夏天明，黃凱鋒，李鳴曉，祝超偉，魏自民，賈璇* ，楊洋

1.中國環(huán)境科學(xué)研究院，北京 100012

2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150030

3.中環(huán)水務(wù)建設(shè)有限公司，北京 100022

餐廚廢棄物富含碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪等營養(yǎng)物質(zhì)，易于微生物利用，是厭氧發(fā)酵工藝的優(yōu)良底物［1-2］。針對中國餐廚廢棄物中高油脂、高鹽分的特征，通過預(yù)處理改善餐廚廢棄物中營養(yǎng)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與組成比例，增強厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫過程中微生物對有機物的降解效率，對提升系統(tǒng)穩(wěn)定性進而提高產(chǎn)氫效率具有顯著影響。濕熱處理法通過高溫蒸煮，徹底消滅餐廚廢棄物中的病原體，去除餐廚廢棄物中的有毒有害物。王宇卓等［3］的研究表明，濕熱處理可以有效提高餐廚廢棄物的生物可降解性，同時降低餐廚廢棄物中油脂與鹽分的濃度，調(diào)節(jié)營養(yǎng)成分，實現(xiàn)物化性狀的均一。不同的濕熱處理工藝條件對餐廚廢棄物營養(yǎng)物質(zhì)組成影響較大，Lai 等［4-5］發(fā)現(xiàn)，濕熱處理技術(shù)可以顯著影響蛋白質(zhì)、碳水化合物以及油脂的物理化學(xué)性質(zhì)。

VFAs(揮發(fā)性脂肪酸)通過微生物的水解產(chǎn)酸作用形成，與厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫中底物的性能、有機組分關(guān)系密切［6］。在有機廢棄物厭氧消化中對于調(diào)節(jié)、控制水解產(chǎn)酸步驟具有重要意義［7］。針對不同環(huán)境因子與操作參數(shù)對發(fā)酵產(chǎn)酸類型的影響機理研究較多［8-9］，任南琪等［10］依據(jù)末端產(chǎn)物的主成分將厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸類型分為乙醇型發(fā)酵、丙酸型發(fā)酵、丁酸型發(fā)酵和混合型發(fā)酵，并研究了4 種代謝類型的產(chǎn)氫能力［11-12］。但應(yīng)用濕熱處理作為餐廚廢棄物厭氧發(fā)酵預(yù)處理技術(shù)，研究濕熱預(yù)處理對厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸類型的影響還鮮有報道。

筆者通過分析濕熱預(yù)處理前后餐廚廢棄物CODs(溶解性化學(xué)需氧量)、CODt(總化學(xué)需氧量)、粗蛋白濃度、碳氮比(C/N)，以及VFAs 和乙醇等代謝產(chǎn)物的變化，研究不同濕熱預(yù)處理對餐廚廢棄物厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫代謝產(chǎn)物與發(fā)酵類型的影響，采用Gompertz 模型對餐廚廢棄物經(jīng)濕熱預(yù)處理后厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫系統(tǒng)啟動速度、比產(chǎn)氫量、最大產(chǎn)氫潛力進行動力學(xué)分析，闡明餐廚廢棄物濕熱預(yù)處理對厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫發(fā)酵類型和產(chǎn)氫效能的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

餐廚廢棄物采自北京市朝陽區(qū)某單位食堂，手工分揀去除骨頭、魚刺、筷子、塑料制品等難降解物，用食物破碎機將餐廚廢棄物打碎至糊狀，粒徑為2 ～20 mm。接種污泥取自豬糞厭氧處理廠的厭氧消化污泥，過篩去除大塊雜質(zhì)，置于4 ℃冰箱保存，備用。餐廚廢棄物和厭氧消化污泥的基本指標(biāo)如表1 所示。

表1 餐廚廢棄物與接種污泥基本性質(zhì)Table 1 The basic characteristics of food waste and sludge

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設(shè)計

濕熱預(yù)處理試驗:濕熱預(yù)處理溫度分別為90、120、150 和200 ℃，處理時間為30 min，對照組為不經(jīng)濕熱預(yù)處理，加水量為餐廚廢棄物質(zhì)量的50%，濕熱預(yù)處理裝置的攪拌速度為150 r/min。濕熱預(yù)處理后冷卻至室溫，經(jīng)4 000 r/min 離心，分離可浮油，測定VS、CODs、TOC、TN 濃度。最后進行厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫試驗。

厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫試驗:將5 g 餐廚廢棄物(以干質(zhì)量計)與30 g 厭氧消化污泥(以干質(zhì)量計)混合，置于500 mL 血清瓶中，加水定容至200 mL，用1 mol/L HCl 與1 mol/L NaOH 調(diào)節(jié)初始pH 至6.0。發(fā)酵瓶密封后通入高純氮氣，以排除多余空氣。厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫試驗的發(fā)酵溫度為(35.0 ±1.0)℃，攪拌速率為150 r/min，用排水法收集氣體。發(fā)酵時間為70 h。餐廚廢棄物濕熱預(yù)處理厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫工藝流程如圖1 所示。

圖1 餐廚廢棄物濕熱預(yù)處理厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫工藝流程Fig.1 Flow diagram of food waste hydrothermal pre-treatment on anaerobic fermentation hydrogen production

利用Gompertz 模型計算累積產(chǎn)氫量［13］:

式中，H 為累積產(chǎn)氫量，mL;P 為最大產(chǎn)氫潛力，mL;R 為最大產(chǎn)氫速率，mL/h;λ 為啟動時間(λ 為模擬曲線的拐點，即達到模擬產(chǎn)氫潛力最大值的1/e 倍時，視為系統(tǒng)啟動)，h;t 為厭氧發(fā)酵總時間，h;e 為2.718 28，是試驗數(shù)據(jù)與模型模擬的最小誤差平方和。通過統(tǒng)計學(xué)方差分析檢驗參數(shù)顯著性。

1.2.2 測定方法

VS 濃度、TS 濃度、含水率、灰分采用GB/T 6435—2006《飼料中水分和其他揮發(fā)性物質(zhì)含量的測定》方法測定［14-15］。

粗蛋白濃度采用Hanon-K9860 型凱氏定氮儀(濟南海能儀器有限公司)測定［16］。

粗脂肪濃度采用索氏標(biāo)準(zhǔn)抽提法提取，有機溶劑為乙醚，抽提溫度為70 ℃，預(yù)干燥時間為20 min，冷凝溫差為40 ℃［17］;用Hanon-SX500 型粗脂肪測定儀(濟南海能儀器有限公司)測定。

CODs 采用5B-3(C)型COD 快速分析儀(連華科技公司)測定;TOC、TN 濃度采用Multi N/C 2100S TOC/TN 測定儀(德國Analytik Jena 公司)測定［18］。

生物氣利用SP-6890 氣相色譜儀(浙江福立分析儀器有限公司)測定，分析發(fā)酵氣相產(chǎn)物組成和濃度，色譜條件:柱長4 m，擔(dān)體為13X 分子篩，TCD 熱導(dǎo)池檢測器，高純氬氣作為載氣，流速為40 mL/min，柱溫120 ℃，熱導(dǎo)池和進樣器溫度為150℃，進樣量1 mL，以峰面積定量，校正歸一法計算氣體組分濃度。

VFAs(揮發(fā)性脂肪酸)采用GC2010 氣相質(zhì)譜色譜連用儀(日本島津公司)測定，檢測器為氫焰離子檢測器(FID)，進樣量1 μL，階段升溫40 ～240 ℃(80 ℃/min)，分流比為10 ∶1，氫氣流速為40 mL/min，空氣流速為400 mL/min，2 mol/L 磷酸溶液將樣品酸化至pH 為2.0 ±0.2［7］后進行VFA 測定。

發(fā)動機沒有能量是不會自行轉(zhuǎn)動的，肌肉沒有能量就不會收縮，人也就無法運動。我們的一日三餐實際上就是人體能量的來源，食物經(jīng)過消化、吸收，其中有一部分轉(zhuǎn)化為葡萄糖貯藏在肌細(xì)胞里。

2 結(jié)果與討論

濕熱預(yù)處理可在含水環(huán)境中對餐廚廢棄物進行參數(shù)可控加熱，從而改善餐廚廢棄物中營養(yǎng)物結(jié)構(gòu)和性能。任連海等［19］研究表明，餐廚廢棄物經(jīng)過濕熱預(yù)處理后，pH 呈下降趨勢，可溶性有機物和還原糖濃度明顯升高。雖然有機質(zhì)濃度與總能變化不顯著，但對提高餐廚廢棄物中有機物的微生物利用效率效果明顯，使水解細(xì)菌與產(chǎn)氫產(chǎn)酸菌更易于進行細(xì)胞合成，進而提高生物氣產(chǎn)率。

2.1 對餐廚廢棄物性能的影響

圖2 濕熱預(yù)處理后粗蛋白、粗脂肪濃度和可浮油脫出量的變化Fig.2 The floatable oil，protein and fatty content by hydrothermal pre-treatments

餐廚廢棄物中存在大量動物脂肪，且大部分以含油固體形式存在，脫除較難。任連海等［19］研究發(fā)現(xiàn)，加熱溫度高于160 ℃，脂質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化，導(dǎo)致部分可浮油轉(zhuǎn)化為乳化油，使可浮油脫出量降低，油脂分離回收難度增大。Neyens 等［20］研究表明，濕熱預(yù)處理可以通過改變餐廚廢棄物中水分以及脂類的存在形式影響其脫油性能。過高的油脂濃度可對厭氧發(fā)酵過程產(chǎn)生一定的抑制作用;Alves 等［21］認(rèn)為LCFAs(長鏈脂肪酸)易于吸附細(xì)胞膜，從而抑制細(xì)胞營養(yǎng)物的運輸、吸收，且LCFAs 可通過對生物質(zhì)的表層吸附作用使活性污泥懸浮，沉降系數(shù)降低，導(dǎo)致污泥大量流失。圖2 為不同濕熱預(yù)處理后粗蛋白、粗脂肪濃度和可浮油脫出量的變化。由圖2 可知，濕熱預(yù)處理溫度對餐廚廢棄物可浮油脫出性能有顯著影響，粗脂肪濃度隨處理溫度的提高先降低后升高，當(dāng)濕熱預(yù)處理時間為30 min 時，150 ℃處理后粗脂肪濃度最低，為16.13%;溫度提高至200 ℃處理后粗脂肪濃度回升，為20.96%?？筛∮兔摮隽亢筒蛷N廢棄物中粗脂肪濃度變化趨勢相反，在150 ℃時最大，達97.5 mL/kg，較對照組高出13 倍左右;200 ℃時可浮油脫出量降低，為81.25 mL/kg。氮主要作用于生物細(xì)胞的合成，在厭氧發(fā)酵過程中，如果氮濃度不足，容易出現(xiàn)細(xì)胞合成緩慢，系統(tǒng)處理效率低，消化液緩沖能力低，導(dǎo)致系統(tǒng)在環(huán)境因素發(fā)生變化時極易發(fā)生崩潰。粗蛋白濃度變化表明，濕熱預(yù)處理可以改變餐廚廢棄物中的氮濃度。Cherry等［22］的研究表明，在105 ℃濕熱預(yù)處理15 ～210 min，其可溶蛋白濃度從55.7%降至21.8%。由圖2可知，不同溫度的濕熱預(yù)處理對餐廚廢棄物中粗蛋白濃度影響不大，濕熱預(yù)處理時間為30 min 時，粗蛋白濃度在90 ℃時為22.23%，150 ℃時為23.19%，略高于對照組(19.63%)?？梢?，長時間的加熱會導(dǎo)致蛋白質(zhì)的變性，餐廚廢棄物中含氮量減少，從而影響微生物細(xì)胞的合成，導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定與產(chǎn)氫性能的降低，將濕熱時間控制在30 min 以內(nèi)，即可以達到脫除可浮油的效果，同時保證系統(tǒng)內(nèi)蛋白質(zhì)濃度，維持系統(tǒng)穩(wěn)定。

2.2 對餐廚廢棄物厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫過程CODs、CODt 的影響

表2 為餐廚廢棄物濕熱預(yù)處理后與產(chǎn)氫結(jié)束后CODs、CODt 濃度變化。

由表2 可知，濕熱預(yù)處理時間為30 min 時，90、120、200 ℃處理組CODs 較對照組相比明顯下降，其他處理組CODs 在濕熱預(yù)處理前后變化不大。對照組CODs 為132.8 mg/L，其他處理組為99 ～134 mg/L，在產(chǎn)氫結(jié)束后，CODs 大幅降低，平均CODs 去除率為75%左右。經(jīng)濕熱預(yù)處理30 min 后，CODs/CODt 在90 ℃時為34.94%，120 ℃時為34.15%，200 ℃時為33.24%，均低于對照組(39.90%)。說明通過適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，控制餐廚廢棄物的CODs/CODt(33% ～35%)，可有效提高厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫量和CODs 利用率。經(jīng)濕熱預(yù)處理后CODt 去除率較對照組有顯著提高?？梢?，濕熱預(yù)處理對餐廚廢棄物的主要作用在于改變餐廚廢棄物中有機物的結(jié)構(gòu)，使其更易被微生物利用。

表2 濕熱預(yù)處理對厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫前后CODt 和CODs 的影響Table 2 The effect of CODt and CODs in anaerobic fermentation hydrogen process by hydrothermal pre-treatments

2.3 對餐廚廢棄物厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫過程C/N 的影響

C/N 是微生物產(chǎn)能代謝過程中重要的影響因子，與微生物的自身合成代謝過程和有機物在微生物體內(nèi)的生物氧化過程密切相關(guān)。

Liu 等［7］在C/N 與有機組分對污泥厭氧發(fā)酵VFAs 生物轉(zhuǎn)換能力的研究中發(fā)現(xiàn)，有機碳的累積消耗量在厭氧發(fā)酵初期有明顯增加后趨于平穩(wěn)，但蛋白質(zhì)的累積消耗量不斷增加。餐廚廢棄物中蛋白質(zhì)濃度較高，且蛋白質(zhì)和碳水化合物的生物可降解率分別為39%和52%［23］，可見碳水化合物更易于水解［24］。針對濕熱預(yù)處理后各處理組有機碳和蛋白質(zhì)消耗量的不同，導(dǎo)致C/N 變化對厭氧發(fā)酵過程產(chǎn)生的影響，Hills［25］研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)C/N 為25 時，厭氧發(fā)酵過程可獲得最大累積產(chǎn)氣量;Yen 等［26］研究藻泥與廢紙聯(lián)合厭氧消化時發(fā)現(xiàn)最優(yōu)C/N 應(yīng)為20 ～25。Kayhanian 等［27］研究城鎮(zhèn)有機固體廢棄物厭氧發(fā)酵時發(fā)現(xiàn)C/N 為25 ～30 時，厭氧發(fā)酵系統(tǒng)獲得最大產(chǎn)氫速率與最優(yōu)系統(tǒng)穩(wěn)定性。厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫前后TOC 與TN 變化如表3 所示。

表3 濕熱預(yù)處理對厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫前后TOC 與TN 的影響Table 3 The effect of TOC and TN in anaerobic fermentation hydrogen process by hydrothermal pre-treatments

由表3 可知，對照組初始C/N 較高，經(jīng)過不同溫度濕熱預(yù)處理的餐廚廢棄物C/N 由對照組的45.57 最低降至25.19，且所有處理均低于對照組。經(jīng)90 ℃濕熱預(yù)處理30 min 后初始C/N 降至25.19，降幅為44.72%。由于濕熱預(yù)處理后餐廚廢棄物的TOC 濃度均大幅降低，120 和200 ℃濕熱預(yù)處理后TOC 濃度較對照組降低11.70 和11.72 g/L，TN 濃度未現(xiàn)明顯變化，C/N 下降。經(jīng)過厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫過程后，TOC 差別較大，但包括對照組在內(nèi)TOC 利用率均在(92 ± 1)%;TN 利用率90 ℃最高，達82.78%;對照組最低，僅為66.81%;其余處理組均高于對照組。表明在經(jīng)過濕熱預(yù)處理后，餐廚廢棄物更易被微生物所利用進行細(xì)胞合成，進而增強了系統(tǒng)緩沖能力，提高了反應(yīng)穩(wěn)定性。可見濕熱預(yù)處理對餐廚廢棄物C/N 的影響是提高系統(tǒng)穩(wěn)定性與產(chǎn)氫速率的因素之一。C/N 影響產(chǎn)酸發(fā)酵過程的方式，一方面通過微生物自身的合成代謝過程來影響有機物在微生物體內(nèi)的生物氧化過程，從而影響發(fā)酵產(chǎn)物的形成;另一方面通過C/N 的變化可令不同產(chǎn)酸功能菌群在厭氧體系中富集，從而形成不同的厭氧發(fā)酵途徑［28-29］。

2.4 對餐廚廢棄物厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫代謝產(chǎn)物的影響

根據(jù)末端產(chǎn)物的成分，厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫產(chǎn)酸類型分為乙醇型發(fā)酵、丁酸型發(fā)酵、丙酸型發(fā)酵以及混合型發(fā)酵4 種類型，產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌能夠?qū)a(chǎn)酸發(fā)酵時產(chǎn)生的丙酸、丁酸、戊酸、乳酸和乙醇等中間代謝產(chǎn)物在轉(zhuǎn)化為乙酸的同時生成分子氫［28］。不同產(chǎn)酸類型產(chǎn)氫能力差別顯著，王勇等［12］發(fā)現(xiàn)乙醇型發(fā)酵過程中由于物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)化間高度平衡，細(xì)胞合成代謝水平較低;丁酸型發(fā)酵過程由于NADH 過剩，主要參與細(xì)胞合成代謝，所以乙醇型發(fā)酵是厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫最佳代謝類型。劉和等［30］的研究表明，C/N在厭氧發(fā)酵過程中對產(chǎn)酸類型的形成有著決定性的作用。C/N 可通過影響微生物胞內(nèi)產(chǎn)能過程中NADH/NAD+水平，影響不同發(fā)酵途徑的形成。

濕熱預(yù)處理厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫代謝產(chǎn)物組成及濃度如表4 所示。由表4 可知，當(dāng)濕熱預(yù)處理時間為30 min，120 和150 ℃時主要為丁酸型發(fā)酵，其代謝產(chǎn)物中丁酸濃度分別達到703 和1 480 mg/L;200 ℃時在厭氧發(fā)酵過程中存在乙醇、乙酸等多種代謝產(chǎn)物，其中丁酸濃度達到842 mg/L，高于其他代謝產(chǎn)物濃度，為混合型發(fā)酵;對照組厭氧發(fā)酵液中檢測出乙醇、乙酸、丙酸與戊酸，丙酸占VFAs 濃度的39.5%，為丙酸型發(fā)酵(圖3);90 ℃處理以丁酸型發(fā)酵為主，因其微生物活性較強，通過微生物的作用，將丁酸轉(zhuǎn)化為乙酸與分子氫，導(dǎo)致丁酸濃度未檢出。研究中餐廚廢棄物所含有機組分與污泥相比差異較大且更為復(fù)雜，所以決定產(chǎn)酸類型的C/N 存在明顯差距。在初始C/N 為27 ～45 時，丁酸型發(fā)酵途徑占主導(dǎo)地位;大于45 時則進行混合型發(fā)酵，且以丙酸型發(fā)酵為主。

表4 濕熱預(yù)處理厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫代謝產(chǎn)物組成及濃度Table 4 The metabolic product composition and concentration in anaerobic fermentation hydrogen process by hydrothermal pre-treatments mg/L

圖3 產(chǎn)氫發(fā)酵液中VFAs 組分Fig.3 Components of VFAs in anaerobic acidification

由此可見，濕熱預(yù)處理可通過對餐廚廢棄物生物可利用性與C/N 的影響，優(yōu)化厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫過程的產(chǎn)酸類型［31］，進而提高餐廚廢棄物厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫速率與產(chǎn)氫潛力。

2.5 產(chǎn)氫效能分析

表5 為利用修正過的Gompertz 模型對厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫動力學(xué)曲線進行擬合所得結(jié)果。由表5 可知，所有濕熱預(yù)處理條件下厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫擬合曲線的R2均為0.99 以上。對照組啟動時間最短(4.18 h)，其原因可能由于濕熱預(yù)處理將餐廚廢棄物中含有的大量微生物高溫殺滅，減緩了其厭氧發(fā)酵啟動速度;由于對照組中含有大量雜菌，可能對水解細(xì)菌與產(chǎn)氫產(chǎn)酸菌的優(yōu)勢地位產(chǎn)生影響，導(dǎo)致對照組在啟動后的產(chǎn)氫階段，其累積產(chǎn)氣量與產(chǎn)氫速率方面均低于其他處理組。

表5 厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫動力學(xué)分析Table 5 Kinetic analysis of anaerobic fermentation

累積產(chǎn)氣量與Gompertz 模擬結(jié)果如圖4 所示。由圖4 可知，濕熱預(yù)處理時間為30 min 時，產(chǎn)氫最大潛力處理組均優(yōu)于對照組，其中200 ℃(234.30 mL)和90 ℃(199.44 mL)最大產(chǎn)氫潛力是對照組(104.28 mL)的1 倍或以上;200 ℃處理最大產(chǎn)氫潛力比120 和150 ℃處理分別高出34%和42%，比90℃處理高出15%左右。由圖4(c)可知，當(dāng)啟動時間為12 h 時，反應(yīng)啟動后，120 ℃處理出現(xiàn)短暫高濃度，90 ℃處理在18 ～48 h 內(nèi)產(chǎn)氫濃度持續(xù)最高且穩(wěn)定，可見在該段時間內(nèi)90 ℃處理氫氣轉(zhuǎn)化率最優(yōu)。

圖4 累積產(chǎn)氣量與Gompertz 模擬Fig.4 Accumulation biogas production and the figure of Gompertz modeling

4 個處理組在經(jīng)過濕熱預(yù)處理后可浮油脫出量與固相中粗脂肪濃度差異顯著，濕熱預(yù)處理時間為30 min 時，產(chǎn)氫效能較好的90 和200 ℃處理可浮油脫出量與固相粗脂肪濃度接近，在代謝產(chǎn)物中均含有乙酸，200 ℃處理為混合型發(fā)酵途徑，丁酸途徑與乙醇途徑共同作用，其產(chǎn)氫效能高于其他單一發(fā)酵途徑處理。120 和150 ℃處理可浮油脫出量較上述2 個處理高出近1 倍，導(dǎo)致底物中有機物濃度減少，這是其產(chǎn)氫能力較低的原因之一［32］;此外，單一的丁酸型發(fā)酵所產(chǎn)生的剩余NADH +H+參與細(xì)胞合成代謝，影響系統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)氫穩(wěn)定性［28］。對照組的產(chǎn)氫能力最低，其可浮油脫出量最小，且固相粗脂肪濃度較高，過高的油脂濃度可對厭氧發(fā)酵過程產(chǎn)生一定的抑制作用［20］;且在代謝產(chǎn)物中存在丙酸，丙酸發(fā)酵類型中糖酵解碳水化合物產(chǎn)生的丙酮酸并不能形成乙酰輔酶A，而是經(jīng)過部分三羧酸循環(huán)途徑降解為丙酸，該過程并無氫氣產(chǎn)生。除對照組外，不同溫度濕熱預(yù)處理對啟動時間影響較小，處理組均在厭氧發(fā)酵開始后13 h 前完成啟動，150 ℃處理條件下，厭氧發(fā)酵的產(chǎn)氫速率最大為24.14 mL/h。經(jīng)過濕熱預(yù)處理的餐廚廢棄物除啟動時間較對照組長之外，最大產(chǎn)氫潛力與最大產(chǎn)氫速率均優(yōu)于對照組。

3 結(jié)論

(1)濕熱預(yù)處理對餐廚廢棄物中固相粗脂肪與可浮油脫出量影響顯著，對蛋白質(zhì)濃度影響較小?？筛∮兔摮隽侩S溫度升高呈先高后低趨勢，150 ℃最高，達97.5 mL/kg，較對照組高出約13 倍。濕熱預(yù)處理可以通過影響餐廚廢棄物中碳水化合物、蛋白質(zhì)與脂肪的物理化學(xué)性質(zhì)而改變餐廚廢棄物CODt、CODs 和蛋白質(zhì)濃度。

(2)濕熱預(yù)處理可使厭氧發(fā)酵底物C/N 發(fā)生變化，對厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫的發(fā)酵類型有顯著影響。對照組以丙酸型發(fā)酵為主;當(dāng)濕熱預(yù)處理時間為30 min時，200 ℃處理為混合型發(fā)酵;90，120 和150 ℃處理以丁酸型發(fā)酵為主;利用丁酸型發(fā)酵的90 ℃處理通過微生物的作用，將丁酸等VFAs 轉(zhuǎn)化為乙酸和氫氣，其比產(chǎn)氫量最高，為242.1 mL/g(以VSS 計)。

(3)濕熱預(yù)處理可改變餐廚廢棄物厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫發(fā)酵類型，顯著影響餐廚廢棄物厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫效能。當(dāng)濕熱預(yù)處理時間為30 min 時，150 ℃處理條件下，厭氧發(fā)酵的產(chǎn)氫速率最大為24.14 mL/h，對照組為丙酸型發(fā)酵，其產(chǎn)氫效能最低。不同濕熱預(yù)處理溫度對啟動時間影響較小，為12.21 ～12.85 h。

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