餐厨垃圾厌氧消化预处理工艺探究

陈静霞 牧兰

摘要：餐厨垃圾的成分十分复杂，并含有大量的有机物、油脂与盐分，为寄生虫、病原微生物、霉菌毒素等有害物质提供了有利的生存环境，因此餐厨垃圾十分容易发酵、腐烂、变质和发臭。随着人们生活水平、物质条件的改善，我国的餐饮业飞速发展，餐厨垃圾已经成为主要的城市生活垃圾。尽管餐厨垃圾中含有大量的有害物质，但也可以通过提取其中的油脂加以回收和利用，转化为沼气等能源。本文探讨了预处理工艺在餐厨垃圾中的应用和价值。

关键词：餐厨垃圾;厌氧消化;预处理工艺;应用

随着城市餐饮行业的不断壮大，餐厨垃圾的产量也在持续增加，如果没有科学、有效的处理措施，餐厨垃圾将会对城市环境造成严重破坏和污染。餐厨垃圾的主要特点是含水量多、高油脂，极其容易腐烂和变质，为各种细菌、病毒的滋生与传播提供了良好环境。发达国家基本已经实现了法制化的餐厨垃圾处理，欧盟国家严令禁止填埋餐厨垃圾;日本主要采用厌氧消化技术来处理餐厨垃圾;韩国专门针对餐厨垃圾建立了回收机制，通过厌氧消化-生物气回收和生物反应器进行处理。2003年开始，欧洲各国主要通过厌氧消化技术来处理餐厨垃圾，中国作为发展中国家，还未建立完善的餐厨垃圾处理工艺，围绕这一课题展开探究，具有深刻的理论与现实意义。

一、餐厨垃圾的特点与厌氧消化的影响参数

餐厨垃圾中含有的成分比较复杂，既包含大分子有机物，比如脂肪、淀粉、蛋白质和纤维素等;又包含有机酸、无机盐，此外还有许多微量元素。近年来的研究发现，餐厨垃圾十分适合厌氧微生物的生长和繁殖，因此厭氧消化预处理工艺成为研究焦点，厌氧消化主要分为四个步骤，分别是水解、酸化、产乙酸与产甲烷。多种因素都会对厌氧消化的效果产生影响，比如PH、长链脂肪酸、发酵温度、VFA、碳氮比等。厌氧消化最重要的因素是发酵温度，在30～40℃的中温和50～60℃的高温环境下最适合厌氧消化。发酵温度会对厌氧消化过程中产生的酶的活性造成影响，继而影响甲烷的产量以及厌氧消化最终的处理结果。PH值同样会影响厌氧消化的效率，产甲烷菌在PH值6.5～8.2的环境中，活性最强，最适合的PH值是7.0，所以在连续进料反应器的启动阶段就应该加入NaOH与NaHCO3调整PH值。但也有观点认为，最适合的PH值会根据底物的种类以及消化工艺而发生改变。在厌氧消化过程中会产生VFA，VFA也是产甲烷菌的底物，随着VFA的不断积累，PH值会降低，甚至还会反应失败。在丙酸与乙酸比>1.4，或者乙酸的含量>0.8g/L的情况下，厌氧消化的失败率很高。餐厨垃圾中的长链脂肪酸的含量高达5.0g/L，长链脂肪酸可以吸附在细胞壁、细胞膜上，并传递阻碍代谢过程中产生的物质。碳源是餐厨垃圾中微生物能量的主要供应源，氮源可以促进细胞的增殖，但餐厨垃圾中并没有很多的氮元素，可通过添加畜禽类的粪便、尿素等物质来补充氮源。

二、餐厨垃圾的厌氧消化预处理工艺

1、分选破碎联合湿热水解工艺的应用

①接料：运送餐厨垃圾的车辆进厂后，把垃圾卸载到料坑中，通过贝壳形的抓斗把餐厨垃圾转移到斗式提升机中，提升机可以把液相和固相物料运送到分选设备内。

②分选破碎：通过旋筛分离餐厨垃圾中的杂物，再把杂物外运。有机物料需要转移到专用的破碎机内，并且破碎为浆状，物料充分破碎后，再使用专用泵运送到湿热水解系统。

③湿热水解：湿热水解装置具有搅拌功能，还配备了夹套式的换热器，可利用蒸汽间接对物料加热。湿热水解的温度为120℃，水解的时间为2h。通过湿热水解可以让餐厨垃圾中的油脂充分溶出，在高温蒸煮下，一部分固相有机物会液化，并提高液相中有机物的含量。

④油水分离：经湿热水解后，浆料会进入三相离心机。浆料中的油相会在碟式离心机的作用下对油脂提纯，固相是制作饲料的主要原料，含有大量有机质的水相会进入均质池内，并成为厌氧消化的底物。

分选破碎+湿热水解的预处理工艺能够让餐厨垃圾中的大分子有机物充分水解，成为小分子有机物，有效提高了厌氧消化的效率。同时，湿热水解会改变油脂的形态，有助于固相油脂的浸出、液化与上浮，还能改善固相油脂的分离特点，提高出油率。缺点是餐厨垃圾中的一部分有机物料会进入饲料生产环节，所以我国在这方面有了严格的限制。

2、粗分选联合自动分选制浆一体机工艺的应用

①接料：收集餐厨垃圾的专用车将物料倾倒进料斗内，料斗的底部设计了螺旋输送机，底部的开孔还具有沥水功能，输送泵把沥水运送到分选制浆一体机。

②分选：这一环节由粗分选机、分选制浆一体机以及除砂机三部分组成。螺旋输送机把餐厨垃圾运送到粗分选机，根据粒径，粗分选机对餐厨垃圾进行分选，分出粒径>60mm的物料，然后再经螺旋运输机运送到专用拉臂箱中。粒径<60mm的餐厨垃圾会被运送到制浆分选一体机，内部设计了高速旋转的转锤，会把餐厨垃圾制作成浆液，并分离出塑料和骨头等杂物。物料被充分浆化后，通过除砂装置分离物料中的贝壳和砂石，然后泵送到后续的加热分离环节。

粗分选+自动分选制浆一体机工艺的优势在于：制浆的同时可以分离餐厨垃圾中的杂质，而且分离效率高。缺点是制浆分选一体机是一种旋转速度极快的转锤式破碎机，如果餐厨垃圾中含有大量杂质，很容易加重转锤的磨损程度。

3、分选破碎一体机联合淋滤水解工艺的应用

①接料：参考“粗分选+自动分选制浆一体机工艺”。

②分选：分选破碎一体机会把餐厨垃圾破碎为浆液，并且分离出其中的轻物质以及一部分的重物质。原理同制浆分选一体机，区别是分选破碎一体机分离出的物料粒径比较大，还需要后续处理，才能进入厌氧系统。

③固液分离：使用加热器把浆液状的物料加温到80℃，促进物料中的固态油脂分离，提高除油率。经过升温后，物料进入挤压脱水和固液分离环节，然后运送到油水分离系统。固态的物料进入淋滤水解器，泵入适量的厌氧消化罐回流水，淋滤水解器具有搅拌功能，物料和厌氧反应器可以充分接触两三天。固态物料内含有的有机物会在碱性厌氧细菌的作用下水解和酸化，其中的大分子固态物质会分解成小分子的液态物质，水解完成后，淋滤水解器中的物料主要为无机物，可以直接填埋，液相物质会被泵送到厌氧系统。

④油水分离：该系统通过三相离心机分离浆料中的油脂成分，分离完成后，固相和水相会一并进入厌氧系统。

分选破碎一体机+淋滤水解工艺最大的优点是：微生物淋滤水解的成本较低;缺点是淋滤水解反应器的水解时间较长，餐厨垃圾越多，占地面积就越大。

结束语

综上所述，厌氧消化预处理工艺不仅成本低，而且具有节能减排的优势。餐厨垃圾中的成分复杂，而且极不稳定，在预处理的过程中，应重视对各环节的监管与控制，加大进场垃圾的管控力度，保证预处理工艺的顺利开展。

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