探析餐廚垃圾厭氧發(fā)酵和沼渣的資源化利用

摘?要：餐廚垃圾作為生活垃圾的組成部分，有其自身的特點(diǎn)，可以采用厭氧發(fā)酵技術(shù)實(shí)現(xiàn)餐廚垃圾的減量化處理。本文探討不同投加量、含鹽量、含油量對(duì)餐廚垃圾中溫產(chǎn)甲烷潛能的影響，實(shí)現(xiàn)餐廚垃圾的沼氣資源化利用。

關(guān)鍵詞：餐廚垃圾;厭氧發(fā)酵;沼氣;資源化

餐廚垃圾成分極其復(fù)雜，富含較高的水分、油脂和鹽分，有利于生物發(fā)酵降解，如果未經(jīng)合理處置也會(huì)產(chǎn)生臭氣及刺激性氣體，對(duì)空氣和水體帶來(lái)較大的污染和影響。為此要采用厭氧發(fā)酵技術(shù)進(jìn)行餐廚垃圾的減量化處理，使餐廚垃圾轉(zhuǎn)變?yōu)檎託?，?shí)現(xiàn)餐廚垃圾的資源化利用。

一、 餐廚垃圾及厭氧發(fā)酵技術(shù)概述

餐廚垃圾處理方法主要包括有：（1）破碎法。進(jìn)行餐廚垃圾的直接破碎、粉碎處理，與水混合直接排入排水管網(wǎng)，操作簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，然而增大了污水處理的壓力，不利于后續(xù)處理。（2）飼料化。餐廚垃圾通過(guò)分選、脫水、脫脂、烘干、破碎的方式，制造出營(yíng)養(yǎng)豐富的動(dòng)物飼料，將有機(jī)質(zhì)進(jìn)行微生物降解轉(zhuǎn)化為高含量的蛋白質(zhì)產(chǎn)物。（3）填埋法。對(duì)餐廚垃圾直接填埋于垃圾填埋場(chǎng)中，盡管該法的處理效率高，然而會(huì)在填埋中生成大量的滲濾液，對(duì)地表水、地下水和環(huán)境帶來(lái)污染。（4）焚燒法。將餐廚垃圾與其他垃圾混合焚燒進(jìn)行集中處理，實(shí)現(xiàn)餐廚垃圾的減容減量化。（5）堆肥法。通過(guò)微生物降解作用進(jìn)行餐廚垃圾的有機(jī)物降解，使之成為相對(duì)穩(wěn)定的腐殖質(zhì)。

厭氧發(fā)酵技術(shù)是在無(wú)氧/缺氧的環(huán)境下，在厭氧和兼性厭氧菌的微生物作用下，將有機(jī)物降解為小分子物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)餐廚垃圾的無(wú)害化資源化處理。在餐廚垃圾厭氧發(fā)酵的過(guò)程中，存在以下影響因素：（1）預(yù)處理。可以通過(guò)物理預(yù)處理的方式，進(jìn)行餐廚垃圾的機(jī)械預(yù)處理和破碎，推進(jìn)厭氧發(fā)酵的進(jìn)行。還可以通過(guò)化學(xué)預(yù)處理的方法，采用酸堿浸泡、熱處理等方式進(jìn)行餐廚垃圾的預(yù)處理，提高厭氧發(fā)酵累積產(chǎn)氫量。還可以采用生物預(yù)處理的方式，在微生物的作用下水解餐廚垃圾，提高產(chǎn)氣量。（2）溫度。在30～40℃的中溫、50～60℃的高溫條件下，能夠保持較高的反應(yīng)速率和產(chǎn)氣速率。（3）pH和揮發(fā)性脂肪酸。不同的pH條件下的產(chǎn)酸菌、產(chǎn)甲烷菌和酶的活性存在較大變化，對(duì)厭氧發(fā)酵過(guò)程有較大的影響。（4）有機(jī)負(fù)荷。在有機(jī)負(fù)荷為0.75～1.25g/L時(shí)，能夠保持相對(duì)穩(wěn)定的可溶性化學(xué)需氧量和氨氮含量，提高沼氣產(chǎn)量和產(chǎn)率。（5）氨氮。在微生物作用下通過(guò)降解蛋白質(zhì)、氨基酸生成氨氮，當(dāng)氨氮的濃度在800mg/L以上時(shí)，會(huì)抑制厭氧顆粒污泥產(chǎn)甲烷菌的活性，并隨著氨氮含量的增加，抑制程度遞增。（6）消化液回流。厭氧發(fā)酵后的殘余物會(huì)重新回流至反應(yīng)器，當(dāng)有機(jī)負(fù)荷較低時(shí)，消化液的適量回流可以促進(jìn)甲烷菌的活性，提高厭氧發(fā)酵所需的微生物濃度，提高產(chǎn)氣量;當(dāng)有機(jī)負(fù)荷較高時(shí)，極易導(dǎo)致VFAs和鹽分的積淀，不利于厭氧發(fā)酵的順利進(jìn)行。（7）含鹽量和含油量。含鹽量過(guò)高會(huì)抑制微生物的生長(zhǎng)，較高的油類物質(zhì)會(huì)影響甲烷菌的活性。

二、 餐廚垃圾厭氧發(fā)酵及沼渣的資源化利用分析

（一）不同投加量的厭氧發(fā)酵實(shí)驗(yàn)及影響分析

采用批次發(fā)酵的方式進(jìn)行餐廚垃圾厭氧發(fā)酵實(shí)驗(yàn)，每個(gè)發(fā)酵罐接種污泥量為500g，污泥接種前進(jìn)行脫氣處理，剔除殘留在污泥中的生物降解有機(jī)物，持續(xù)3天基本沒(méi)有甲烷生成，在向每個(gè)發(fā)酵罐投加不同量后進(jìn)行加水稀釋，并在發(fā)酵罐達(dá)到有效容積后，向每個(gè)發(fā)酵罐通入2.5L氮?dú)猓纬蓞捬醐h(huán)境。

當(dāng)投加量為25%、30%時(shí)，產(chǎn)氣量下降速率較快;當(dāng)投加量為35%時(shí)，反應(yīng)器中生成的VFAs較快，抑制了甲烷菌的活性;在反應(yīng)持續(xù)6天的條件下，當(dāng)投加量為30%時(shí)，發(fā)酵罐的產(chǎn)氣量到達(dá)最大值。并且，當(dāng)投加量為20%時(shí)，發(fā)酵罐的產(chǎn)甲烷含量能夠達(dá)到50%以上，TS和VS去除率也達(dá)到最大值。當(dāng)投加量為35%時(shí)，發(fā)酵罐中的VFAs持續(xù)增加直至3300mg/L。

（二）不同含鹽量的厭氧發(fā)酵實(shí)驗(yàn)及影響分析

在上述實(shí)驗(yàn)條件下，對(duì)發(fā)酵罐中的發(fā)酵液進(jìn)行電感耦合等離子體發(fā)射光譜的測(cè)定，向每個(gè)發(fā)酵罐中通入2.5L氮?dú)?，形成厭氧環(huán)境。當(dāng)發(fā)酵罐中含鹽量為20g/L時(shí)，餐廚垃圾厭氧發(fā)酵過(guò)程被完全抑制，發(fā)酵罐的日產(chǎn)氣量下降，最終停止產(chǎn)氣。不同含鹽量產(chǎn)氣中的甲烷含量也產(chǎn)生較大變化，當(dāng)反應(yīng)第1天時(shí)產(chǎn)氣較多，基本排除原有的氮?dú)猓?g/L、1g/L、5g/L、10g/L、15g/L含鹽量的發(fā)酵罐產(chǎn)氣中的甲烷含量大體相同，而20g/L含鹽量的發(fā)酵罐產(chǎn)氣較少，甲烷含量最低;當(dāng)反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行時(shí)，1g/L含鹽量的發(fā)酵罐的產(chǎn)氣時(shí)間最長(zhǎng)，其產(chǎn)氣中甲烷的比例最高，顯示出較高的產(chǎn)甲烷菌的活性特點(diǎn)，并能夠最有效地去除餐廚垃圾中的TS和VS。

（三）不同含油量的厭氧發(fā)酵實(shí)驗(yàn)及影響分析

通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析可知，20g/L相較于15g/L含油量的發(fā)酵罐來(lái)說(shuō)，產(chǎn)氣量更低，產(chǎn)氣時(shí)間更短，可見(jiàn)較高的油脂含量會(huì)對(duì)餐廚垃圾厭氧產(chǎn)氣效果形成抑制作用，并在發(fā)酵后期出現(xiàn)VFAs的快速累積，抑制產(chǎn)甲烷菌活性的濃度，并會(huì)驟然終止產(chǎn)氣過(guò)程。

三、 小結(jié)

綜上所述，餐廚垃圾的厭氧發(fā)酵和沼渣的資源化利用是研究課題，要通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析不同投加量、含鹽量、含油量對(duì)厭氧發(fā)酵的影響，選取適宜的投加量、油脂含量和Na+濃度，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)氣量及甲烷含量的提升，避免反應(yīng)器出現(xiàn)酸累積的問(wèn)題，利用厭氧環(huán)境中微生物發(fā)酵生成的沼氣進(jìn)行資源化利用。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：李創(chuàng)，南京市萬(wàn)德斯環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?。