罐式好氧發(fā)酵堆肥處理生活、餐廚垃圾及資源化利用的研究

王春雨+陳榮

摘 要：生活垃圾和餐廚垃圾中的有機(jī)質(zhì)高，C/N低，營(yíng)養(yǎng)元素全面，適用于好氧發(fā)酵堆肥。罐式密閉發(fā)酵的處理方式，能夠有效控制臭氣，集中收集處理滲濾液，滿足污染物治理達(dá)標(biāo)排放的要求，可回收物質(zhì)進(jìn)行資源再利用，堆肥產(chǎn)物能夠用于綠化和種植，同時(shí)實(shí)現(xiàn)“資源化、減量化、無(wú)害化”。

關(guān)鍵詞：生活垃圾；餐廚垃圾；罐式好氧發(fā)酵堆肥

中圖分類號(hào)：X7 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）21-0024-02

1 垃圾處理規(guī)模及成分

1.1 生活垃圾處理規(guī)模及成分

延慶地區(qū)生活垃圾處理規(guī)模為300噸/日。灰土占44.75%，廚余垃圾占36.56%，共占比81.31%；紙類占比6.22%、塑料占比6.44%、織物占比0.47%、玻璃占比0.56%、金屬占比0.11%、木竹占比3.31%，這些物質(zhì)為可回收物質(zhì)，共占比17.11%；磚瓦和其他占比1.58%。

1.2 餐廚垃圾處理規(guī)模及成分

延慶地區(qū)餐廚垃圾處理規(guī)模50噸/日，含有水、果皮、蔬菜、米面、魚(yú)、肉、骨頭以及餐具、塑料、紙巾等。餐廚垃圾占比90.09%、紙張占比0.8%、金屬占比0.1%、骨頭占比5.2%、木頭占比1.01%、塑料占比0.7%，油脂占比2%。糖類、鹽分、油脂含量高。

2 處理工藝

好氧發(fā)酵堆肥的物料來(lái)源于生活垃圾和餐廚垃圾中的有機(jī)成分，生活垃圾和餐廚垃圾需要經(jīng)過(guò)預(yù)處理后，提取有機(jī)物料進(jìn)行堆肥。堆肥化就是在人工控制下，在一定的水分、C/N比和通風(fēng)條件下通過(guò)微生物的發(fā)酵作用，將有機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)榉柿系倪^(guò)程。在這種堆肥化過(guò)程中，有機(jī)物由不穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的腐殖質(zhì)物質(zhì)，對(duì)環(huán)境尤其土壤環(huán)境不構(gòu)成危害，而把堆肥化的產(chǎn)物稱為營(yíng)養(yǎng)土。通氣條件下使用好氧性微生物的叫做“好氧堆肥”。反應(yīng)溫度一般在50～60℃，極限可達(dá)80～90℃，故亦稱為“高溫堆肥”。垃圾好氧堆肥在大量微生物作用下，使垃圾發(fā)生的生物轉(zhuǎn)化和氧化分解過(guò)程。好氧化分解后，除CO2和水外，主要是硝酸鹽、硫酸鹽及其他氧化終產(chǎn)物；化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不再進(jìn)行生化分解；氧化分解過(guò)程進(jìn)行很快，條件適當(dāng)幾天內(nèi)就可進(jìn)行完畢。穩(wěn)定性終產(chǎn)物也沒(méi)有異味符合衛(wèi)生條件。

生活垃圾屬于混合狀態(tài)，需要經(jīng)過(guò)分揀、磁選和篩分，將資源化物質(zhì)（玻璃、紙張、塑料、金屬等）回收再利用，灰土及無(wú)機(jī)物質(zhì)被分選出來(lái)后進(jìn)行填埋處理，有機(jī)物質(zhì)進(jìn)入好氧發(fā)酵堆肥系統(tǒng)。餐廚垃圾單獨(dú)進(jìn)行前處理，經(jīng)過(guò)篩分、磁選、壓榨提取資源化物質(zhì)，如塑料、油脂等，水分集中收集處理，剩余物料進(jìn)入堆肥系統(tǒng)。

生活、餐廚垃圾經(jīng)過(guò)預(yù)處理，混合后，進(jìn)入發(fā)酵制肥系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)一級(jí)、二級(jí)發(fā)酵，周期約30天。待物料細(xì)碎變形，質(zhì)量和體積變小，再通過(guò)篩分，殘?jiān)膺\(yùn)填埋，剩余物料儲(chǔ)藏堆放10天，最終變成營(yíng)養(yǎng)土。為滿足每天處理300噸生活垃圾和50噸餐廚垃圾的工藝要求，設(shè)置發(fā)酵罐10個(gè)，每個(gè)罐體有效填充容積168m3。該系統(tǒng)由物料混合系統(tǒng)、發(fā)酵罐系統(tǒng)、進(jìn)出物料系統(tǒng)以及強(qiáng)制供氧系統(tǒng)等組成。

3 物料發(fā)酵的影響因素及調(diào)整措施

進(jìn)罐原料進(jìn)入發(fā)酵設(shè)施前，必須進(jìn)行物料調(diào)節(jié)。

3.1 溫度及氧氣

堆肥過(guò)程中溫度的變化受堆肥原料、C/N、pH值、通氣性、水分含量等多種因素的共同影響，但都會(huì)經(jīng)歷升溫、高溫、降溫、腐熟四個(gè)階段。堆肥初期，隨著微生物降解堆料中的有機(jī)物并釋放出大量的熱量，會(huì)使堆體溫度上升。高溫階段，微生物不斷消耗堆肥中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和其它水溶性組分，不斷生長(zhǎng)和繁殖，持續(xù)放出大量的熱量，因而高溫階段會(huì)持續(xù)一段較長(zhǎng)的時(shí)間，隨著堆肥的進(jìn)行，有機(jī)質(zhì)成分被逐漸分解，溫度逐漸下降，進(jìn)入“降溫期”，當(dāng)有機(jī)質(zhì)幾乎被完全分解后，進(jìn)入“穩(wěn)定腐熟期”。

在好氧堆肥實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，供風(fēng)系統(tǒng)的通氣量是重要的工藝參數(shù)，在供風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備條件確定以后，通氣量受控于堆體的通氣能力，主要是堆體的粒度和含水率。在堆肥發(fā)酵后期達(dá)到腐熟后，堆體的通氣能力也會(huì)下降。排氣成分的氧氣濃度反映了供氣中剩余的氧氣，微生物的活動(dòng)和氧化分解的強(qiáng)度確定后，氧氣消耗量和二氧化碳產(chǎn)生量都是確定的。供風(fēng)系統(tǒng)的通氣量愈大，排氣中氧氣分壓愈大，二氧化碳濃度愈小，因此常根據(jù)空氣量和排氣成分評(píng)價(jià)堆肥發(fā)酵的情況，排氣中氧氣分壓大于14%，則表示空氣中氧的消耗不到13%，最佳排氣氧氣濃度為14%-17%，如排氣中氧氣體積濃度降至10%則表示好氧發(fā)酵停止，如用排氣中二氧化碳濃度來(lái)代替氧氣濃度作為監(jiān)測(cè)參數(shù)，則最佳CO的體積濃度應(yīng)為3%-6%?？刂乒╋L(fēng)系統(tǒng)的通氣量，避免過(guò)度通氣，是因?yàn)榭紤]運(yùn)行能耗、通風(fēng)降低堆肥溫度、通風(fēng)形成水分蒸發(fā)等因素。

一級(jí)發(fā)酵堆層溫度控制在60℃左右，二級(jí)發(fā)酵堆層溫度控制在50℃左右，穩(wěn)定化階段堆層溫度控制在40℃左右。如果溫度升高，采取非連續(xù)通風(fēng)的辦法，進(jìn)行降溫，每立方米垃圾風(fēng)量宜為0.2Nm3/min，堆體每升高1m，風(fēng)壓增加1000-1500Pa。如果溫度過(guò)低，采取增加曝氣的辦法，促進(jìn)物料發(fā)酵升溫。通風(fēng)和曝氣時(shí)，注意空氣均勻走向，避免偏流現(xiàn)象。

3.2 水分及輔料

堆肥中微生物的生長(zhǎng)繁殖、有機(jī)物的分解，水是不可缺少的條件。進(jìn)罐原料含水率控制在40%至60%，超出含水率需進(jìn)行水分調(diào)節(jié)，堆肥過(guò)程的含水率一方面由于滲濾液收集和回灌和有機(jī)物的氧化分解產(chǎn)生水分而增加，另一方面由于通風(fēng)作用以水蒸氣的形式揮發(fā)而降低，含水率的變化是這兩方面因素作用的結(jié)果。含水率的高低反過(guò)來(lái)又會(huì)影響微生物的氧化分解反應(yīng)速率和通氣效率。

當(dāng)含水率較高時(shí)，通過(guò)添加鋸末或稻草、麥秸、稻殼等輔料或通風(fēng)散熱措施調(diào)整水分。每噸混合垃圾添加輔料約0.16噸。當(dāng)含水率較低時(shí)，通過(guò)回噴污水或者增加中水的措施，調(diào)整含水率。

3.3 停留時(shí)間

一級(jí)發(fā)酵、二級(jí)發(fā)酵階段停留時(shí)間分別至少為10天，腐熟穩(wěn)定化階段停留時(shí)間為15-20天。詳細(xì)、準(zhǔn)確記錄進(jìn)出料時(shí)間。

3.4 布料

發(fā)酵罐上部設(shè)有均勻布料裝置，采用由上至下的布料方式，物料輸送速度緩慢，不能過(guò)快，防止物料層厚不等，最大限度保障料層高度均勻。物料堆高為3-5m。

4 指標(biāo)

調(diào)節(jié)上述影響因素達(dá)到進(jìn)料和出料要求，發(fā)酵中止，產(chǎn)物為營(yíng)養(yǎng)土。經(jīng)過(guò)一年的實(shí)驗(yàn)測(cè)定，指標(biāo)最大值和最小值如下，數(shù)據(jù)滿足了現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。罐式好氧發(fā)酵堆肥產(chǎn)生的營(yíng)養(yǎng)土不含有有毒、腐蝕性、放射性等污染環(huán)境的物質(zhì)，達(dá)到無(wú)害化衛(wèi)生要求。

4.1 碳氮比

一級(jí)發(fā)酵原料碳氮比為21：1-25：1，營(yíng)養(yǎng)土碳氮比15：1-18：1。

4.2 PH

一級(jí)發(fā)酵原料PH為6.5-9，營(yíng)養(yǎng)土PH為6.8-7.9。

4.3 有機(jī)質(zhì)

一級(jí)發(fā)酵原料易腐有機(jī)質(zhì)含量50%-70%，營(yíng)養(yǎng)土有機(jī)質(zhì)80%。

4.4 含水率

一級(jí)發(fā)酵原料含水率為40%-60%，營(yíng)養(yǎng)土含水率25%-35%。

4.5 重金屬

營(yíng)養(yǎng)土重金屬含量為：總鎘≤3mg/kg，總汞≤5mg/kg，總鉛≤100mg/kg，總鉻≤300mg/kg，總砷≤30mg/kg。

4.6 其他

營(yíng)養(yǎng)土含有：雜物≤3%，粒度≤12%，總氮≥0.5%，總磷≥0.3%，總鉀≥1。

4.7 水質(zhì)指標(biāo)

滲濾液原液指標(biāo)：CODcr（mg/L）≤35000，BOD5（mg/L）≤15000，NH4-N（mg/L）≤1000，TN（mg/L）≤2000，SS（mg/L）≤2500，水溫35℃，pH6～9。

處理后出水指標(biāo)：CODcr（mg/L）≤30，BOD5（mg/L）≤6，NH4-N（mg/L）≤1.5（2.5），SS（mg/L）≤5，水溫35℃，pH6～9，色度15，總磷（以P計(jì)）≤0.3。

5 “三化”效果

好氧發(fā)酵法處理生活垃圾和餐廚垃圾，經(jīng)測(cè)算實(shí)現(xiàn)了垃圾“資源化”、“減量化”、“無(wú)害化”。

5.1 資源化

通過(guò)細(xì)化分選和深度處理，如金屬、紙張、塑料、油脂、營(yíng)養(yǎng)土、沼氣等可資源化物質(zhì)得到了回收利用。按照每日處理300噸生活垃圾和50噸餐廚垃圾核算，資源化年產(chǎn)量為：金屬年產(chǎn)量約為60噸，相當(dāng)于生產(chǎn)60噸轎車所需的鋼材；紙張年產(chǎn)180余噸，相當(dāng)于生產(chǎn)1萬(wàn)余箱A4紙；塑料年產(chǎn)40余噸，相當(dāng)于生產(chǎn)30萬(wàn)個(gè)塑料盆；油脂年產(chǎn)約20萬(wàn)噸，可生產(chǎn)10萬(wàn)余塊肥皂；營(yíng)養(yǎng)土年產(chǎn)量1萬(wàn)余噸，相當(dāng)于2000噸復(fù)合肥；填埋氣和沼氣年產(chǎn)10萬(wàn)立方，能夠滿足300戶居民一年的炊事用氣，也可作為鍋爐燃料。

5.2 減量化

通過(guò)工藝處理，衛(wèi)生填埋的生活垃圾減少50%，餐廚垃圾減少90%，殘?jiān)蟠鬁p少，延長(zhǎng)了填埋場(chǎng)的使用壽命。垃圾滲濾液每天產(chǎn)生量為120噸，處理后，達(dá)到中水標(biāo)準(zhǔn)，年產(chǎn)中水7000余噸，節(jié)約了天然水資源。

5.3 無(wú)害化

罐式好氧發(fā)酵工藝可以有效改善原生垃圾填埋現(xiàn)狀，且該工藝除臭效果好，對(duì)周邊影響小，占地少，易于實(shí)施。工藝處理過(guò)程中產(chǎn)生的氨氣、硫化氫等物質(zhì)，經(jīng)過(guò)先進(jìn)的符合光催化和化學(xué)處理，轉(zhuǎn)化為氮?dú)夂退葻o(wú)害物質(zhì)。產(chǎn)生的滲濾液經(jīng)過(guò)物理、化學(xué)、生物等綜合處理，達(dá)到北京市地方標(biāo)準(zhǔn)，用于草坪綠化灌溉、車輛及道路清洗。

參考文獻(xiàn)：

[1]張俊超.立式好氧發(fā)酵罐在處理城市固體廢物中的實(shí)踐應(yīng)用[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015（03）.