山西省高速公路站区厨余垃圾特征分析及处理工艺运行效果研究

秦 敏

（山西省交通环境保护中心站（有限公司），山西太原 030032）

0 引言

高速公路站区生活垃圾来源及成分较为单一，除纸张、塑料及金属器皿等可回收垃圾外，主要为餐厨垃圾[1]。由于距离城镇建成区较远，很难纳入城镇环卫系统集中储运，而二次转运成本较高，且容易对站区造成二次污染。高速公路站区属于相对封闭的区域，为便于管理，在做好生活垃圾分类后，纸张、塑料、金属等可回收垃圾通过市场化途径予以妥善处置，而餐厨垃圾产生量较大，且不易存储、转运，并容易对站区造成二次污染，属于该课题重点研究对象，研究将餐厨垃圾就地处置且资源化利用，对厨余垃圾成分特征进行分析，处理工艺运行效果进行优化，为高速公路站区厨余垃圾资源化循环利用提供数据支撑，对于助力绿色公路站区建设具有现实意义。

1 厨余垃圾成分研究分析方法

厨余垃圾特征分析见表1 所示。

表1 厨余垃圾特征分析方法

1.1 工艺概况

针对国内现有有机垃圾就地处理设备存在能耗高、运行费用高、占地面积大、投料困难、卫生条件差、不能联系运行等问题，该研究通过优化反应器结构、培育自有菌种、有效的系统设计和菌种配置组合等，解决了传统设备存在的问题，将预处理、发酵单元、二次污染控制单元等多单元集成于一体化设备内，节约50%占地面积和投资。具体工艺流程如图1 所示。

图1 厨余垃圾处理工艺流程图

1.2 工艺运行效果分析

采用控制变量法，将活化后的复合菌剂均匀混入餐厨垃圾中，通过研究不同温度（20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃和80 ℃）、初始含水量（30%、40%、50%、60%、70%）、复合菌剂接种量（1%、3%、5%、7%、9%）、初始碳氮比（10∶1、20∶1、30∶1、40∶1、50∶1）、投加菌剂类型（复合微生物菌剂、EM、无菌剂）等因素[2]下有机质的最大降解率，进而确定最优的工艺运行参数组合。

2 高速公路站区厨余垃圾物化成分分析

该研究对山西省某高速管理站区产生厨余垃圾的物化特性进行了取样和监测，结果见表2。从表中可知，该管理站厨余垃圾含水率在76.58%左右，溶液总体上接近中性，主要有机成分为蛋白质、脂肪、总糖，平均含量分别为12.32%、15.32%和4.81%，平均盐分含量为1.45%左右，因此厨余垃圾具有较高的含水率和高盐分的特征。

表2 厨余垃圾主要物化特征

3 工艺运行效果研究

3.1 不同温度下垃圾处理效果

温度是影响好氧菌群微生物生长的重要影响因素之一[3]。在接种量为9%、初始含水量为60%、pH=7、初始C/N 为30∶1 条件下，改变厨余垃圾处理工艺的温度，分别为20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃和80 ℃。采用间隔0.5 h 测定其中有机质的含量，连续测定4 h，并计算有机质的降解率，具体结果如表3 所示。

表3 厨余垃圾有机质降解率随温度和反应时间的变化情况一览表 单位：%

由表3 可以看出，连续处理4 h 内，当反应温度由20 ℃增加到80 ℃时，厨余垃圾中有机质的降解率显著增加，当反应时间达到4 h，且环境温度为80 ℃时，其有机质降解率达到最大值为78.0%。因此，该研究选取80 ℃为最适宜的温度。

3.2 不同湿度下垃圾处理效果

生物降解中水分的主要作用在于不仅可以参与微生物的新陈代谢还能调节降解温度[4]。在温度80 ℃、接种量为9%、pH=7、初始C/N 为30∶1 条件下，设置厨余垃圾的湿度分别为30%、40%、50%、60%、70%。采用间隔0.5 h 测定其中有机质的含量，连续测定4 h，并计算有机质的降解率。具体结果如表4 所示。

表4 不同湿度的厨余垃圾不同时间有机质的降解率 单位：%

由表4 可以看出，厨余垃圾有机质的降解率随着湿度从30%增加到60%时持续增大，在湿度为60%时达到最大值，此时降解率为74.6%。当湿度增大到70%时，有机质的降解率显著降低，可能是因为水分含量较高时，水环境微状态变为厌氧环境，使菌株大量死亡。因此，该研究选取60%湿度作为较优水平。

3.3 不同接种量下垃圾处理效果

控制初始温度80 ℃、初始含水量60%、pH=7，初始C/N 为30∶1，按1%、3%、5%、7%、9%的菌种量加入到处理工艺中。采用间隔0.5 h测定其中有机质的含量，连续测定4 h，并计算有机质的降解率。具体结果如表5所示。

表5 厨余垃圾有机质的降解率随接种量和反应时间的变化情况一览表 单位：%

由表5 可知，随着复合菌剂接种量的增大，厨余垃圾中有机质降解率逐渐增加，当连续反应4 h 且复合菌剂接种量为9%时，此时有机质降解率达到最大为77.9%。因此，9%为复合菌剂最佳接种量。

3.4 不同C/N比下垃圾处理效果

控制初始温度80 ℃、接种量9%、初始含水量60%、pH=7 的条件下，设置初始C/N 为10∶1、20∶1、30∶1、40∶1、50∶1。采用间隔0.5 h 测定其中有机质的含量，连续测定4 h，并计算有机质的降解率。具体结果如表6 所示。

表6 厨余垃圾有机质的降解率随C/N和反应时间的变化情况一览表 单位：%

由表6 可以看出，当初始C/N 从10∶1 变化到40∶1时，厨余垃圾中有机质降解率呈现逐渐升高的趋势，当初始C/N 为40∶1 且反应时间在4 h 左右时，此时有机质的降解率达到最大为77.6%。随着初始C/N 继续增加且大于40∶1 时，有机质的降解率有下降的趋势，故选择30∶1 为初始C/N 的较优水平。

3.5 不同菌种投加下垃圾处理效果

在相同的厨余垃圾好氧降解工艺条件下，通过添加3 种不同类型的微生物（复合菌剂、EM、无菌剂）进行反应4 h的有机质降解情况的对比研究，结果如表7所示。

表7 不同菌种投加下厨余垃圾有机质的降解率 单位：%

研究表明：与添加EM 菌剂、无菌剂相比，在厨余垃圾中添加复合菌剂有机质的降解率最大，因此该复合菌剂具有良好的应用前景。

4 结论

该站区厨余垃圾产量较小，全年平均产量为200 kg/d，其主要有机成分蛋白质、脂肪、总糖的平均值分别为12.32%、15.32%和4.81%；该快速好氧降解堆肥工艺最佳工艺运行参数为温度80 ℃、初始含水量60%、复合菌剂接种量9%、初始碳氮比30∶1，实现高效的厨余垃圾减量化和资源化。