厭氧發(fā)酵技術(shù)處理餐廚垃圾產(chǎn)沼氣研究

于超(藍(lán)德環(huán)?？萍技瘓F(tuán)股份有限公司，北京 100176)

厭氧發(fā)酵技術(shù)處理餐廚垃圾產(chǎn)沼氣研究

于超(藍(lán)德環(huán)?？萍技瘓F(tuán)股份有限公司，北京 100176)

厭氧發(fā)酵是指有機(jī)物質(zhì)在厭氧條件下因微生物的新陳代謝活動(dòng)而被穩(wěn)定化，并釋放出甲烷和二氧化碳的過程。目前國(guó)內(nèi)餐廚垃圾的處理方式主要是：厭氧發(fā)酵技術(shù)。餐廚垃圾在進(jìn)行厭氧發(fā)酵技術(shù)處理時(shí)不僅可以通過微生物將垃圾進(jìn)行分解，還可以釋放出生態(tài)能源：甲烷，也就是俗稱的沼氣。

厭氧發(fā)酵；技術(shù)；餐廚垃圾；沼氣研究

城市的擴(kuò)張、人口的激增是餐廚垃圾數(shù)量直線增加的主要原因。餐廚垃圾雖然能給社會(huì)帶來(lái)巨大的環(huán)境污染，但也可以給城市發(fā)展帶來(lái)豐富的能源——沼氣。另外，國(guó)家為了響應(yīng)環(huán)保、節(jié)能的發(fā)展口號(hào)，也鼓勵(lì)社會(huì)各界群體、機(jī)構(gòu)積極選擇厭氧發(fā)酵技術(shù)處理餐廚垃圾，并生產(chǎn)出大量沼氣能源。沼氣經(jīng)過進(jìn)一步凈化處理后可用于發(fā)電或生產(chǎn)CNG(壓縮天然氣)。本文將對(duì)厭氧發(fā)酵技術(shù)處理餐廚垃圾生成沼氣的工藝進(jìn)行研究，探討厭氧發(fā)酵技術(shù)產(chǎn)沼氣的最高效的具體方法。

1 厭氧發(fā)酵技術(shù)

1.1 原理

厭氧發(fā)酵技術(shù)主要是通過微生物、有機(jī)廢物對(duì)餐廚垃圾的分解、降解來(lái)產(chǎn)生清潔能源甲烷的一種技術(shù)。厭氧微生物降解餐廚垃圾一般分為水解、酸化、乙酸化和甲烷化這四個(gè)階段。

1.2 對(duì)厭氧發(fā)酵有影響作用的具體因素

目前我國(guó)餐廚垃圾厭氧發(fā)酵技術(shù)處理一般都是在餐廚垃圾中加入?yún)捬趸钚晕勰鄟?lái)對(duì)餐廚垃圾進(jìn)行高效降解。但是這種降解技術(shù)仍存在一定的缺陷性，容易受有機(jī)質(zhì)的數(shù)量和大小、發(fā)酵溫度、氨氮、C∕N比、PH值、脂肪酸的發(fā)揮作用等影響，使其降解性能無(wú)法得到有效地控制。

1.3 厭氧發(fā)酵工藝

厭氧發(fā)酵工藝主要分為單相工藝和雙相工藝。單相工藝是指厭氧發(fā)酵的工藝過程只在一個(gè)發(fā)酵罐中進(jìn)行，其發(fā)酵后的有機(jī)物質(zhì)被轉(zhuǎn)化為沼氣，廢水直接被排除。單相工藝操作比較簡(jiǎn)單，使用也比較廣，探究此種工藝的人相對(duì)較多。但是厭氧發(fā)酵單相工藝的穩(wěn)定性較差，很容易受其他物質(zhì)因素影響導(dǎo)致沼氣產(chǎn)量的降低。厭氧發(fā)酵雙相工藝，是把水解酸化和甲烷發(fā)酵兩個(gè)階段盡量分離在兩個(gè)串聯(lián)的反應(yīng)器中進(jìn)行。雙相工藝要比單相工藝具有更高的產(chǎn)甲烷速率，但是其操作程序比較的復(fù)雜，投資較高，暫未被廣泛推廣。

1.4 混合發(fā)酵和預(yù)處理技術(shù)

混合發(fā)酵是指在餐廚垃圾中加入其他有機(jī)物資，以提高餐廚垃圾產(chǎn)甲烷的效率，提高沼氣的產(chǎn)量。餐廚垃圾主要包括：食用油、蔬果、桔梗、家禽內(nèi)臟和糞便等等，每種物質(zhì)在餐廚垃圾發(fā)酵時(shí)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)和作用是不同的，因此，為了提高沼氣的產(chǎn)量和產(chǎn)速，工作人員在進(jìn)行餐廚垃圾發(fā)酵技術(shù)處理時(shí)一般都會(huì)采取預(yù)處理技術(shù)：物理法（研磨、粉碎等）、物化法（高溫、蒸汽）、化學(xué)法（酸化處理等）、生物法和混合處理方式等等。

2 對(duì)厭氧發(fā)酵的性能的探索

目前我國(guó)餐廚垃圾的處理方式中，只有厭氧發(fā)酵技術(shù)處理具有降解速度快、環(huán)境效益高的優(yōu)點(diǎn)。但是，這種處理技術(shù)仍存在一定缺陷，為了彌補(bǔ)這個(gè)缺陷，本文將簡(jiǎn)要的研究如何提高厭氧發(fā)酵的性能，提高餐廚垃圾沼氣產(chǎn)量。筆者通過對(duì)淀粉、蛋白質(zhì)和脂肪建立對(duì)應(yīng)的產(chǎn)氣模型，對(duì)其單獨(dú)發(fā)酵的產(chǎn)氣規(guī)律進(jìn)行了仔細(xì)的研究。發(fā)現(xiàn)每種物質(zhì)的產(chǎn)氣能力大不相同，葡萄糖是產(chǎn)氣能力最大的因素，脂類的產(chǎn)氣能力較弱；在發(fā)酵過程中厭氧體系的甲烷產(chǎn)率、甲烷濃度、PH值都會(huì)依據(jù)垃圾中物質(zhì)含量的不同而不斷的在變化。餐廚垃圾發(fā)酵產(chǎn)氣的時(shí)間段主要集中在厭氧發(fā)酵后期，即甲烷化階段，沼氣產(chǎn)量能達(dá)到總產(chǎn)量的百分之九十以上。厭氧發(fā)酵中污泥的最佳TS（總固體）濃度為5.6%。

3 固液分離模式下發(fā)酵性能探索

在厭氧發(fā)酵作用中，不同狀態(tài)的有機(jī)物產(chǎn)生的發(fā)酵作用是不同的，不同的有機(jī)物發(fā)酵時(shí)產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)也是不同的。在餐廚垃圾中經(jīng)常會(huì)含有大量的油脂，會(huì)漂浮在發(fā)酵液的上層，其發(fā)酵效率較低，產(chǎn)氣性能較差。而油脂下面的固體垃圾（蔬果、菜梗、家禽糞便等）的發(fā)酵效率往往會(huì)比油脂要高。因此，需要去除掉餐廚垃圾中不利于發(fā)酵的油脂。與原餐廚垃圾發(fā)酵性能相比，固定的C∕N更適合厭氧發(fā)酵，可使甲烷產(chǎn)量能得到較大的提高。固相的發(fā)酵技術(shù)處理的餐廚垃圾甲烷產(chǎn)氣效率要明顯高于液態(tài)的餐廚垃圾發(fā)酵技術(shù)處理的甲烷產(chǎn)氣率。

4 在餐廚垃圾中融合牛糞等其他有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行混合發(fā)酵

如果只對(duì)城市餐廚垃圾進(jìn)行發(fā)酵技術(shù)處理，其產(chǎn)沼氣的效率和數(shù)量得不到最大化。因此，在餐廚垃圾中加入牛糞一起進(jìn)行發(fā)酵，控制餐廚垃圾中的C∕N數(shù)值，使餐廚垃圾在發(fā)酵處理過程中的C∕N值一直都處于最佳狀態(tài)。在餐廚垃圾中加入牛糞能提高發(fā)酵體系的緩沖能力和最大有機(jī)負(fù)荷能力，強(qiáng)化微生物對(duì)油脂的降解能力，從而提高餐廚垃圾產(chǎn)沼氣的性能。在實(shí)驗(yàn)過程中，筆者也嘗試用其他物質(zhì)摻入到餐廚垃圾的厭氧發(fā)酵過程中。但是實(shí)踐表明，牛糞中性質(zhì)成堿性，餐廚垃圾呈酸性，在餐廚垃圾中摻入牛糞能在厭氧發(fā)酵過程中發(fā)生中和作用，促使厭氧微生物的C∕N值處于15～20這個(gè)最佳區(qū)間，使餐廚垃圾中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)處于均衡的狀態(tài)，從而提高沼氣的產(chǎn)量和效率。

5 結(jié)語(yǔ)

如果仍使用傳統(tǒng)的處理方式對(duì)餐廚垃圾進(jìn)行處理不僅會(huì)造成環(huán)境的二次污染，還失去了餐廚垃圾發(fā)酵過程產(chǎn)生的沼氣這種寶貴的生態(tài)能源。國(guó)家為了保證社會(huì)經(jīng)濟(jì)的生態(tài)效益，保障社會(huì)發(fā)展的循環(huán)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，鼓勵(lì)各餐飲公司和單位積極的將餐廚垃圾交予專業(yè)公司進(jìn)行處理，減少餐廚垃圾私自處理量，避免餐廚垃圾的二次污染。

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