餐廚垃圾厭氧消化處理工藝的改進(jìn)和應(yīng)用

李漢基

【摘 要】近年來(lái)，隨著人民生活水平的不斷提高，餐廚垃圾的產(chǎn)量也日益增加，未經(jīng)處理的餐廚垃圾不僅滋生蚊蟲，而且污染水體和大氣。厭氧消化工藝是目前餐廚垃圾處理中常用的一種工藝，但該工藝處理中存在著餐廚垃圾消化條件難控制的問(wèn)題。本文結(jié)合具體餐廚垃圾處理工程，就厭氧消化工藝進(jìn)行了改進(jìn)。結(jié)果表明，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，處理效果令人滿意。

【關(guān)鍵詞】餐廚垃圾；厭氧消化；處理；揮發(fā)性脂肪酸

隨著我國(guó)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平不斷提高，城市生活垃圾也在急劇增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)調(diào)查，餐廚垃圾占城市生活垃圾總量的30%～40%。餐廚垃圾包括家庭產(chǎn)生的易腐性廚余垃圾和飯店、單位食堂等產(chǎn)生的易腐性餐飲垃圾。餐廚垃圾的成分十分復(fù)雜，易腐爛變質(zhì)，其在運(yùn)輸與處理的過(guò)程中不僅滋生蚊蟲，而且污染水體和大氣。厭氧消化工藝是目前餐廚垃圾處理中常用的一種工藝，但在處理過(guò)程中仍存在很多問(wèn)題，如餐廚垃圾單獨(dú)消化處理時(shí)極易出現(xiàn)酸化現(xiàn)象，處理效率低（負(fù)荷低）等，為此，必須對(duì)厭氧消化工藝進(jìn)行改進(jìn)。

1.材料與方法

1.1 材料

餐廚垃圾來(lái)自垃圾填埋場(chǎng)，其各項(xiàng)理化指標(biāo)如表1所示；。其中污染物指標(biāo)均滿足GB4284—84《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》要求。

1.2 試驗(yàn)方法

將厭氧消化處理進(jìn)料基質(zhì)的含水量均調(diào)整為（10±2）%。厭氧消化反應(yīng)器容積50L，攪拌強(qiáng)度、溫度（35℃）、pH由智能控制系統(tǒng)控制，試驗(yàn)過(guò)程中的各指標(biāo)分析均由我單位承擔(dān)。試驗(yàn)中，厭氧系統(tǒng)經(jīng)馴化培養(yǎng)運(yùn)行6個(gè)月后，采取分階段逐步提高餐廚垃圾有機(jī)負(fù)荷和提高市政污泥比例的方法，進(jìn)行餐廚垃圾聯(lián)合市政污泥厭氧消化試驗(yàn)。試驗(yàn)分4個(gè)階段（表2）。

第1階段為單一消化餐廚垃圾，有機(jī)負(fù)荷為2.34g/（L·d）條件下穩(wěn)定運(yùn)行約30d后提高有機(jī)負(fù)荷至3.50g/（L·d）運(yùn)行約10d，因有機(jī)負(fù)荷提高后系統(tǒng)不能正常運(yùn)行而中止第1階段試驗(yàn)。為解決該問(wèn)題采取了添加市政污泥的方案，在系統(tǒng)恢復(fù)正常后進(jìn)行了餐廚垃圾與市政污泥的配比試驗(yàn)。將餐廚垃圾與市政污泥按質(zhì)量比為2：1混合后進(jìn)行第2階段試驗(yàn)，此時(shí)有機(jī)負(fù)荷為3.79g/（L·d），HRT為25d；運(yùn)行后期由于氨氮濃度過(guò)高重新進(jìn)行了配比調(diào)整，將餐廚垃圾與市政污泥質(zhì)量比調(diào)整為1：1進(jìn)行第3階段試驗(yàn)，有機(jī)負(fù)荷為3.77g/（L·d），HRT為25d；第4階段餐廚垃圾與市政污泥配比不變（1：1），提高有機(jī)負(fù)荷至5.29g/（L·d），HRT為20d。

2.結(jié)果與分析

2.1 pH與揮發(fā)性脂肪酸（VFA）濃度變化

試驗(yàn)過(guò)程中每天監(jiān)測(cè)pH，每3～4d監(jiān)測(cè)一次VFA濃度，第1階段在低有機(jī)負(fù)荷〔2.34g/（L·d）〕時(shí)，餐廚垃圾單獨(dú)厭氧消化的pH和VFA濃度均較穩(wěn)定；當(dāng)提高餐廚垃圾有機(jī)負(fù)荷〔3.50g/（L·d）〕時(shí)，pH低于系統(tǒng)正?？刂品秶霈F(xiàn)酸化，VFA濃度也急劇升高到近5000mg/L，說(shuō)明當(dāng)有機(jī)負(fù)荷提高時(shí)，酸化現(xiàn)象影響發(fā)酵系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。而在添加市政污泥后的第2、第3和第4階段（40d以后）試驗(yàn)中，pH（6.80～7.60）與VFA濃度（2000～3000mg/L）基本保持在系統(tǒng)正常運(yùn)行的范圍。

為了保證反應(yīng)器內(nèi)有足夠濃度的厭氧菌，pH通常應(yīng)維持在7.0～7.5，以滿足厭氧菌的最佳生長(zhǎng)代謝環(huán)境，通常穩(wěn)定的厭氧反應(yīng)體系中pH可通過(guò)厭氧反應(yīng)中的產(chǎn)酸反應(yīng)和產(chǎn)甲烷反應(yīng)平衡。但當(dāng)產(chǎn)酸反應(yīng)速率大于產(chǎn)甲烷化速率，則出現(xiàn)有機(jī)酸的積累，pH降低，而低pH抑制了甲烷化反應(yīng)，加劇了有機(jī)酸的積累，形成有機(jī)酸濃度增加的惡性循環(huán)。

為維持系統(tǒng)穩(wěn)定的pH，在應(yīng)急情況下可采用加堿中和等手段。

2.2 氨氮濃度及堿度變化

餐廚垃圾市政污泥聯(lián)合消化系統(tǒng)每3～4d監(jiān)測(cè)一次氨氮濃度及堿度，其變化如圖1所示。

由圖1可知，隨著厭氧消化系統(tǒng)有機(jī)質(zhì)停留時(shí)間的縮短（有機(jī)負(fù)荷提高），在第2階段（40～60d）明顯檢測(cè)到氨氮濃度有積累升高的趨勢(shì)，從約1500mg/L升高到約2500mg/L，最終導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行不正常。分析認(rèn)為是由于氨氮濃度過(guò)高對(duì)厭氧菌的生物活性有抑制的作用，但抑制濃度的閾值和抑制的程度均沒有一定的標(biāo)準(zhǔn)，通常認(rèn)為氨氮濃度在2000mg/L時(shí)就會(huì)產(chǎn)生明顯的抑制效果。第3和第4階段（65～110d）在同樣的有機(jī)負(fù)荷條件下，通過(guò)增加市政污泥的添加比例，氨氮濃度能有效地降低至正常的范圍。

圖1 氨氮濃度和堿度變化

根據(jù)研究可知，正常運(yùn)行的厭氧反應(yīng)器堿度為小于5000mg/L，而在該試驗(yàn)中，厭氧消化系統(tǒng)的堿度從開始的7729mg/L降到最后的6758mg/L，比正常堿度值要高出30%左右。隨著有機(jī)負(fù)荷的提高，整個(gè)過(guò)程的堿度略有降低，但均比較穩(wěn)定。

2.3 厭氧消化沼氣變化

餐廚垃圾和市政污泥通過(guò)厭氧消化反應(yīng)，其中的大部分有機(jī)碳在微生物的作用下轉(zhuǎn)化成沼氣（主要含二氧化碳和甲烷，占99%），沼氣中常含有少量硫化氫，是由厭氧消化蛋白質(zhì)產(chǎn)生的，沼氣的產(chǎn)率以及沼氣中甲烷濃度直接反應(yīng)厭氧消化體系進(jìn)程。沼氣產(chǎn)率通過(guò)濕式流量計(jì)檢測(cè)，沼氣中的甲烷用堿吸收法測(cè)定，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，餐廚垃圾與市政污泥聯(lián)合消化沼氣產(chǎn)氣量隨有機(jī)負(fù)荷的增加而增加，而沼氣中的甲烷濃度有所降低。

圖2 厭氧系統(tǒng)沼氣產(chǎn)率變化

2.4 TS濃度變化

厭氧消化基質(zhì)進(jìn)料和出料的固體濃度不但是厭氧反應(yīng)的重要控制因素，其變化值也是厭氧消化效率高低的重要衡量指標(biāo)，該試驗(yàn)4個(gè)階段平均TS濃度變化如表3所示。

由表3可知，餐廚垃圾和市政污泥中的有機(jī)質(zhì)濃度較高〔VS（揮發(fā)性固體）/TS達(dá)到80%以上〕，單獨(dú)消化處理餐廚垃圾TS去除率可達(dá)71.70%，與市政污泥聯(lián)合消化去除率約60%。通過(guò)聯(lián)合消化技術(shù)，可使有機(jī)負(fù)荷從單獨(dú)消化的2.34g/（L·d）提高到5.29g/（L·d）；沼氣產(chǎn)率也可從0.78L/g提高到1.03L/g，提高了32.05%。

3.結(jié)束語(yǔ)

總之，采用改進(jìn)后的厭氧消化工藝來(lái)處理餐廚垃圾，不僅解決了餐廚垃圾單獨(dú)消化出現(xiàn)的酸化現(xiàn)象，同時(shí)有效地提高了厭氧消化系統(tǒng)的有機(jī)負(fù)荷率，縮短了反應(yīng)停留時(shí)間，極大地提高了設(shè)備設(shè)施的利用效率，為產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)處理提供參考。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 鄒輝；吳剛.厭氧消化在餐廚垃圾處理中的應(yīng)用[J].環(huán)境科技，2011年S2期