餐廚垃圾厭氧消化技術(shù)研究

馬 懿，倪 駿，鄭仁棟

(杭州臨江環(huán)境能源有限公司，浙江杭州 311225）

餐廚垃圾，俗稱“泔水”，是居民在生活消費過程中形成的生活廢棄物，極易腐爛變質(zhì)，散發(fā)惡臭，傳播細(xì)菌和病毒。目前，國內(nèi)外餐廚垃圾處理工藝主要有厭氧消化、好氧堆肥、直接烘干作飼料、微生物處理技術(shù)等幾種。國外較先進(jìn)的餐廚垃圾處理技術(shù)主要分布在歐洲國家，韓國、日本餐廚垃圾處理技術(shù)也較為先進(jìn)，這些國家大部分采用的是厭氧消化工藝。我國針對餐廚垃圾處理工作以試點城市的方式開展，截至2014年，國家發(fā)改委已批復(fù)83個試點城市，其主要包含重慶、蘇州、寧波、青島、西寧、廈門、南寧等具有代表性的城市。其中，試點城市中95%采用了厭氧消化工藝。由此可見，餐廚垃圾厭氧消化處置工藝是當(dāng)前餐廚垃圾處置的主流工藝[1]。

本文以17 t/d餐廚中試工程為載體，采用厭氧消化工藝，對餐廚垃圾預(yù)處理環(huán)節(jié)中固液分離有機質(zhì)分配、提油效率及厭氧消化罐適宜溫度、VFA、停留時間等參數(shù)進(jìn)行研究分析，以期探討餐廚垃圾厭氧消化技術(shù)中各環(huán)節(jié)的最佳控制參數(shù)[2]。

1 餐廚垃圾成分及厭氧消化工藝流程

1.1 餐廚垃圾組成及理化性質(zhì)

餐廚垃圾成分復(fù)雜，且隨地域和季節(jié)變化明顯。為了準(zhǔn)確地掌握餐廚垃圾組分，需要開展長期的連續(xù)的跟蹤調(diào)查。本文以杭州餐廚垃圾作為調(diào)查對象，分析了該市餐廚垃圾的組成及化學(xué)成分，具體檢測結(jié)果，見表 1～表 2。

表1 杭州市餐廚垃圾組成（濕基狀態(tài)） %

表2 杭州市餐廚垃圾化學(xué)成分及特性

1.2 工藝流程

餐廚垃圾厭氧消化工藝流程，如圖1所示。

圖1 餐廚垃圾厭氧消化工藝流程

2 預(yù)處理工藝

2.1 固液分離

本研究對餐廚垃圾實行二級固液分離：餐廚垃圾經(jīng)生物質(zhì)分離器分離后，輸送至一次螺壓分離裝置，易溶于液相的有機質(zhì)被擠壓進(jìn)入液相；一次固液分離后的干物料通過水解攪拌后再次進(jìn)行固液分離，使固相中的有機質(zhì)最大程度地水解到液相中[3]。餐廚垃圾固相經(jīng)二次固液分離后，固渣中65%以上的有機質(zhì)被溶于液相用于厭氧發(fā)酵。固渣成分指標(biāo)分析，見表3。

表3 固渣成分指標(biāo)分析 %

由表3可知，固渣經(jīng)二次固液分離后，大部分可降解的有機質(zhì)溶于液相進(jìn)入后續(xù)發(fā)酵系統(tǒng)。而固渣中20.32%的有機質(zhì)大部分為難降解有機質(zhì)，主要成分為纖維類，約占有機質(zhì)的87.06%。該類物質(zhì)不適宜厭氧罐發(fā)酵產(chǎn)甲烷氣體。二次固液分離后的固渣含水率低于60%，符合生活垃圾填埋場入場規(guī)范，可就近運往填埋場處置[4]。

2.2 水解

餐廚垃圾固相中含有的大量有機質(zhì)，為可回收利用有機物。在一級固液分離后端采取固相水解工藝，將厭氧罐出水（沼液）與固相物質(zhì)混合、攪拌后，再進(jìn)行水解，可充分溶解固相中的有機質(zhì)[5]。

2.3 提油

提油環(huán)節(jié)是整個餐廚垃圾資源化利用的重點。預(yù)處理環(huán)節(jié)過程中產(chǎn)生的液相全部進(jìn)入儲槽，并將加熱漿液到65℃，然后輸送至三相提油機，在該溫度下，實現(xiàn)固渣、料液及粗油脂的分離。此時粗油脂含水成分約15%，不利于后續(xù)利用或直接銷售，故分離后的粗油脂還需進(jìn)入粗油脂加熱罐加熱至80℃，再采用立式提油機進(jìn)行提純，產(chǎn)生純度為98%以上的毛油[6]。

3 厭氧消化工藝

3.1 中、高溫厭氧消化的比較

厭氧消化是微生物的生命活動過程,溫度作為影響其活動過程的重要因素,主要是通過影響酶活性來影響微生物的生長速率和基質(zhì)的代謝速率。根據(jù)厭氧菌的生活形態(tài)，厭氧消化有中溫（35～40℃）和高溫（55～60℃）兩種適宜溫度。中溫厭氧消化和高溫厭氧消化的條件及優(yōu)、缺點比較，見表4。

表4 中溫和高溫厭氧消化的比較

由表4可知，高溫消化比中溫消化分解速率快、產(chǎn)氣速率高，所需的消化時間短，厭氧罐容積小，對寄生蟲卵的殺滅率可達(dá)90%以上。但高溫消化加熱物料所消耗熱量大、耗能高，并且對溫度控制要求較高。而中溫厭氧消化的應(yīng)用技術(shù)成熟、使用廣泛、節(jié)能且運行的穩(wěn)定性較高。因此，從運行控制和運行穩(wěn)定性角度考慮，本次中試項目采用中溫厭氧消化工藝[7]。

3.2 厭氧罐穩(wěn)定運營工藝參數(shù)

本中試項目采用中溫CSTR厭氧發(fā)酵罐，經(jīng)提油系統(tǒng)提油后的有機漿液進(jìn)入發(fā)酵罐產(chǎn)沼，發(fā)酵后的沼液通過重力自流進(jìn)入沉淀池，通過沉淀回收其中的厭氧微生物，經(jīng)過沉淀后的沼液進(jìn)入?yún)捬醭鏊?，一部分回流至預(yù)處理系統(tǒng)的水解單元，另一部分通過提升泵送至污水處理廠[8]。厭氧工藝設(shè)計參數(shù)見表5。

表5 厭氧工藝設(shè)計參數(shù)

由表5可知，采用中溫厭氧消化工藝處理高COD有機廢液時，厭氧生物降解率可達(dá)到85%以上，甲烷產(chǎn)率達(dá)0.3 m3/kg，沼氣中甲烷含量高達(dá)60%，較大程度地實現(xiàn)了餐廚垃圾物質(zhì)和能量的回收。同時，為保證厭氧罐的穩(wěn)定運行，需對厭氧罐進(jìn)、出物料指標(biāo)進(jìn)行調(diào)控，如pH值、VFA、堿度等指標(biāo)。

通過總結(jié)該中試項目近1年的運營數(shù)據(jù)和每日日常監(jiān)測數(shù)據(jù)，筆者認(rèn)為在項目運行中需對以下指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測控制[9]。厭氧工藝運營參數(shù)見表6。

表6 厭氧工藝運營參數(shù)

4 結(jié)論

由于我國居民的飲食文化和聚餐習(xí)慣，導(dǎo)致餐桌浪費量大，每天產(chǎn)生巨量的餐廚垃圾的特點，因此我國餐廚垃圾處理技術(shù)研究尤為重要。本文主要針對餐廚垃圾厭氧消化工藝技術(shù)研究探討，并形成以下結(jié)論：1）厭氧罐進(jìn)水COD質(zhì)量濃度約130 000 mg/L，含固廢率控制在5%～8%。經(jīng)28天左右中溫水力停留時間發(fā)酵后，出水COD濃度可降至1 800 mg/L，厭氧生物降解率可達(dá)到85%以上，噸有機漿液約產(chǎn)60 m3沼氣，厭氧消化運行穩(wěn)定，產(chǎn)氣狀況佳。2）餐廚垃圾處理采用厭氧消化工藝是可行的，并且該工藝在未來的工程化應(yīng)用案例會比較普遍。