对超声预处理提升湿垃圾产沼率进行了应用研究，研究结果表明：当采用不同的超声时间（1h、2h）及超声频率（20 kHZ和40 kHZ）预处理湿垃圾浆料时，获得的产甲烷潜力的提升效果不同。不同的超声预处理实验组相对于对照组均有提升湿垃圾浆料产甲烷潜力的效果。当选择40 kHZ超声频率预处理湿垃圾浆料2 h时，获得的湿垃圾浆料的最大累积产甲烷量比对照组高出12.83%，最大比产甲烷速率相对于对照组高出11.46%。
材料与方法
1.1 实验原料
本实验用的湿垃圾经过除杂、制浆、提油后的湿垃圾浆料取自上海某有机质固废处理厂均质罐，而湿垃圾浆料产甲烷潜力试验用沼液则取自该厂CSTR厌氧消化反应器。
1.2 实验设备
本实验采用的两台由无锡某公司生产的超声波预处理小试装置频率分别为20 kHZ和40 kHZ。实验采用RTK-18型的全自动产甲烷潜力测试装置进行超声预处理前后湿垃圾浆料的产甲烷潜力测试。
1.3 检测方法
总化学需氧量（TCOD）采用哈希消解比色法；挥发性脂肪酸（VFA）采用哈希脂化法；TS测定采用105℃烘干法（DHG9140，上海慧泰）；VS测定采用600℃马弗炉灼烧法（SG-XL1100，中科院上海光机所）；原料pH值测定采用多参数水质分析仪（DZS-706，上海雷磁）。
1.4 实验方法
1.4.1 不同超声时间对湿垃圾浆料产甲烷潜力的影响
根据超声预处理装置在造纸厂制浆领域的市场调研情况，选择常规的20 kHZ的超声频率的小试装置进行不同超声时间对湿垃圾浆料产甲烷潜力影响的试验。
将采集自均质罐的湿垃圾浆料10 L用电动搅拌器搅拌均匀，并设置1个对照组，3个实验组，分别命名为CG、EG1、EG2、EG3。对照组取1 L湿垃圾浆料，不做超声预处理，等待后续实验。实验组EG1、EG2、EG3用3个同样的2 L烧杯，分别取1 L搅拌均匀的湿垃圾浆料，放入20 kHZ超声小试设备，并在超声设备放入清水至水位完全超过烧杯内湿垃圾浆料液位。开启超声预处理装置，在超声时间为30 min、1 h及2 h的时候分别取出EG1、EG2、EG3烧杯，将对照组及实验组超声预处理后的湿垃圾浆料各取20 mL进行产甲烷潜力测试实验，并通过Modified Gompertz进行数学模型拟合，以评估不同超声预处理对餐厨浆料有机质增溶效果及厌氧消化过程的影响。Modified Gompertz数学模型的公式如下所示：
式中：P（t）为t（d）时刻的累积产甲烷量，mL·g-1VS，Pmax为最大产甲烷量，mL·g-1VS，Rmax最大比产甲烷速率，mL·g-1VSd-1，λ为延滞时间，d。此公式中参数Pmax、Rmax、P（t）单位中的gVS指单位质量进料基质。
本次实验取10 L有机质厂厌氧沼液于中温37℃水浴条件预反应3天，主要目的是尽可能降低厌氧发酵液其有机物本底值，减少其对产甲烷潜力测试过程的影响，用于实验的沼液指标如下：VFA为1251 mg·L-1、COD为10460 mg·L-1、pH值为8.03、TS为2.92%、VS为42.9%。
1.4.2 不同超声频率对湿垃圾浆料产甲烷潜力的影响
将采集自均质罐的湿垃圾浆料10 L用电动搅拌器搅拌均匀，并设置1个对照组，2个实验组，分别命名为CG、EG20、EG40。
对照组取2 L湿垃圾浆料，不做超声预处理，等待后续实验。实验组EG20、EG40用两个同样的1 L烧杯，分别取1 L搅拌均匀的湿垃圾浆料，放入20 kHZ和40 kHZ的两个超声小试设备，并在两个超声设备放入清水至水位完全超过烧杯内湿垃圾浆料液位。同时开启两个超声预处理装置，超声预处理时间固定在1 h。将对照组及实验组超声预处理后的湿垃圾浆料各取20mL进行产甲烷潜力测试实验，并通过Modified Gompertz进行数学模型拟合，以评估不同超声预处理对餐厨浆料有机质增溶效果及厌氧消化过程的影响，Modified Gompertz数学模型公式如1.4.1节所示。
本次实验所取沼液数量及预处理方式如1.4.1节。用于实验的沼液指标如下：VFA为1730 mg·L-1、SCOD为12210 mg·L-1、pH值为7.92、TS为4.35%、VS为37.1%。
1.4.3 40 kHZ超声频率对湿垃圾浆料产甲烷潜力的影响
将采集自均质罐的湿垃圾浆料10 L用电动搅拌器搅拌均匀，并设置1个对照组（CG1），1个实验组（EG401）。对照组取1 L湿垃圾浆料，不做超声预处理，等待后续实验。实验组EG401同1.4.2实验组的处理方法，超声预处理时间固定在2 h。将对照组及实验组超声预处理后的湿垃圾浆料各取20 mL进行产甲烷潜力测试实验，并通过Modified Gompertz进行数学模型拟合，以评估不同超声预处理对餐厨浆料有机质增溶效果及厌氧消化过程的影响。本次实验所取沼液数量及预处理方式如1.4.1节。用于实验的沼液指标如下：VFA为1330 mg·L-1、SCOD为11950 mg·L-1、pH值为8.04、TS为3.20%、VS为39.1%。实验用湿垃圾浆料原料的TCOD为157200 mg·L-1、SCOD为113800 mg·L-1、TS为10.6%、VS为84.8%。
结果与讨论
结论
通过超声预处理设备对湿垃圾浆料预处理后的产甲烷潜力的影响进行研究，研究结果表明：
（1）不同超声预处理时间对湿垃圾浆料提升产甲烷潜力的影响不同，超声预处理时间为2h时，获得的湿垃圾厌氧消化产甲烷加速的效果最好。实验组实际最大累积产甲烷量比对照组高出约10.40%。
（2）不同超声频率对提升湿垃圾浆料产甲烷潜力的效果不同，频率较高的40 kHZ实验组获得的湿垃圾浆料的沼气增产效果较好。
（3）当选择40 kHZ超声频率预处理2 h时，获得的湿垃圾浆料的最大累积产甲烷量比对照组高出12.83%，最大比产甲烷速率相对于对照组高出11.46%。
