微量金属对餐厨垃圾厌氧消化过程中氨氮含量的影响

摘 要：以餐厨垃圾为研究对象，采用中温（35℃）厌氧消化，研究不同微量金属Fe、Co投加量条件下对餐厨垃圾厌氧消化过程中氨氮含量的影响。研究表明，投加微量金属元素在厌氧消化12d内会抑制氨氮的积累，而投加金属元素的量低于0.0025mgoL-1·d-1时，消化反应在12d后氨氮的积累量会提高，氨氮的积累速率最高分别为17.72mgoL-1·d-1、18.27mgoL-1·d-1。

关键词：餐厨垃圾；Fe；Co；厌氧消化；氨氮

餐厨垃圾容易腐烂变质，滋生病菌，造成疾病的传播；散发的恶臭气体污染大气；易产生渗滤液而污染地表水和地下水[1]。在我国城市生活垃圾构成中，餐厨垃圾的比例约37%～62%[2]。由于餐厨垃圾含水率高，有机物含量高[3]，传统的处理方法，如填埋法不仅造成餐厨垃圾中营养价值的损失，而且容易产生温室气体、渗滤液等二次污染物[4]。在世界能源紧缺的时代，利用餐厨垃圾作为厌氧消化产沼气的原料，既可以获得清洁能源，又减少了污染物的排放，是目前餐厨垃圾无害化处理和资源化利用的一种有效途径。

厌氧消化对无机营养缺乏较为敏感，补充甲烷菌所需的必要无机营养元素（主要是微量金属元素），是提高厌氧消化效率的重要途径；其中Fe、Co、Ni等微量营养元素对甲烷菌生长和活性具有重要的促进作用。微量金属元素还可以发生某些特殊的转化，并提高微生物对有毒污染物质的耐受能力。一般情况下，投加低浓度金属离子对甲烷菌有利，当浓度大于一定值后，就会抑制甲烷菌的活性。

在厌氧消化过程中，氨氮是微生物重要的氮源，但其浓度过高会快速抑制甲烷菌的活性。氨氮在厌氧消化中起着多重作用：一方面，氨氮是厌氧微生物的营养物质，并提供了厌氧消化体系的部分碱度；另一方面，氨氮浓度超过一定值后会对厌氧消化体系产生较强的抑制作用，甚至导致厌氧处理系统失稳。

目前，国内外关于微量金属对于厌氧消化过程中氨氮含量的影响的研究鲜有报道。为此，本研究以餐厨垃圾为研究对象，研究微量Fe和Co对餐厨垃圾厌氧消化过程氨氮的影响。

1 材料与方法

餐厨垃圾取自校食堂，将其用打浆机粉碎，使固体颗粒直径小于1mm。以1L带有橡胶塞的棕色广口瓶作为反应器，初始餐厨垃圾量为0.7L；充氮气使系统保持厌氧环境，置于120rpm，35℃恒温水浴振荡器中。试验设定周期为25d，每5d取样一次分析氨氮的变化情况。Fe和Co的化合物形式和投加量见表1。

表1 Fe、Co投加量对餐厨垃圾厌氧消化的影响试验方案

2 结果与分析

2.1 微量Fe对餐厨垃圾厌氧消化过程中氨氮含量的影响

不同微量Fe投加量下，厌氧消化过程氨氮含量变化情况如图1所示。可以发现，随着反应进行，氨氮量迅速增加，12d内Fe1组氨氮增加量和增加速率均高于其他组。随后Fe2和Fe3两组氨氮迅速增加，其他组则逐渐趋于稳定。投加量为0.0025mgoL-1·d-1时，反应器中氨氮的积累量最大，为415.87mg/L。

2.2 微量Co对餐厨垃圾厌氧消化过程中氨氮含量的影响

不同微量Co投加量下，厌氧消化过程氨氮含量变化情况如2所示。可以看出，随着反应进行，氨氮量迅速增加，12d内Co1组氨氮增加量和增加速率均高于其他组，随后逐渐趋于稳定。Co2、Co3两组在12d后，氨氮积累速率迅速升高。Co的投加量为0.0025mgoL-1·d-1时，氨氮的含量最高，为418.61mgoL-1。

3 结束语

研究了不同微量金属Fe和Co投加量条件下对餐厨垃圾厌氧消化过程中氨氮含量的影响。结果表明，实验开始阶段，氨氮的积累较快，随着反应的进行逐渐趋于稳定。投加微量金属元素Fe和Co，在反应初期会抑制氨氮含量的提高；后期，投加量低于0.0025mgoL-1od-1时则会提高氨氮含量。

参考文献

[1]吕凡，何品晶，邵立明，等.易腐性有机垃圾的产生与处理技术途径比较[J].环境污染治理技术与设备，2003，4（8）：46-50.

[2]陈朱蕾，周磊，江娟，等.粪便与厨余垃圾现场处理研究[J].环境科学学报，2005，26（5）：196-199.

[3]王星，王德汉，徐菲，等.餐厨垃圾厌氧消化的工艺比选研究[J].能源工程，2005，（5）：27-31.

[4]Speece R.E.“Nutrient requirements”in：Anaerobic digestion of Biogass[M].USA：Elsevier Applied Sciences Pub，1987.

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