易腐垃圾厌氧消化沼液理化性质及VOCs分子特征

doi:10.11949/0438-1157.20221599

摘要/Abstract

摘要：

解析了易腐垃圾厌氧消化沼液(ADLD)理化性质及其挥发性有机化合物VOCs的分子特征与关联性，以期为沼液资源化利用提供基础性质依据。研究发现，沼液理化指标的季节性差异较小，各沼液的差异较大。不同离子在沼液中的存在形式不同。沼液中的重金属含量远低于国内外相关标准限值。共检测304个VOCs分子，主要是芳香族(30%~83%)、烯烃(5%~44%)类化合物。不同厌氧消化工艺产生沼液的VOCs存在差异，干式厌氧消化沼液中芳香族类VOCs较多(32%~83%)，而湿式含有更多的醇(1%~20%)和醚(1%~30%)。从沼液中发现了14种植物敏感性VOCs分子(0.05%~15.42%)，如水杨酸甲酯、2-丁酮等，这类化合物可以促进植物生理活性。鉴定出共有化合物(1.09%~41.54%)，如香料添加剂、食用香精类化合物等。

关键词: 易腐垃圾, 厌氧消化沼液, 挥发性有机化合物, 土地利用

Abstract:

This paper studied and analyzed the physicochemical properties, molecular characteristics and correlation of volatile organic compounds (VOCs) of liquid digestate of anaerobic digestion (ADLD) from putrescible waste, in order to provide basic properties for the utilization of ADLD resources. The study found that the seasonal differences of biogas slurry physical and chemical indicators were small, and the differences of each biogas slurry were large. Different ions existed in different forms in ADLD. The content of heavy metals in ADLD was much lower than the stipulated limits of heavy metals in the domestic and foreign standards. A total of 304 kinds of VOCs were detected in each ADLD sample, mainly including aromatic compounds (30%—83%) and olefins (5%—44%). There were differences in VOCs produced by different anaerobic digestion processes. The dry anaerobic digestion ADLD contained more aromatic VOCs (32%—83%), while the wet digester contained more alcohols (1%—20%) and others (1%—30%). 14 kinds of plant sensitive VOCs, such as methyl salicylate, 2-butanone and so on, were found in ADLD (0.05%—15.42%). These compounds could promote plant physiological activities. Common compounds (1.09%—41.54%) were found in the 19 VOCs samples, such as flavor additives and food flavor compounds that were not anaerobic degraded.

Key words: putrescible waste, liquid digestate, volatile organic compounds, land application

中图分类号:

X 705

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图/表 11

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序号	工艺	进料	温度/ ℃	停留时间/ d	含固率/ %	产气率/ (m³/t)	进料量/ (t/d)	消化罐体积/m³	罐数	固液分离方式	开始运行时间	服务城市	取样时间
W1-1	湿式	餐厨	38~40	26	3	69	200	5200	2	气浮	2015年	常州	2020年11月
W1-2	湿式	餐厨	38~40	26	3	69	200	5200	2	气浮	2015年	常州	2021年4月
W1-3	湿式	餐厨	38~40	26	3	69	200	5200	2	气浮	2015年	常州	2021年7月
W2-1	湿式	餐厨	38	30~40	<6	64	500	4200	4	离心	2019年	松江	2020年11月
W2-2	湿式	餐厨	38	30~40	<6	64	500	4200	4	离心	2019年	松江	2021年4月
W2-3	湿式	餐厨	38	30~40	<6	64	500	4200	4	离心	2019年	松江	2021年7月
W3	湿式	餐厨	37	30	3~5	80	550	4900	5	离心+气浮	2019年	浦东	2020年11月
W4	湿式	餐厨	36	28	2~3	60~70	300	3000	4	—	2017年	浦东	2020年11月
W5	湿式	餐厨	38	56.7	3	80	200	3800	3	除杂+离心+气浮	2018年	绍兴	2020年11月
W6	湿式	餐厨	38	47.5	3	65	160	3800	3	离心	2020年	杭州	2020年11月
W7	湿式	餐厨	35	30~40	2	80	200	3000	4	—	2016年	宁波	2021年8月
D1	干式	厨余	42	30	12~14	150	450	2250	2	挤压+除杂+离心+气浮	2020年	浦东	2020年11月
D2	干式	厨余	38	33	24	85	150	2345	3	脱水+混凝	2015年	杭州	2020年11月
D3-1	干式	厨余	36	—	—	—	0.28	30	1	—	2020年	浦东	2020年11月
D3-2	干式	厨余	36	—	—	—	0.28	30	1	—	2020年	浦东	2021年7月
D4	干式	厨余	36	—	—	—	0.28	30	1	—	2020年	浦东	2020年11月
D5	干式	厨余	36	—	—	—	0.28	30	1	—	2020年	浦东	2021年7月
D6	干式	厨余	36	—	—	—	0.28	30	1	—	2020年	浦东	2021年7月
A	湿式	鸡粪+餐厨	38	30	3	—	—	10000	4	—	2019年	徐州	2021年5月

序号	工艺	进料	温度/ ℃	停留时间/ d	含固率/ %	产气率/ (m³/t)	进料量/ (t/d)	消化罐体积/m³	罐数	固液分离方式	开始运行时间	服务城市	取样时间
W1-1	湿式	餐厨	38~40	26	3	69	200	5200	2	气浮	2015年	常州	2020年11月
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W2-2	湿式	餐厨	38	30~40	<6	64	500	4200	4	离心	2019年	松江	2021年4月
W2-3	湿式	餐厨	38	30~40	<6	64	500	4200	4	离心	2019年	松江	2021年7月
W3	湿式	餐厨	37	30	3~5	80	550	4900	5	离心+气浮	2019年	浦东	2020年11月
W4	湿式	餐厨	36	28	2~3	60~70	300	3000	4	—	2017年	浦东	2020年11月
W5	湿式	餐厨	38	56.7	3	80	200	3800	3	除杂+离心+气浮	2018年	绍兴	2020年11月
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D1	干式	厨余	42	30	12~14	150	450	2250	2	挤压+除杂+离心+气浮	2020年	浦东	2020年11月
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D3-1	干式	厨余	36	—	—	—	0.28	30	1	—	2020年	浦东	2020年11月
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D4	干式	厨余	36	—	—	—	0.28	30	1	—	2020年	浦东	2020年11月
D5	干式	厨余	36	—	—	—	0.28	30	1	—	2020年	浦东	2021年7月
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A	湿式	鸡粪+餐厨	38	30	3	—	—	10000	4	—	2019年	徐州	2021年5月

样品	sCOD/ (mg/L)	COD/ (mg/L)	DOC/ (mg/L)	TN/ (mg/L)	TAN/ (mg/L)	FAN/ (mg/L)	IC/ (mg/L)	pH	EC/ (mS/cm)	总养分/ (g/L)	sCOD /COD	COD /TN	DOC /TN
W1-1	9760±21	19413±564	3510±31	2388±99	1463	172	1847±124	7.96	19.38	6.9	0.50	8.13	1.47
W1-2	9660±60	14280±234	3452±79	2940±73	2007	146	1967±54	7.73	21.40	6.0	0.68	4.86	1.17
W1-3	11160±6	18940±562	3842±52	2657±56	1727	91	1889±21	7.58	14.56	7.0	0.59	7.13	1.45
W2-1	6124±58	20080±234	2368±24	3072±22	2017	274	2381±37	8.06	20.10	8.7	0.30	6.54	0.77
W2-2	4015±43	9673±246	1545±32	2449±57	1757	149	2108±24	7.83	17.72	6.5	0.42	3.95	0.63
W2-3	6275±104	8873±245	2521±27	2277±86	1677	148	1485±234	7.85	16.36	5.5	0.71	3.90	1.11
W3	9460±345	23340±653	3558±18	3756±78	2697	229	2560±23	7.86	21.60	10.7	0.40	6.21	0.95
W4	8910±561	23433±682	4146±113	4950±56	2993	245	3476±42	7.87	22.50	11.6	0.38	4.73	0.84
W5	4865±545	21767±564	1851±32	2907±55	2053	181	2487±125	7.85	20.80	11.9	0.22	7.49	0.64
W6	12250±235	17340±252	4405±31	3760±35	2557	347	2582±356	8.06	21.90	8.3	0.70	4.61	1.17
W7	8070±246	14980±564	2908±6	2804±22	1883	112	2176±36	7.75	19.39	6.3	0.54	5.34	1.04
D1	22540±532	60613±244	7860±260	3914±18	2663	648	1352±125	8.26	18.80	12.1	0.37	15.49	2.01
D2	7875±53	57120±456	2604±21	5550±15	3993	500	4132±236	8.02	22.00	17.4	0.14	10.29	0.47
D3-1	1838±54	4768±53	768±9	1864±25	1383	596	1672±265	8.80	13.43	4.7	0.38	2.56	0.41
D3-2	2105±55	6553±76	836±25	2196±72	1660	185	1935±365	8.02	14.35	4.9	0.32	2.98	0.38
D4	10165±265	15973±562	3590±125	2336±44	1767	144	1178±236	7.87	15.30	5.0	0.64	6.84	1.54
D5	3375±33	35467±435	1476±52	3247±23	2540	327	2627±127	8.09	16.49	10.2	0.10	10.92	0.45
D6	2305±56	37573±564	902±67	1486±53	1083	54	1293±239	7.64	9.88	6.4	0.06	25.28	0.61
A	10560±235	27467±752	4028±80	6394±23	4460	815	4746±85	8.27	24.90	18.2	0.38	4.30	0.63

样品	sCOD/ (mg/L)	COD/ (mg/L)	DOC/ (mg/L)	TN/ (mg/L)	TAN/ (mg/L)	FAN/ (mg/L)	IC/ (mg/L)	pH	EC/ (mS/cm)	总养分/ (g/L)	sCOD /COD	COD /TN	DOC /TN
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W1-2	9660±60	14280±234	3452±79	2940±73	2007	146	1967±54	7.73	21.40	6.0	0.68	4.86	1.17
W1-3	11160±6	18940±562	3842±52	2657±56	1727	91	1889±21	7.58	14.56	7.0	0.59	7.13	1.45
W2-1	6124±58	20080±234	2368±24	3072±22	2017	274	2381±37	8.06	20.10	8.7	0.30	6.54	0.77
W2-2	4015±43	9673±246	1545±32	2449±57	1757	149	2108±24	7.83	17.72	6.5	0.42	3.95	0.63
W2-3	6275±104	8873±245	2521±27	2277±86	1677	148	1485±234	7.85	16.36	5.5	0.71	3.90	1.11
W3	9460±345	23340±653	3558±18	3756±78	2697	229	2560±23	7.86	21.60	10.7	0.40	6.21	0.95
W4	8910±561	23433±682	4146±113	4950±56	2993	245	3476±42	7.87	22.50	11.6	0.38	4.73	0.84
W5	4865±545	21767±564	1851±32	2907±55	2053	181	2487±125	7.85	20.80	11.9	0.22	7.49	0.64
W6	12250±235	17340±252	4405±31	3760±35	2557	347	2582±356	8.06	21.90	8.3	0.70	4.61	1.17
W7	8070±246	14980±564	2908±6	2804±22	1883	112	2176±36	7.75	19.39	6.3	0.54	5.34	1.04
D1	22540±532	60613±244	7860±260	3914±18	2663	648	1352±125	8.26	18.80	12.1	0.37	15.49	2.01
D2	7875±53	57120±456	2604±21	5550±15	3993	500	4132±236	8.02	22.00	17.4	0.14	10.29	0.47
D3-1	1838±54	4768±53	768±9	1864±25	1383	596	1672±265	8.80	13.43	4.7	0.38	2.56	0.41
D3-2	2105±55	6553±76	836±25	2196±72	1660	185	1935±365	8.02	14.35	4.9	0.32	2.98	0.38
D4	10165±265	15973±562	3590±125	2336±44	1767	144	1178±236	7.87	15.30	5.0	0.64	6.84	1.54
D5	3375±33	35467±435	1476±52	3247±23	2540	327	2627±127	8.09	16.49	10.2	0.10	10.92	0.45
D6	2305±56	37573±564	902±67	1486±53	1083	54	1293±239	7.64	9.88	6.4	0.06	25.28	0.61
A	10560±235	27467±752	4028±80	6394±23	4460	815	4746±85	8.27	24.90	18.2	0.38	4.30	0.63

项目	TN	pH	TOC	IC	FAN	TAN	Cl	EC
TN	1	0.042	0.473^①	0.896^③	0.656^②	0.984^③	-0.078	0.803^③
pH		1	-0.142	0.074	0.235	0.086	-0.302	-0.071
TOC			1	0.068	0.349	0.403	0.300	0.473^①
IC				1	0.523^①	0.892^③	-0.087	0.733^③
FAN					1	0.688^②	-0.349	0.387
TAN						1	-0.192	0.756^③
Cl							1	0.409
EC								1