厨余垃圾厌氧发酵工艺研究

【摘 要】厨余垃圾的有机物含量较高，在废弃处理时有多种方法可以采用，通常来讲，焚烧、卫生填埋、热解技术和生物转化都是处置厨余垃圾的有效手段，但从可持续发展的角度来看，在处理过程中要兼顾环境影响，加强资源利用。本文简单探讨了厨余垃圾厌氧发酵的工艺，研究分析了科学合理处理厨余垃圾的方法。

【关键词】厨余垃圾 厌氧发酵 处理工艺 工艺研究厨余垃圾处理发酵

中图分类号：R124.3 文献标识码：A 文章编号：

一．引言。

随着全球人口数量的增加和人们生活水平的逐渐提高，厨余垃圾的产量呈逐年上升的趋势，大有明显增长的势头。据统计，全球每年产生的城市生活垃圾约为500亿吨，其中厨余垃圾约占10%-20%左右的比例。我国每年的厨余垃圾产量也非常巨大，根据国家环境部门的统计数据显示，2001年我国城市生活垃圾约为13470.4万吨，厨余垃圾约为4041.1万吨至5388.2万吨左右，可见数量之大。在对厨余垃圾的处理过程中，处理方式较多，从可持续发展的角度来说，采取厌氧发酵技术处理可以有效提高处理效率，同时又能进行再利用，有利于持续发展。

二.厨余垃圾厌氧发酵工艺。

1.材料与方法

（1）厨余垃圾。厨余垃圾的主要组成是吃剩的米饭、蔬菜、鸡蛋及肉类等。收集的垃圾首先人工分选出其中的杂物(包括塑料、筷子及餐巾纸等)，然后用食物粉碎机将其粉碎到2-4nlnl，通过添加自来水调节Ts到13．0％，置于4℃的冰箱中保存待用。经测定，厨余垃圾的主要成分为：水分76．244％，总糖2．994％，脂肪5．498％，蛋白质11.096％，盐分1．198％，其他2．970％。

（2）活性污泥。活性污泥取自污水处理厂。取回的污泥风干后，粉碎，过30目筛，在105℃下加热2h以杀灭不形成芽孢的产甲烷菌，置于4℃冰箱保存待用。污泥在用作接种物之前，采用以下程序进行活化：将污泥(9g，十重)置于500 ml的锥形瓶中，加入水溶液，其中葡萄糖为3g／L，采用0．1 mol／L磷酸盐作缓冲剂，用NaOH溶液调pH值至6．5，充氮1min以驱除锥形瓶顶部的空气，于120r／min摇床中培养2 d，收集混合液体，4800r／rain离心10min，沉淀物即可用作接种物p1。

厨余垃圾的主要特性如下表：

试验反应装置主要是2个500Inl的锥形瓶，反应器内温度采用培养箱自动控制，气体采用排水法收集。

2. 设计。

称取预处理后的厨余垃圾和活化后的活性污泥总量为300g，将厨余垃圾和污泥按4：l的质量比接种。用自来水将该混合物稀释至450mL并装入到500mL的锥形瓶中，置于温度分别约为20、37、55℃的培养箱中，用氮气吹脱1 min进行密封厌氧发酵。实验过程中每隔24h采用5mI。针筒在气体采样口收集气体，并在进样口调节pH约为6．5，通过气相色谱仪检测气体组分。用10 mL针筒在液体采样口收集一定量的厌氧发酵产生的发酵液，测量其pH、COD、VFA组分及其产量。

3.结果。

正交试验中VFA组分及其产量的变化规律厌氧微生物的生命活动、物质代谢与pH值、温度有密切的关系，不同微生物生长对pH值和温度的要求也不同。由图2可知，厨余垃圾厌氧发酵所产乙酸、VFA产量都是先快速增加，然后缓慢下降并趋于稳定。当温度为37℃，pH值为6，接种比例为4：1时，厨余垃圾厌氧发酵所产乙酸和VFA在第5天达到最大值，分别为11．87和17．36g／L。

4.温度影响。

pH对于厌氧反应的稳定性非常重要，一般要求厌氧发酵的pH为6～8。在正常的厌氧发酵过程中，pH有一个自行调节的过程，无需随时调节，但是为了顺利地进行厌氧发酵，需要动态调节发酵液pH。在厌氧发酵过程中，VFA是厨余垃圾降解时产生的重要中间产物，当产生的VFA不能及时转移时，必然导致酸生成速度快而酸消耗速度慢的不平衡，从而出现酸积累使pH下降。在餐厨垃圾厌氧消化过程中，当调节pH在6．5～7．0，有助于降低聚集的高浓度VFA对厌氧消化系统的影响。在整个厌氧发酵过程中，水解酸化阶段非常迅速，pH随着厌氧发酵过程先下降再升高，最后趋于稳定，pH并没有发生较大的波动，基本集中在4．o～6．5。pH在厌氧发酵的第4天达到最低(55℃除外)，随后逐渐升高并趋于稳定，这主要是由于在水解酸化阶段，作为代谢产物的VFA快速积累造成pH降低，随后VFA被产氢产甲烷菌利用产生气体，pH随之升高并最终趋于稳定。

5.结论。

在整个厌氧发酵过程中，水解酸化阶段非常迅速，pH随着发酵过程先下降再升高，最后趋于稳定，pH没有发生较大的波动，其基本集中在6.5左右。温度对厨余垃圾厌氧发酵产酸有明显的影响。当温度为37℃时，乙酸和VFA产量在第4天达到最大值，分别为9．34、15．13g／L。在3种温度条件下，VFA中主要组分都是乙酸，乙酸占58％以上，而丙酸和正丁酸的产量都较低。因此，确定了厨余垃圾厌氧发酵产酸的最佳温度为37℃。

三.厨余垃圾的其他处理方法。

厨余作为一种废弃物，对其处理可采用多种方法。严格意义上讲，卫生填埋、焚烧、热解技术及生物转化等都叮以成为处置厨余垃圾的有效手段。从可持续发展的角度出发，对其处理应兼顾环境保护和资源利用的原则。采用填埋法处置厨余垃圾，它是一种厌氧消化处理法，可分解有机物产生甲烷，而且能将全部垃圾一次处理，无须预处理。技术操作简单，没有残余物的处理问题。但其完全以消纳垃圾为目的，不能实现有用资源的再利用。我国土地十分紧张，存在填埋选址难，容量有限的矛盾，同时，厨余垃圾的加入，也增加了收集、运输等困难，渗滤水的产生和处理问题。

焚烧法处理厨余垃圾，具有较高的处理效率，产生残余物，利于最终处置。焚烧是在待制的焚烧炉中进行的，有较高的热效率，产生的热能可转换成蒸汽或电能，可实现能源的回收利用。但厨余垃圾含水率较高，热值较低，需要添加辅助燃料，厨余的脱水也需要消耗大量的能量，焚烧尾气需经过有效处理才能达到排放标准。总体讲，焚烧法投资昂贵，尾气排放受到国家排放标准的影响，而且有毒副产物如二口恶英等影响其广泛使用。热分解法是将垃圾在高温下进行热解，使垃圾废物中所含的能量转换成燃气、油和炭的形式，然后再进行利用。同时垃圾中所含氦、硫、氨等在热解过程中保持还原状态，因而对装置的腐蚀较小。热分解法具有广阔的应用前景，技术尚未达到实用阶段，目前应用较少，分解产物品质不高是其最大的缺点。 厨余垃圾有机物含量较高，常用的有机垃圾处理方法是生物转化法。生物转换是利用微生物的新陈代谢作用，实现垃圾的稳定化、无害化，同时进行资源的回收利用。在当前世界上普遍存在自然资源与能源紧张的情况下，这种回收和利用技术的开发更有着深远的意义。根据处理过程中微生物对氧气要求的不同，生物处理可分为好氧生物处理和厌氧生物处理两类。生物处理法是最主要的污水处理方法之一，在固废处理方面也开展了深入的研究，得到了广泛的应用。目前应用最广的有堆肥法和厌氧发酵沼气化技术等。堆肥法是以固体废物的土地利用为目的；沼气化是以能源回收利用为目的。厨余是一种有机垃圾，可以利用生物转化进行无害化、资源化，但厨余含水率较高，值低，含盐量高，使其生化转化过程有其自身特性。

四．结束语。

厨余垃圾上升是总体趋势，在处理过程中，要选择对环境影响小，回收利用率高的处置方法，通过科学的处理工艺，合理的处置方式，来提高厨余垃圾的利用率，减少生活污染物。

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