急剧上升，因为第1天晚上控温器失灵，第2天早上测温度为49℃，及时调整温度后产气量在次日回升，表明温度的剧烈波动对产甲烷菌活性影响很大，中温运行中在温度升高到49℃的情况下，及时恢复温度后产甲烷菌的活性能够在短时间内恢复。由图6可知，第3天和第4天的产气量较高，原因可能是试验前原料已经在室温条件下放置2d，出现了一定程度的酸化，为产甲烷菌提供了较丰富的生长繁殖底物，填料后短时间内酸化对产甲烷菌产生的抑制作用还没有体现出来，产甲烷菌的活性仍然较高，所以，在第3天和第4天产气量较高，而到了第5天，由于产甲烷菌长时间处在酸性环境中，活性降低，产气量下降。
图6第二阶段产气量变化
3小结与讨论
1）餐饮垃圾（去油）单级间歇式中温厌氧消化处理的产沼气能力为797.48L•kg-1VS，甲烷含量在50％以上，具有开发利用的价值，出于经济方面的考虑，水力停留时间以35d为宜。
2）污泥接种量为50％的条件下，餐饮垃圾（去油）单级间歇式中温厌氧消化处理的总固体含量（TS）为20％时产气量最大。对消化液进行pH调节能够减小酸化对产甲烷菌产生的抑制，提高产沼气速率。但是，调节pH值后，产气量一直不高。原因可能是在pH值调节过程中，由于操作原因反应器中有氧气进入，不能保证严格的厌氧环境。
3）由于特殊原因，第二阶段试验周期太短，使得试验不够完善，本试验有待于进一步探究。
参考文献略
