文 献 综 述

一、实验背景

我国餐厨食物浪费有多严重？中科院研究显示：我国食物量浪费约为每年1700万至1800万吨。而且每年急剧增加，由此带来了一系列环境污染问题。餐厨垃圾的主要特点有：含水率、油脂、盐分及有机物含量高，营养资源丰富，具有很高资源回收价值；富含氮、磷、钾以及各种微量元素，再利用价值高；易腐烂发臭、滋生病原菌，对周边环境和地下水造成污染，造成疾病的传播。

因此，餐厨垃圾既具有很大的资源利用价值，又会造成环境污染影响人类健康。一般对餐厨废弃物与其他城市生活垃圾采取焚烧或者固体填埋方式处理。焚烧优点是焚烧处理量大，减容性好；热量用来发电可以实现垃圾的能源化。其缺点是对垃圾低位热值有一定要求；餐厨垃圾水分含量高会增加焚烧燃料的消耗，增加处理成本；焚烧厂垃圾贮坑储存，会增加坑内的浸出水量。填埋优点是处理量大，运行费用低；工艺相对较简单。其缺点是占用大量土地，耗用大量征地等费用并有渗出液散步到地下水和土壤。这不仅浪费大量人力物力，而且还会对环境产生二次污染。如何处理这些废弃物成了一个亟待解决的问题。

另一方面，随着经济发展，污水处理量日益增加，市政府污泥也随之增加，我国每年超过3#215;10¹⁰ kg脱水污泥(80%含水率)，其中80%没得到妥善处理。城市污泥是指污水处理厂在处理污水过程中，污水在初级沉淀池中的沉淀物以及二级、三级污水处理工艺里产生的副产品的混合物初级污泥极易腐败且气味难闻，而二级和三级处理工艺中的污泥含有大量的细菌固体。可以说，污泥是一种包含有机残渣(污水沉淀物)、细菌菌体活性污泥处理废水后残留、无机颗粒及胶体等物质的复杂的混合物。

随着分析填埋、堆肥、饲料化、焚烧、厌氧发酵等几种备选技术的利弊和发展趋势，认为餐厨垃圾和市政府污泥联合发酵技术是一种较为理想的处理技术^[1]。因餐厨废物中含有丰富可被利用的各类营养物质，易被不法分子收集后，进行二次提炼与加工来用于生产食用油和动物饲料，从而直接或间接危害人类健康^[2-3]。对餐厨垃圾进行集中收集，有效合理的处理是当务之急。目前有大量文献研究了餐厨垃圾的理化性质，厌氧处理的影响因素、产沼条件^[4-7]、产甲烷速率模型^[8]、厌氧消化抑制^[9]、餐厨垃圾乳酸发酵等的研究^[10]。但由于餐厨废弃物中易降解有机物含量高，在厌氧发酵过程中易累积过量的有机酸，致使消化体系pH值降低到产甲烷菌群的耐受范围之外。根据孟宪武等^[11]的研究，有机负荷（organic loading rate，OLR）不能高于 1.5 g/(L#183;d)，高于此水平，则消化体系就会往酸败方向发展。目前关于餐厨垃圾和污泥联合消化研究多集中于单独厌氧消化^[12-13]。将餐厨垃圾和剩余污泥混合消化，既可稀释污泥中的有毒成分，又能促进物料中营养物质的平衡，从而促进消化速率^[14]。厌氧消化技术是指在厌氧无氧条件下，利用厌氧微生物将复杂的大分子有机物转化成甲烷、二氧化碳、水、硫化氢和氨等简单化合物的过程，是将有机废弃物转化为可利用资源的一种处理技术。由于餐厨垃圾有机质含量高且易降解，具有高产甲烷潜能，但由于水解酸化阶段快，容易造成有机酸积累，导致pH值下降，抑制产甲烷菌的活性，系统的稳定性能差。而城市污泥有机质多为难降解性物质，水解酸化阶段是限速阶段，进入产甲烷阶段慢，又因为碳氮比较低，易形成氨抑制作用，所以城市污泥厌氧消化时甲烷产率较低。两者联合厌氧消化以期望有效提高系统稳定性和产气性能。

颗粒活性炭具有多孔和较大比表面积，孔隙类型分为大孔(孔径gt;500A#176;)、过渡孔(孔径20 ～500A#176;)、微孔(孔径 lt; 20A#176;)。微生物易在表面附着成膜，且活性炭具有一定导电性，以活性炭为载体能促进电子传递。活性炭为厌氧消化菌附着载体能促进厌氧同步消化，实现有机物和含氮污染物的协同、高效去除。以活性炭颗粒为填料构建厌氧污水处理系统。以葡萄糖作为单一碳源,当进水中葡萄糖的质量浓度为500 mg/L时,COD的去除率最高为87.9%^[15]。

综合上述的研究总结，本实验拟采用中温条件下不同质量浓度梯度的活性炭投加至餐厨垃圾与城市污泥的混合厌氧消化体系。本次实验的目的是对餐厨垃圾与城市污泥混合厌氧消化产甲烷过程及活性炭的投加是否对厌氧消化体系产生影响进行基础研究及分析。本试验为工业化处理餐厨垃圾与城市污泥提供有效的途径,同时也为其他有机废弃物或多种不同类型有机废弃物的联合底物厌氧消化产甲烷技术提供一定的借鉴意义。