某項目餐廚垃圾處理中厭氧發(fā)酵系統(tǒng)調(diào)試問題探討

汪旭明

（安慶京環(huán)綠色環(huán)境固廢綜合處置有限公司，安徽安慶 246000）

1 工程概況及工藝介紹

1.1 工程概況

某項目建設(shè)規(guī)模100 t/d（包括食物殘余、地溝油和煎炸廢油）；終端處理設(shè)施主要建設(shè)內(nèi)容為餐廚垃圾收運系統(tǒng)、餐廚垃圾預(yù)處理系統(tǒng)、厭氧消化系統(tǒng)、沼氣預(yù)處理及綜合利用系統(tǒng)、地溝油預(yù)處理系統(tǒng)、生物柴油制取系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)及配套輔助設(shè)施，如圖1所示。

圖1 全廠工藝流程

1.2 工藝介紹

本項目工藝流程中包括5項主要系統(tǒng)：餐廚垃圾預(yù)處理系統(tǒng)、厭氧消化系統(tǒng)、厭氧消化產(chǎn)物（沼氣、沼液）的處理與利用系統(tǒng)、臭氣處理系統(tǒng)、地溝油預(yù)處理及生物柴油制取系統(tǒng)。

1.2.1 餐廚垃圾預(yù)處理系統(tǒng)

餐廚垃圾預(yù)處理首先通過接料斗底部的無軸輸送螺旋輸送至大物質(zhì)分揀機，以機械分選的方式將物料中粒徑大小在60 mm以上的雜物（大塊金屬、瓷片、玻璃瓶及塑料袋等）分離出系統(tǒng)，得到的以有機質(zhì)為主的均質(zhì)物料螺旋輸送至破碎分選制漿系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中大的固體有機物（食品、骨頭、紙張等）和易被破碎的重物質(zhì)（貝殼、玻璃、瓷片等）被破碎成8 mm以下的漿液，不易破碎的雜物被排出系統(tǒng)。此外，此系統(tǒng)設(shè)有的加水功能可以調(diào)節(jié)漿液的含固率。經(jīng)此系統(tǒng)處理后的漿液進入旋流除砂系統(tǒng)進料除砂，減輕后端發(fā)酵罐內(nèi)的沉砂。除砂后的漿液通過泵送至加熱罐，在加熱罐內(nèi)攪拌加熱，隨即進入三相離心機進行提油處理，分離出的粗油脂輸送至地溝油預(yù)處理系統(tǒng)進行后續(xù)處理，水相和固相進入?yún)捬踹M料前段的勻漿緩沖池儲存，部分水相可在前端的預(yù)處理系統(tǒng)回用。

1.2.2 厭氧消化系統(tǒng)

本項目采用全混式反應(yīng)器作為主體厭氧消化反應(yīng)器。有機漿料[其中部分有機質(zhì)已被轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性脂肪酸（Volatile Fatty Acid，VFA）]經(jīng)進料泵輸送至厭氧消化罐內(nèi)，在此反應(yīng)器中優(yōu)勢菌為產(chǎn)甲烷菌，通過內(nèi)源呼吸作用將VFA進一步降解轉(zhuǎn)化為水和資源化產(chǎn)品沼氣，從而完成對垃圾的減量化、資源化處理。

1.2.3 厭氧消化產(chǎn)物的處理與利用

（1）沼氣。厭氧消化產(chǎn)生的沼氣經(jīng)凈化后（采用生物脫硫+干法脫硫工藝）進入油氣兩用鍋爐，產(chǎn)生的蒸汽供預(yù)處理系統(tǒng)、厭氧系統(tǒng)和生物柴油系統(tǒng)使用。

（2）沼液。厭氧消化后的沼液經(jīng)脫水后產(chǎn)生沼渣和脫水后的液體，沼渣進入填埋場填埋；脫水后的液體進入污水處理站進行處理，處理工藝為深度脫氮+多級硝化反硝化+MBR，設(shè)計處理能力120 m3/d。

1.2.4 廢（臭）氣處理系統(tǒng)

本項目采用多種方式組合的形式對廢（臭）氣進行處理，除預(yù)防、隔離外，還使用生物除臭工藝，同時設(shè)有植物液噴淋系統(tǒng)，以確保廠內(nèi)的臭氣處理效果。

1.2.5 地溝油預(yù)處理及生物柴油制取系統(tǒng)

地溝油預(yù)處理系統(tǒng)主要對預(yù)處理系統(tǒng)產(chǎn)生的粗油脂、收購來的地溝油等先進行除雜，再進入罐內(nèi)加熱，最后送入離心機進行分離，分離得到的油脂作為生物柴油的制取原料。

生物柴油工業(yè)生產(chǎn)線作為餐廚廢物處置后續(xù)工藝，包括醇解、酸催化、脫脂和脫臭等反應(yīng)單元。該生產(chǎn)線產(chǎn)生的產(chǎn)品主要為生物柴油和粗甘油。廢油脂生產(chǎn)生物柴油的反應(yīng)主要是脂肪酸、甘油三酯與甲醇的反應(yīng)。

2 厭氧系統(tǒng)調(diào)試過程的問題

2.1 厭氧系統(tǒng)介紹

厭氧系統(tǒng)包括進料系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)、出料脫水系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)。進料系統(tǒng)主要通過設(shè)置自動程序，控制泵的啟停和閥門的啟閉，以實現(xiàn)自動均勻進料，減少厭氧系統(tǒng)的沖擊負(fù)荷；攪拌系統(tǒng)包括水力和氣力攪拌；出料脫水系統(tǒng)包括自動出料，通過設(shè)置自動程序，一般從發(fā)酵罐底部出料，發(fā)酵罐出料進入出料緩沖罐儲存，通過泵送至離心脫水系統(tǒng)進行脫水處理；輔助系統(tǒng)包括發(fā)酵罐的自動加熱系統(tǒng)和除沫劑加藥系統(tǒng)，厭氧發(fā)酵過程中，不適當(dāng)?shù)倪\行條件等會引起泡沫，如不及時消除，會對厭氧罐的運行造成安全風(fēng)險影響[1]。

本項目厭氧系統(tǒng)工藝設(shè)計主要參數(shù)如下：進料量100 t/d，進料總含固率（TS）8%～10%，停留時間25～30 d，溫度36～38 ℃。

2.2 調(diào)試問題分析及采取的措施

2.2.1 問題

本項目調(diào)試到一定階段時，通過對厭氧運行的實驗檢測數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，厭氧系統(tǒng)有酸化趨勢。從pH和VFA的測定數(shù)據(jù)可以看出，在6月24日至7月16日這段時間內(nèi)，pH值不斷降低，VFA不斷升高，厭氧發(fā)酵系統(tǒng)有酸化的趨勢，如圖2、圖3所示。

圖2 pH值的變化趨勢

圖3 VFA的變化趨勢

2.2.2 問題分析及采取的措施

從前端處理漿液的進料負(fù)荷開始排查，進而檢查厭氧發(fā)酵系統(tǒng)內(nèi)部的攪拌情況，最后檢查厭氧發(fā)酵的出料情況。

（1）進料有機負(fù)荷。進料有機負(fù)荷是指消化反應(yīng)器單位容積單位時間內(nèi)所承受的揮發(fā)性有機物量，它是厭氧消化反應(yīng)調(diào)試運行過程中的重要參數(shù)。在連續(xù)反應(yīng)系統(tǒng)中，進料負(fù)荷的控制非常重要。超負(fù)荷運行經(jīng)常會造成廢棄物與污水的不充分混合，妨礙產(chǎn)氣甚至使系統(tǒng)無法正常運行[2]。

針對系統(tǒng)酸化的情況，首先觀察進料有機負(fù)荷的歷史數(shù)據(jù)，由于實驗室只定期檢測進料COD負(fù)荷，且檢測頻率小，因此只選取6月24日之前的幾個時間點的COD負(fù)荷數(shù)據(jù)，觀察其變化，如圖4。由于數(shù)據(jù)較少，排查其原因比較困難，但觀察某一階段的進料COD負(fù)荷的變化發(fā)現(xiàn)，COD負(fù)荷沒有得到很好的控制，從3月29日到4月5日這段時間COD負(fù)荷增加來看，負(fù)荷增加較快，很容易導(dǎo)致厭氧微生物受到?jīng)_擊。因此在發(fā)現(xiàn)有酸化趨勢的情況下，降低了進料有機負(fù)荷，即減少了漿液的進料量，同時調(diào)整了進料程序，使其24 h均勻進料。

圖4 進料COD負(fù)荷

（2）攪拌情況。攪拌可使消化物料分布均勻，增加微生物與物料的接觸，并使消化產(chǎn)物及時分離，從而提高消化效率、增加產(chǎn)氣量[3]。同時，對發(fā)酵罐進行攪拌，可使罐內(nèi)溫度均勻，加快消化速度，提高產(chǎn)氣量。

攪拌方法包括氣體攪拌、機械攪拌、泵循環(huán)等。氣體攪拌是將消化池產(chǎn)生的沼氣，加壓后從伸入罐內(nèi)的沼氣噴嘴噴出，利用產(chǎn)生的氣流，達到攪拌的目的。機械攪拌一般適合于較小的消化器。

本項目使用的是泵循環(huán)和氣體攪拌相結(jié)合的方式，氣體攪拌用在罐體有酸化趨勢之前，一般只在白天運行8 h；泵循環(huán)分為底部循環(huán)和頂部循環(huán)，底部循環(huán)為罐底部的橫向環(huán)流循環(huán)，運行24 h，頂部循環(huán)一般一天運行4～6 h，間歇運行，為豎向的環(huán)流循環(huán)。當(dāng)罐體有酸化趨勢時，從罐壁的視鏡發(fā)現(xiàn)罐內(nèi)液體有輕微分層現(xiàn)象，且由實驗數(shù)據(jù)可知不同高度的取樣樣品所測得的數(shù)據(jù)有一定的差別。因此，應(yīng)該加大攪拌程度，將氣體攪拌改為24 h不間斷運行，頂部循環(huán)一天運行12 h以上。

（3）水力停留時間。有研究表明，水力停留時間對厭氧消化過程及有機物分解率、產(chǎn)氣率等影響較大，水力停留時間越長，原料產(chǎn)氣率和去除率越高，整個厭氧發(fā)酵系統(tǒng)的緩沖能力也越強[4]。由于此時進料量還未達到設(shè)計負(fù)荷，因此本系統(tǒng)目前的停留時間高于30 d。

但是，由于攪拌不充分，導(dǎo)致厭氧消化污泥大都聚集于罐體下部，而出料方式為底部出料，因此應(yīng)該改變出料方式，增加頂部出料，保持罐體液位保持在最高液位附近，即能夠通過罐內(nèi)的浮渣口溢流出料的液位。每天出料采取頂部+底部出料的方式，可減少厭氧污泥的流失，逐步提高罐內(nèi)的污泥量和抗負(fù)荷沖擊的能力。

2.3 采取措施后的調(diào)試情況

采取上述措施后，厭氧系統(tǒng)逐漸恢復(fù)正常。從產(chǎn)氣量上來看，產(chǎn)氣量穩(wěn)定在60～80 m3/(t·d)甲烷濃度穩(wěn)定在55%～65%；從pH值來看，pH值逐步上升，穩(wěn)定在7.8～8.1，如圖5所示；再從VFA和堿度的變化趨勢來看，VFA逐步降低（如圖6所示），堿度逐步上升，VFA/堿度的比值逐漸減小，表明該厭氧系統(tǒng)的緩沖能力在逐漸增大，系統(tǒng)逐步處于穩(wěn)定運行的狀態(tài)，具體對比情況見表1。

圖5 調(diào)整后pH值的變化趨勢

圖6 調(diào)整后VFA的變化趨勢

表1 調(diào)整前后數(shù)據(jù)對比表

3 結(jié)論

發(fā)酵溫度、進料濃度和水力停留時間是影響餐廚垃圾厭氧發(fā)酵的3個較為重要的因素[5]。在餐廚垃圾厭氧發(fā)酵系統(tǒng)運行過程中，需實時關(guān)注控制發(fā)酵狀態(tài)，如發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)有酸化的趨勢，可根據(jù)實際的實驗檢測數(shù)據(jù)，減少進料負(fù)荷、加大攪拌力度及增加水力停留時間，提高罐內(nèi)的污泥量，增加抗沖擊負(fù)荷。同時，不同的實驗數(shù)據(jù)反映出系統(tǒng)運行不同的狀況，采取的措施也需因地制宜。