厨余垃圾文献调研报告

一、特性

表不同来源食品废弃物（Food waste简写FW）的特性

如上图统计（来自《Characterization of typical household food wastes from disposers:

Fractionation of constituents and implications for resource recovery at wastewater treatment》 2015年），黄色为TS%较高的食品/厨房废弃物（food/kitchen waste）的特性，可以看出C/N较低（低于20，厌氧发酵适宜的C/N为20-25），因此发酵过程可能存在氨氮的抑制。尤其在高固形物发酵过程中会出现大量氨释放，例如市政有机固废中（OFMSW），其特性C/N较低，容易造成氨积累，一些干发酵工艺需要回流沼渣作为接种物，这会使沼渣中残留的氨氮在长期复混过程中使罐内氨氮浓度升高（参考《Ammonia influence in anaerobic digestion of OFMSW》2009年）。

厨房废弃物的氮主要以有机氮（例如蛋白质）和无机氮（例如氨

氮）两种形式存在在固相和液相中。中国的厨房废弃物蛋白质含量通常较高，范围在11-28%（基于干重）之间，造成氨氮和硫化物等抑制物。这样为了避免发酵失败往往降低有机装载率，因此限制了效率（参考《Enhanced nitrogen distribution and biomethanation of kitchen waste by thermal pre-treatment》2016年）。

如上表所示，厨房废弃物主要成分为糖类物质占干重的60%，惰性成分占13%，还有少量的脂肪和蛋白质（参考《Engineering properties for high kitchen waste content municipal solid waste》2015年）。

二、干湿工艺对比

《废物生物处理》郑平冯孝善主编

1、垃圾固态厌氧发酵：固态厌氧消化中，总固体浓度的影响实质是水分的作用，首先，总固体含量高，物料含水率就低，而且水分大多以吸持状态存在，微生物难以利用。其次，垃圾夹带的一些无机盐可在水中离解，并在每一离子周围聚集一群水分，即离子水化。在物料含水率较低的情况下，这种水化离子中的水分占总水分的比例很高，微生物很难得到生长所需的自由水分。不仅如此，含水率低时，少量溶质即可产生高浓度溶液，一方面造成高渗透压，抑制微生物生长和代谢，另一方面造成毒性物质超过临界浓度，毒害微生物生长和代谢。

通过，经过分选后城市垃圾的固体含量为20%左右，适宜进行固态厌氧消化。例如比利时用于垃圾固态厌氧消化的Dranco工艺，垃圾先行分选，回收有关资源，分选后的物料进行湿度破碎（粒径12-22mm），并控制适宜的TS含量，再取中温或高温厌氧消化。厌氧消化后的物料经脱水干化，用作农肥或饲料添加剂。

2、垃圾液态厌氧消化：瑞典研究了将城市垃圾与城市污水污泥混合进行液态厌氧消化的BIOMET工艺。该工艺的特点是：分离出去无机中颗粒，进料TS浓度为8%，间歇投料（每周2-3次），缓慢搅拌，处理装置为圆柱形卧式常规消化器，发酵温度38℃，物料停留时间为20-30天，消化物料经过脱水，用作土壤改良剂。

在HRT为27d，VS负荷为1.6kg/m3/d的条件下，TS分解率达37%，

VS分解率达48%，甲烷产率为0.29m3/kg-VS。厌氧消化后，垃圾总氮含量降低，氨氮和总磷成倍增加。重金属浓度低于瑞典国家标准。

OFMSW干发酵预处理步骤较湿法简单（只需移除大块物质），但往往设备较为昂贵，因此投资费用较高。干发酵一般不设置机械搅拌装置，大多为塞流式反应器，采取低速喂料意味着引入的废物不能及时与罐内物料充分混合，阻碍接种进而导致局部过载，因此通常需要发酵后的物料与鲜料返混，比如Dranco工艺新料：沼渣可以为1:6。干发酵较湿法更粗犷和灵活，可以处理不同的废物（石头、玻璃、木头、塑料、金属等）。针对连续高固形物系统，原料相对低的含水量使得加热更困难，通常进料前通过蒸汽提升原料温度。但是干发酵原料的泵送是个挑战。

针对市政固体废弃物（MSW）湿法发酵优点为：1、可以分离出有机物中重颗粒；2、均一的混合促进发酵和产气；3、搅拌设备和泵送设备比高浓度泵能耗低；4、加热均匀；5、可降低砂石的磨损（参考《Wet anaerobic digestion of MSW protects energy resources》2005年）；6、可用清水稀释抑制物。缺点：1、有机装载率低；2、有可能形成浮渣层，干扰微生物降解，阻塞管道和泵；3、预处理过程复杂，需要通过预处理移除惰性固体并均质废弃物；4、若市政固废中存在有毒化合物，后者将很容易扩散从而抑制微生物，即对抑制物冲击敏感；5、预处理移除惰性部分时会造成VS的损失；6、需要消耗大量的水和热量；7、可能存在“短流”现象（《Current Anaerobic Digestion Technologies Used for Treatment of Municipal Organic

Solid Waste》2008年）。

表处理OFMSW工程产沼气量

研究OFMSW为底物的浓度单因素试验，中温批式试验，停留时间

为42天（参考《Exploration of One-Factor Rsm to Optimize the Concentration of Organic Fraction of Municipal Solid Waste (OFMSW) for Biogas Production》2017年），产气结论如下：

图不同底物浓度下沼气容积产气量图不同底物浓度下沼气

单位VS产沼气量

由图可以看出，TS为30%时的容积产气量高，TS为5%和30%时沼气产量分别为8.51ml/g-Vs和7.86ml/g-Vs。

三、温度对比

针对OFMSW为原料的厌氧发酵，高温发酵尽管可以提高产气速率、杀灭病原菌，但同时高温会加重氨氮抑制，因此工程管理人员建议温度稍低于最适温度以此来减少氨抑制。而高温厌氧消化可以比中温消化有更短的固体停留时间和更小的反应器容积，且高温条件对于有机废物的降解和病原菌的杀灭更有效。将厌氧消化后稳定化的废物用