江 娟
（华中科技大学环境科学与工程学院，武汉，430074）
摘要：为了更好地利用厌氧处理产生的气体，本文在介绍模拟厌氧堆肥实验的基础上，利用便携式红外分析系统对厌氧堆肥过程中产气状况进行了研究。结果表明，在厌氧堆肥开始阶段，甲烷产率只有7.8%左右，远远低于32.8%的二氧化碳产率；而随着反应的进行，甲烷产率逐渐高于二氧化碳产率，并于第90d左右时达到最高值42.0%；此后二氧化碳及甲烷产率都逐渐降低，但甲烷产率始终高于二氧化碳产率。
关键词：生活垃圾 便携式红外分析系统 厌氧堆肥
1 概述
目前推广的垃圾处理方法∮主要有三种：卫生填埋、堆肥、和焚烧。随着城市生活垃圾处理过程中循环经济理念的提出，堆肥法作为城市生活垃圾减量化、资源化、无害化的一条重要途径，具有强大的生命力。由于好氧堆肥过程中需要通入大量的氧气，需要消耗大量的能源，而厌氧消化不仅不需要消耗大量的能源，而且还能收集沼气作为清洁能源。因此从循环经济的角度来看，是一种理想的处理方法。
厌氧堆肥过程中产气量是一个很重要的指标，为了更好地利用厌氧处理产生的气体，本研究利用便携式红外分析系统对生活垃圾厌氧◥堆肥产气进行了分析。在研究分析々中发现，生活垃圾厌氧堆肥产气中，甲烷产率并不是一开始就高于二氧化碳产率，而是随着反应∞的进行，才在某一时间后高于二氧化碳产率的。本文在介绍模拟试验的基础上，着重对厌氧堆肥产甲烷的基本特性进行了研究。
2 实验部分
2.1 实验材料
生活垃圾来自武汉市华中科技大学生活区☉垃圾点，其基本组成见表1。
表1 实验原料基本组成(%)
|
木屑 |
布 |
纸张 |
塑料 |
橡胶 |
厨余 |
玻璃金属 |
灰土 |
|
3.0 |
2.3 |
4.6 |
11.0 |
2.7 |
51.0 |
4.3 |
21.1 |
2.2 实验装置
模拟实验装置为圆柱型，直径600mm，高1200mm，外包保温棉用于保温。其底部设渗滤液收集口；顶部两个开』
口，一个连真空泵抽真空，另一个用于测产气率；侧壁设左右两个开口，一个插温度计测温度，另一个用于取样。反应装置如图1所示。
图1 实验装置示意图
作者简介：江娟，女，华中科技大学环境科学与工程学院实验分室主任，从事环境工程专业实验教学及仪器使用研究。
2.3实验仪器
本实验中使用的主要仪器为北京市华云分析仪器研究所生产的9000D型便携式4组分红外线分析系统。
9000D型便携式4组分红外线分析系统是为测量垃圾填埋场产生的CO、CO2、CH4和O2而专门设√计的。分取样系统和主机两部分。测量时将取样探头从厌氧堆肥装置顶部伸入内部过半处，由取样器中的抽气泵将被测气体抽入取样器，经滤尘、冷凝、流量调节后送入主机进行分析，由主机︻面板的四个三位半LCD液晶显示器直接将浓度值显示出来，响应速度快，数值准确并且能进行长期连续工作。主机中CO、CO2、CH4用不分光红外法，O2用电化学法，其中CO的光学部件采用了气体滤波相关技术。该系统的气体分析流程图见图2。该气体分析系统解决了以往气袋取样分析获得数据较慢、容易产生∞传递误差和二次污染等缺点，是一种精度高、性能可靠的在线监测系统。
2.4 实验方法
首先对收集来的生活垃圾进行人工分选，将其中的塑料、玻璃、金属等不能降解的物质剔除；然后用四分法采▂样，将500kg垃圾装入厌氧堆肥装置；由于测定混合垃圾含水率为30%，所以人工加水至含水率为45%后，加盖密封；试验期间，对堆肥过程中甲烷及二氧化碳产率利用红外线分析系统测定。
3 实验结果及分析
实验垃圾装入厌氧堆肥装置时，初期属好氧环境，随着分々子氧、SO42-和NO3-的消耗及人工抽真空，装置内开始进入产甲烷菌生长所必需的厌氧状态，开始产生甲烷及二氧化碳。第15d开始用红外线分析系统测定装置内的甲烷及二氧化碳产率，此后每隔15测一次，得到数据如表2所示。
表2：堆肥过程中气体产率
|
时间 |
15 |
30 |
45 |
60 |
75 |
90 |
105 |
120 |
135 |
150 |
165 |
180 |
|
CH4 |
7.8 |
11.5 |
11.8 |
20.2 |
38.5 |
42.0 |
39.4 |
35.1 |
33.0 |
22.8 |
17.3 |
13.4 |
|
CO2 |
32.8 |
34.7 |
32.1 |
32.0 |
23.2 |
25.0 |
23.9 |
24.0 |
22.5 |
21.0 |
16.6 |
12.5 |
从表2可以看出，厌氧堆肥过程所产生的气体中，二氧化碳产率是随着时间而降低的，而甲烷产率是先升高后降低的。在试验开始阶段，甲烷产率只有7.8%左右，远远低于32.8%的二氧化碳产率；随着时间的推移，甲烷产率逐渐升高，二氧化碳 产率逐渐降低，直到反应进行到70d左右时，甲烷产率才逐渐高于二氧化碳产率，并于第90d左右时达到最高值42.0%；此后二氧化碳及甲烷产率都逐渐降低，但甲烷产率始终高于二氧化碳产率。这是由于厌氧消化过程先经过水解酸化阶段，而后才能进入产甲烷阶段。垃圾堆肥罐开始产甲烷后，甲烷菌随时间推移迅速繁衍，甲烷产率逐渐增加。当产甲烷速率上升到一定水平后，垃圾中可降解部分因发生水解、产甲烷反应而逐渐减少，水解产物越来√越少，因而甲烷产率也随时间逐渐减少。到180d时，垃圾堆肥罐的产甲烷率仅有13.4%。同时还发现在反应的同一个阶段，温度越高，甲烷产率越大。
另外在本次实验过程中，用该系统测得CO产量甚微，可能与该系统对CO设置的量程偏大有关。
3 结论
(1) 实验表明，当厌氧堆肥过程进行约
1个月的时★候，CO2产率达到最高值34.7%，进行到约三个月的时候，CH4产率达到最高值42.0%，此后CH4产率一直高于CO2产率并直到实验结束。
(2)厌氧堆肥不仅可以较好的回收能源，而且还能获得有机肥，无论从经济效益还是环境效益的角度来看，都是一种值得提倡的方法。
(3)便携式红外分析系统为厌氧过程中气体的日常监测甚至是在线监测提供了一种精度高、性能可靠的手段。
参考文献
[1] 张爱军，陈洪章，李佐虎. 有机固体废物固态厌氧消化处理的研究现状与进展. 环境科学，2002，15(5)：52~54
[2] 唐青云，王琪，董路. 便携式红外分析系统在垃圾填埋场的应用. 分析仪器，2002(3)：40~42
Abstract: The biogas producing of anaerobic composting was studied by means of portable infrared gas analyzer system to make good use of the biogas. The results showed that the output rate of CH4 is only 7.8% in the initial phase, far below the output rate of CO2 which is 32.8%. With the processing of the reaction, the output of methane gradually surpassed CO2 and mounted its peak of 42.0% in 90 days. And then the output rate of CO2 and CH4 decreased subsequently after the peak, however, the output of CH4 surpass CO2 all the time.
Keywords: Municipal Solid Waste portable infrared gas analyzer system anaerobic composting
（本文章摘自分析仪器杂志）
