廚余垃圾濕式厭氧發(fā)酵無害化處理技術(shù)研究

摘要：濕式厭氧發(fā)酵無害化處理是處理廚余垃圾的重要技術(shù)手段，但是現(xiàn)行技術(shù)水平比較低，處理效果不佳，為此提出廚余垃圾濕式厭氧發(fā)酵無害化處理技術(shù)研究。采用分選制漿裝置對廚余垃圾進行物料輸送、漿化篩選、除砂除雜、油水分離預(yù)處理，以糞便、污水作為廚余垃圾漿液發(fā)酵材料，通過材料調(diào)配在厭氧發(fā)酵罐內(nèi)進行濕式厭氧發(fā)酵，將廚余垃圾分解為沼氣和沼渣回收利用，實現(xiàn)廚余垃圾濕式厭氧發(fā)酵無害化處理。試驗結(jié)果表明，所提技術(shù)的廚余垃圾含固率最高僅為14%，有機質(zhì)去除率在96%以上，可以實現(xiàn)對廚余垃圾的高質(zhì)量處理。

關(guān)鍵詞：廚余垃圾；濕式厭氧發(fā)酵；無害化；分選制漿；糞便污水；沼氣

中圖分類號：TQ920.6 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）09-00-04

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Research on Harmless Treatment Technology of Kitchen Waste through Wet Anaerobic Fermentation

WANG Shufeng

（Zhongdian International New Energy Hainan Co.， Ltd.， Chengmai 571924， China）

Abstract： Wet anaerobic fermentation harmless treatment is an important technical means for treating kitchen waste， but the current level of technology is relatively low and the treatment effect is poor. Therefore， research on wet anaerobic fermentation harmless treatment technology for kitchen waste is proposed. Using a sorting and pulping device for material transportation， pulping screening， sand and impurity removal， and oil-water separation pretreatment of kitchen waste， feces and sewage are used as fermentation materials for kitchen waste slurry. Through material blending in anaerobic fermentation tanks， wet anaerobic fermentation is carried out to separate kitchen waste into biogas and biogas residue for recycling， achieving harmless treatment of kitchen waste through wet anaerobic fermentation. The experimental results show that the proposed technology has a maximum solid content of only 14% for kitchen waste， and an organic matter removal rate of over 96%， which can achieve high-quality treatment of kitchen waste.

Keywords： kitchen waste; wet anaerobic fermentation; harmless treatment; sorting and pulping; fecal wastewater; methane

隨著城市化進程的加快和生活水平的提高，城市垃圾問題日益凸顯。廚余垃圾是城市垃圾的重要組成部分，具有含水率高、有機質(zhì)含量高以及易腐爛等特點，給垃圾處理和環(huán)境保護帶來了極大的挑戰(zhàn)。因此，開展廚余垃圾的無害化處理技術(shù)研究，對于促進城市可持續(xù)發(fā)展、改善環(huán)境具有重要意義。廚余垃圾的無害化處理技術(shù)主要包括物理法、化學(xué)法和生物法等。其中，濕式厭氧發(fā)酵技術(shù)以其高效、環(huán)保、資源化利用等優(yōu)點，在廚余垃圾處理領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注。在國內(nèi)，隨著環(huán)保意識的提高和垃圾處理技術(shù)的不斷進步，廚余垃圾濕式厭氧發(fā)酵無害化處理技術(shù)也得到了快速發(fā)展。一些城市已經(jīng)建立廚余垃圾處理設(shè)施，采用濕式厭氧發(fā)酵技術(shù)處理廚余垃圾。同時，很多科研機構(gòu)和高校也開展了相關(guān)研究，并取得了一系列成果。

李天水[1]分析了濕式與干式厭氧發(fā)酵技術(shù)在廚余垃圾處理中的應(yīng)用，闡述了處理流程和關(guān)鍵技術(shù)。劉學(xué)忠[2]通過試驗分析了廚余垃圾厭氧發(fā)酵技術(shù)，并提出了技術(shù)優(yōu)化策略。盡管濕式厭氧發(fā)酵技術(shù)在廚余垃圾處理領(lǐng)域具有顯著優(yōu)勢，但在實際應(yīng)用過程中仍面臨一些挑戰(zhàn)。厭氧發(fā)酵過程需要一定的反應(yīng)時間和溫度條件，容易受到外界環(huán)境因素的影響，導(dǎo)致處理效果并不理想，為此提出廚余垃圾濕式厭氧發(fā)酵無害化處理技術(shù)研究。

1 廚余垃圾自動分選制漿

考慮到廚余垃圾無法直接進行濕式厭氧發(fā)酵處理，濕式厭氧發(fā)酵要求進料粒徑小于6.5 mm，含固率低于35%，含油率小于1.5%，含雜率小于10%。為了保證處理質(zhì)量，采用分選制漿裝置對廚余垃圾進行預(yù)處理。分選制漿裝置由物料輸送、漿化篩選、除砂除雜及油水分離單元組成。

集料斗的主體為鋼制，底部設(shè)有4根平行排列的無軸螺旋，左右各2根螺旋，用于將廚余垃圾送入攪拌機。在集料斗的底部設(shè)有一塊過濾板，使廚余垃圾在重力作用下流到底槽中。在集料斗的上方裝有液壓傳動的密閉蓋，在不放物料的情況下，該蓋子閉合，在里面保持較低的負壓。接受料斗和上部的封條以及卷簾門將整個卸料室變成一個密閉的空間，并且還安裝了集臭器，以避免惡臭外溢。在接收罐的旁邊安裝有高壓水炮，在廚余垃圾卸載完畢后，用高壓水炮將其沖洗干凈，然后將清洗的水送入收料斗。

廚余垃圾經(jīng)過高壓水槍沖洗后送入漿化篩選單元，在該處理單元中將廚余垃圾粉碎漿化。漿化篩選單元由傳動裝置驅(qū)動，利用圓筒中的轉(zhuǎn)動刀盤和破碎刀粉碎廚余垃圾[3]。刀盤轉(zhuǎn)速為2 000 r/min，采用間歇給料方式。在給料過程中，使用三相分離器分離出的熱液、低槽收集的瀝水和車間生產(chǎn)用水調(diào)配原料。將廚余垃圾粉碎為粒度小于7.5 mm的碎料，粉碎后的廚余垃圾經(jīng)出料口排出。廚房垃圾含有穩(wěn)定、不易破碎的重物質(zhì)，以及體積大的輕物質(zhì)（塑料、纖維、竹木等），這些物質(zhì)在漿化過程中落入磨漿機的底部，并從出渣口排放到除渣器中，集中收集。

漿化后的廚余垃圾送入旋流除砂器中進行除砂除雜，去除有機漿液中的雜質(zhì)，如貝殼、玻璃、瓷器及沙子。除沙之后，使用橢圓機對有機漿液進行進一步的固-液分離，去除殘留在有機漿液中的細小固體物質(zhì)，從而達到高效去除固體物質(zhì)的目的。完成除砂除雜后，廚房垃圾被泵送至專門的加熱槽[4]。加熱過程將垃圾加熱至80～85 ℃，形成易于處理的漿料。加熱處理后的漿料被泵送到三相分離器中進行油水分離，廚余垃圾油水分離參數(shù)如表1所示。

在此過程中，油、固體廢物和水被分離出來，分離出的粗油會被直接收集到油暫存罐中，隨后再由泵將其轉(zhuǎn)移至外部的粗油儲存罐。分離的細渣被引導(dǎo)至勻漿槽中，并在勻漿槽內(nèi)進行調(diào)質(zhì)處理。在固液兩相分離后，液相部分被收集至熱液暫存槽。其中，一部分熱液用于前端的漿料篩分系統(tǒng)。另一部分經(jīng)過熱量交換后，被輸送到均漿調(diào)質(zhì)罐中，再經(jīng)過泵送入?yún)捬豕┝瞎?，為后續(xù)的厭氧消化過程提供原料。

2 垃圾漿液濕式厭氧發(fā)酵

利用濕式厭氧發(fā)酵技術(shù)對垃圾漿液進行無害化處理，對產(chǎn)生的能量和產(chǎn)物進行二次回收利用[5]。為了保證整個處理過程的無害化和綠色化，選擇動物糞便作為微生物原料，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的化學(xué)試劑。垃圾漿液濕式厭氧發(fā)酵流程如圖1所示。

如圖1所示，將廚余垃圾漿液與糞便污水一同輸送到濕式厭氧進料管中，進料要滿足

（1）

式中：U為糞便污水進料量，S為待發(fā)酵的廚余垃圾漿液量，ρ為厭氧罐容積[6]。

按照式（1）確定糞便污水用量，在厭氧進料罐中調(diào)配糞便污水和廚余垃圾漿液，隨后輸送到厭氧發(fā)酵罐中。為了確保物料能夠均勻進入?yún)捬醢l(fā)酵罐，采用螺桿泵輸送設(shè)備。物料放入發(fā)酵罐后，需要控制發(fā)酵溫度、pH值及發(fā)酵時間，為微生物提供理想的生長環(huán)境。其中，發(fā)酵溫度控制在60 ℃左右，pH值控制在4.5左右，發(fā)酵時間不少于25 d[7]。在這樣的環(huán)境條件下，甲烷菌等厭氧微生物會降解物料中的有機物，并產(chǎn)生沼氣。沼氣產(chǎn)生后，會聚集在厭氧發(fā)酵罐的頂部[8]。沼氣從罐體頂部排出，經(jīng)過去除雜質(zhì)、調(diào)節(jié)氣體成分等流程，最終得到純凈、可利用的沼氣。剩余的沼渣經(jīng)過脫水后集中收集，可以作為農(nóng)作物的肥料，以此實現(xiàn)廚余垃圾濕式厭氧發(fā)酵無害化處理。

3 試驗論證

3.1 試驗準(zhǔn)備與設(shè)計

以某垃圾處理站為試驗環(huán)境，選取該垃圾處理站收集的8 t廚余垃圾為試驗對象。廚余垃圾成分如下：含固率為32.42%，有機質(zhì)含量為75.61%，塑料含量為6.35%，骨頭含量為5.63%，金屬含量為0.25%，布料含量為0.34%，貝殼含量為6.42%。利用濕式厭氧發(fā)酵技術(shù)對收集的廚余垃圾進行無害化處理。

根據(jù)《城市生活垃圾分類及其評價標(biāo)準(zhǔn)》

（CJJ/T 102—2004）中的規(guī)定，含固率低于1%、有機質(zhì)去除率高于90%的垃圾達到二次利用標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)此要求對廚余垃圾處理后的含固率和有機質(zhì)去除率進行檢測，驗證所提技術(shù)的性能。

3.2 結(jié)果與討論

為確保試驗的有效性，將所提技術(shù)與文獻[1]提出的技術(shù)和文獻[2]提出的技術(shù)進行對比。廚余垃圾處理后的含固率如表2所示，廚余垃圾的有機質(zhì)去除率如表3所示。

從表2、表3可以看出，所提技術(shù)的廚余垃圾含固率最高僅為14%，有機質(zhì)去除率在96%以上，優(yōu)于文獻[1]提出的技術(shù)和文獻[2]提出的技術(shù)，并且符合《城市生活垃圾分類及其評價標(biāo)準(zhǔn)》（CJJ/T 102—2004）。試驗結(jié)果表明，利用所提技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對廚余垃圾的高質(zhì)量處理。

4 結(jié)論

廚余垃圾濕式厭氧發(fā)酵無害化處理技術(shù)的研究，不僅是對環(huán)境保護領(lǐng)域的一次重要探索，更是對未來可持續(xù)發(fā)展道路的一次深刻思考。該技術(shù)不僅能夠高效、環(huán)保地處理廚余垃圾，減少環(huán)境污染，還能將廚余垃圾轉(zhuǎn)化為可再利用的資源，實現(xiàn)廢物的資源化利用。經(jīng)過測試，該技術(shù)可以使廚余垃圾的含固率保持在14%以內(nèi)，有機質(zhì)去除率在96%以上。然而，廚余垃圾濕式厭氧發(fā)酵無害化處理技術(shù)的研究與應(yīng)用仍面臨諸多挑戰(zhàn)。如何進一步提高處理效率、降低能耗、優(yōu)化副產(chǎn)物利用等，仍需要不斷深入研究與探索。

參考文獻

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