城市有機(jī)垃圾厭氧消化工藝條件研究

張曉健

【摘要】隨著經(jīng)濟(jì)及社會(huì)的不斷發(fā)展，我國(guó)城市有機(jī)垃圾污染日益加重。本文主要從我國(guó)城市有機(jī)垃圾特點(diǎn)入手，重點(diǎn)對(duì)我國(guó)城市有機(jī)垃圾厭氧消化處理技術(shù)概念、特點(diǎn)及處理工藝進(jìn)行了分析和闡述，希望給行業(yè)相關(guān)人士一定的參考和借鑒。

【關(guān)鍵詞】城市有機(jī)垃圾；厭氧消化；工藝

所謂城市生活垃圾指的是城市居民在日常生活中產(chǎn)生的，在一定時(shí)間和地點(diǎn)無(wú)法利用而被直接丟棄且能夠污染環(huán)境的固體及半固體廢棄物。近年來(lái)，我國(guó)城市生活垃圾年產(chǎn)量高達(dá)一億多噸，且每年以較高的速度不斷增長(zhǎng)，然而實(shí)際垃圾年處理量只有產(chǎn)量的一半左右，無(wú)害化處理率只有三成左右。通常情況下，我國(guó)一般采用衛(wèi)生填埋、堆肥以及焚燒三種方式對(duì)城市生活垃圾進(jìn)行處理。作為城市生活垃圾的重要部分，城市有機(jī)垃圾的可生化性能夠滿(mǎn)足厭氧消化技術(shù)的處理要求，本文主要對(duì)城市有機(jī)垃圾的厭氧處理工藝進(jìn)行了探討。

1、我國(guó)城市生活垃圾厭氧消化處理技術(shù)及其特點(diǎn)

1.1 城市有機(jī)垃圾厭氧消化的工作原理。城市有機(jī)垃圾的厭氧發(fā)酵指的是在無(wú)氧條件下，微生物對(duì)有機(jī)物進(jìn)行分解形成沼氣的過(guò)程。通常情況下，復(fù)雜的有機(jī)物能夠通過(guò)對(duì)pH敏感的酸化菌進(jìn)行水解和發(fā)酵，并轉(zhuǎn)化為揮發(fā)酸。通過(guò)乙酸菌，揮發(fā)酸能夠被氧化成為乙酸鹽、二氧化碳和分子氫，之后便在甲烷菌的作用下轉(zhuǎn)化為甲烷，通常厭氧消化可以分為三個(gè)階段，即水解酸化階段、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段以及產(chǎn)甲烷階段。

1.2 城市有機(jī)垃圾厭氧消化處理技術(shù)概念及特點(diǎn)。城市有機(jī)垃圾的厭氧反應(yīng)指的是在沒(méi)有硝酸鹽氮和溶解氧的情況下，有機(jī)物能夠在微生物作用下形成二氧化碳、甲烷、腐殖質(zhì)以及無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的過(guò)程。氧化消化對(duì)城市有機(jī)垃圾的處理上具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。其中餐廚垃圾具有較高的含水率，且有機(jī)垃圾固含量比較高，在15%～20%左右，纖維素、溶解性物質(zhì)、脂肪、蛋白質(zhì)等含量豐富，因此在處理這類(lèi)垃圾的過(guò)程中使用厭氧消化法具有較大的優(yōu)勢(shì)，具體表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：第一，餐廚垃圾的含固率在15%-20%左右，符合厭氧系統(tǒng)的處理?xiàng)l件，所以在發(fā)酵之前不需要進(jìn)行加水和脫水的工序，大大簡(jiǎn)化了處理過(guò)程，節(jié)約了能耗；第二，有機(jī)物碳比在20-30%之間，實(shí)用厭氧發(fā)酵最合適，餐廚垃圾的碳氮比就在10%-25%之間，使用厭氧發(fā)酵比較適宜，如果餐廚垃圾中碳氮比過(guò)低的話(huà)可以適當(dāng)添加污泥和豬糞等碳氮比含量比較高的廢棄物加以調(diào)節(jié)；第三，在整個(gè)厭氧發(fā)酵過(guò)程中會(huì)生成大量的沼氣，這些沼氣處理供發(fā)酵廠(chǎng)使用之外，還以對(duì)外進(jìn)行能源供應(yīng)；第四，厭氧發(fā)酵的有機(jī)負(fù)荷承受能力較高，需要采用全封閉系統(tǒng)，且設(shè)備占地少，容易實(shí)現(xiàn)發(fā)酵過(guò)程的全面、實(shí)時(shí)監(jiān)控，環(huán)境污染程度低，發(fā)酵時(shí)間短，對(duì)餐廚垃圾的處理量大，尤其對(duì)環(huán)境要求比較高的城市比較適宜；第五，在對(duì)餐廚垃圾進(jìn)行處理的過(guò)程中，厭氧發(fā)酵能夠同時(shí)對(duì)糞便、污泥等可腐有機(jī)物進(jìn)行處理，并依據(jù)不同需要添加相關(guān)的用料，從而形成一種肥料，有效提升產(chǎn)品的附加值。

在對(duì)餐廚垃圾進(jìn)行厭氧消化處理的過(guò)程中，依然存在著一定的問(wèn)題，具體表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：第一，餐廚垃圾中含有大量不易降解的雜質(zhì)，不僅對(duì)發(fā)酵有著直接影響，還會(huì)對(duì)肥料的性能和形狀造成影響。所以在進(jìn)行厭氧消化處理之前，預(yù)處理工序必不可少；第二，餐廚垃圾含有較高的鹽分，使得微生物體內(nèi)水分深處，對(duì)微生物活性造成一定影響，進(jìn)而放緩了生物的降解程度和進(jìn)度，更為重要的是，高分子脂類(lèi)物質(zhì)自身降解速度較慢，為了進(jìn)一步增強(qiáng)降解效果，還需要對(duì)生物菌種加以培養(yǎng)；第三，我國(guó)厭氧消化技術(shù)起步晚，相關(guān)的理論基礎(chǔ)及技術(shù)設(shè)備等與西方發(fā)達(dá)國(guó)家尚存在著較大的差距，技術(shù)設(shè)備也不具備規(guī)?；?、商品化、產(chǎn)業(yè)化的要求，更多的新技術(shù)和新工藝尚處于小試階段；第四，在餐廚垃圾的厭氧消化處理過(guò)程中，預(yù)處理和除臭工序非常關(guān)鍵，且要求除臭系統(tǒng)具備相應(yīng)的除臭、抗生、排污以及防塵等一系列功能。

2、幾種常用的厭氧消化處理工藝及其特點(diǎn)

2.1 JVV Oy工藝。Ecotech公司在德國(guó)首都柏林建造了一座處理量為30000t/a的城市有機(jī)垃圾處理廠(chǎng)。對(duì)城市有機(jī)垃圾進(jìn)行預(yù)粉碎和磁選之后，再進(jìn)行滾筒篩分選。其中，可燃垃圾需要進(jìn)入流化床進(jìn)行焚燒爐，其余有機(jī)垃圾則被送入垃圾池，添加一定水分之后將含固率調(diào)節(jié)到15%。對(duì)惰性雜質(zhì)進(jìn)行離析之后，運(yùn)用泵系統(tǒng)將有機(jī)垃圾傳送到厭氧消化器中，具體來(lái)說(shuō)，JVV Oy工藝處理系統(tǒng)可以分為兩個(gè)相對(duì)平行的生產(chǎn)線(xiàn)，在厭氧消化溫度為35℃或者55℃時(shí)，固體停留的時(shí)間為15～20d，其中單個(gè)消化器的容積量可以達(dá)到5000m3。經(jīng)過(guò)發(fā)酵及巴斯德消毒（時(shí)間為30分鐘，溫度為70℃）之后，有機(jī)物質(zhì)就會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬?duì)比較衛(wèi)生的肥料。

2.2 BTA工藝。BTA工藝主要是從造紙技術(shù)發(fā)展而來(lái)，其對(duì)于城市有機(jī)垃圾、商業(yè)有機(jī)垃圾以及農(nóng)業(yè)有機(jī)垃圾都有著良好的處理效果，BTA工藝分為單級(jí)處理和多級(jí)處理等相關(guān)工序，發(fā)展相對(duì)成熟。其中比較著名的就是1993年在丹麥建立的HelsingorBTA/CarlBro有機(jī)垃圾處理廠(chǎng)，其處理量能夠達(dá)到20000t/a。BTA工藝具體分為以下幾個(gè)步驟：第一，將垃圾分類(lèi)回收后，分別運(yùn)送到垃圾倉(cāng)，并進(jìn)過(guò)一系列破袋-破碎-打漿-巴斯德消毒工序后，將垃圾分為固體和液體兩方面；第二，將固體垃圾輸送到水解池，并相應(yīng)的分解成為有機(jī)酸，液體則需要送入反應(yīng)器中。以Helsingor垃圾處理廠(chǎng)為例，其每年的生物氣體產(chǎn)量約為300萬(wàn)m3，這些氣體可用于熱電聯(lián)產(chǎn)中。此外，在該城市有機(jī)垃圾處理廠(chǎng)內(nèi)還配置了熱換器設(shè)備，可在預(yù)處理階段及沼氣形成階段進(jìn)行加熱。

2.3 Dranco工藝。單級(jí)高溫反應(yīng)器是Dranco工藝的主要構(gòu)成單元，其符合為10kgCOD/（m3·d），要求溫度保持在50-58℃附近，滯留時(shí)間為15-30d，每噸城市有機(jī)垃圾可以形成100-200m3的生物氣體，并發(fā)電170-350kW·h，要求進(jìn)料固含率在15%-40%之間。當(dāng)前，Dranco-Sep工藝已經(jīng)被有關(guān)城市有機(jī)垃圾處理公司研制成功，大大提成了有機(jī)垃圾的固含率。截至目前，歐洲國(guó)家有著較高的城市有機(jī)垃圾厭氧消化水平，擁有四座以上Dranco工藝大型的城市有機(jī)垃圾處理廠(chǎng)，且處理能力達(dá)到11000-35000t/a。其中位于比利時(shí)北部的Brecht城市有機(jī)垃圾處理廠(chǎng)使用的就是這種工藝，處理量可以達(dá)到12000t/a。Dranco工藝的具體處理步驟可以分為以下幾點(diǎn)：第一，將垃圾進(jìn)行分類(lèi)回收及切碎之后，再對(duì)大顆粒物質(zhì)進(jìn)行切除；第二，經(jīng)過(guò)厭氧塘處理工序之后，消化液能夠直接排放到污水處理廠(chǎng)內(nèi)；第四，城市有機(jī)垃圾經(jīng)過(guò)厭氧消化處理之后，再經(jīng)由脫水機(jī)進(jìn)行脫水，其固含率可以上升到55%，然后經(jīng)過(guò)好氧穩(wěn)定兩周之后，便可形成無(wú)害肥料。

2.4 Valorga工藝。Valorga工藝是由法國(guó)Steinmueller ValorgaSarl公司研發(fā)的，其主要采用的是垂直圓柱形消化器設(shè)備，發(fā)展至今已經(jīng)成為一項(xiàng)比較成熟的工藝。具體步驟如下：第一，將反應(yīng)器內(nèi)的垃圾固含率調(diào)節(jié)到25-35%，并停留兩周到四周的時(shí)間，其產(chǎn)氣量為80-180m3/t；第二，厭氧處理后的固體垃圾需要經(jīng)過(guò)兩周時(shí)間的好氧堆肥處理，才能達(dá)到穩(wěn)定。當(dāng)前，在全球范圍內(nèi)已經(jīng)建成的城市有機(jī)垃圾處理廠(chǎng)有：法國(guó)Amiens處理廠(chǎng)、德國(guó)Engelskirchen處理廠(chǎng)及Freiberg處理廠(chǎng)、比利時(shí)Mons處理廠(chǎng)、瑞士Geneva處理廠(chǎng)以及西班牙Cadiz處理廠(chǎng)等。

3、結(jié)語(yǔ)

對(duì)城市有機(jī)垃圾進(jìn)行厭氧處理是近年來(lái)人們關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題，其絕不部分工藝技術(shù)都是源自于有機(jī)廢水的厭氧處理技術(shù)。就目前而言，對(duì)城市有機(jī)垃圾進(jìn)行厭氧處理還存在著啟動(dòng)慢、易酸化、流動(dòng)性差、消化周期長(zhǎng)、有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化率低等問(wèn)題，為此可以采取以下措施進(jìn)行改善：

第一，對(duì)城市垃圾進(jìn)行分類(lèi)回收，為城市有機(jī)垃圾的厭氧處理打下夯實(shí)基礎(chǔ)。此外，對(duì)有機(jī)垃圾中的水分進(jìn)行控制，切實(shí)增加處理效率，這樣不僅解決了城市有機(jī)垃圾厭氧處理過(guò)程中的易酸化問(wèn)題，還能大大提升城市有機(jī)垃圾的處理效率。第二，對(duì)消化過(guò)程中的限速步驟進(jìn)行研究，切實(shí)解決厭氧消化處理過(guò)程中的周期長(zhǎng)的問(wèn)題。為此，則需要采用相應(yīng)措施加快纖維素的降解速度，為此可以有針對(duì)性對(duì)高效菌株加以培養(yǎng)，縮短消化周期。第三，通過(guò)攪拌作用能夠有效提升城市有機(jī)垃圾厭氧處理過(guò)程中的均質(zhì)化，同時(shí)增加了一定的成本。此外，較低的氧化還原電位也是有機(jī)垃圾厭氧消化的基本條件。但是想要達(dá)到規(guī)?；a(chǎn)還必須加入適量的還原性物質(zhì)，增加了處理成本。

總而言之，無(wú)論是站在研究的角度，還是站在具體實(shí)踐的角度，當(dāng)前國(guó)內(nèi)對(duì)城市有機(jī)垃圾進(jìn)行厭氧處理的基礎(chǔ)性工作仍然不夠充分，但這并不影響厭氧處理技術(shù)在城市有機(jī)垃圾進(jìn)行處理的過(guò)程中所發(fā)揮的重要作用，相信只要解決了厭氧消化中的部分問(wèn)題，其就能夠在城市有機(jī)垃圾處理領(lǐng)域占據(jù)重要的位置，具有十分廣闊的市場(chǎng)前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]李玉春，潘琦，王艷，張躍升.北京市生活垃圾厭氧消化技術(shù)應(yīng)用潛力分析[J].環(huán)境衛(wèi)生工程，2010（01）：36-37.

[2]JamesMurray.厭氧消化技術(shù)讓污水為人類(lèi)服務(wù)[J].低碳世界，2011（07）：41-42.