餐厨垃圾厌氧消化处理工艺改进和应用

餐厨垃圾厌氧消化处理工艺的改进和应用

【摘要】近年来，随着人民生活水平的不断提高，餐厨垃圾的产量也日益增加，未经处理的餐厨垃圾不仅滋生蚊虫，而且污染水体和大气。厌氧消化工艺是目前餐厨垃圾处理中常用的一种工艺，但该工艺处理中存在着餐厨垃圾消化条件难控制的问题。本文结合具体餐厨垃圾处理工程，就厌氧消化工艺进行了改进。结果表明，系统稳定运行，处理效果令人满意。

【关键词】餐厨垃圾；厌氧消化；处理；挥发性脂肪酸

随着我国社会、经济的发展，人民生活水平不断提高，城市生活垃圾也在急剧增加。据统计调查，餐厨垃圾占城市生活垃圾总量的30%～40%。餐厨垃圾包括家庭产生的易腐性厨余垃圾和饭店、单位食堂等产生的易腐性餐饮垃圾。餐厨垃圾的成分十分复杂，易腐烂变质，其在运输与处理的过程中不仅滋生蚊虫，而且污染水体和大气。厌氧消化工艺是目前餐厨垃圾处理中常用的一种工艺，但在处理过程中仍存在很多问题，如餐厨垃圾单独消化处理时极易出现酸化现象，处理效率低（负荷低）等，为此，必须对厌氧消化工艺进行改进。

1.材料与方法

1.1 材料

餐厨垃圾来自垃圾填埋场，其各项理化指标如表1所示；。其中污染物指标均满足gb4284—84《农用污泥中污染物控制标准》要求。

1.2 试验方法

将厌氧消化处理进料基质的含水量均调整为（10±2）%。厌氧消化反应器容积50l，搅拌强度、温度（35℃）、ph由智能控制系统控制，试验过程中的各指标分析均由我单位承担。试验中，厌氧系统经驯化培养运行6个月后，采取分阶段逐步提高餐厨垃圾有机负荷和提高市政污泥比例的方法，进行餐厨垃圾联合市政污泥厌氧消化试验。试验分4个阶段（表2）。

第1阶段为单一消化餐厨垃圾，有机负荷为2.34g/（l·d）条件下稳定运行约30d后提高有机负荷至3.50g/（l·d）运行约10d，因有机负荷提高后系统不能正常运行而中止第1阶段试验。为解决该问题采取了添加市政污泥的方案，在系统恢复正常后进行了餐厨垃圾与市政污泥的配比试验。将餐厨垃圾与市政污泥按质量比为2：1混合后进行第2阶段试验，此时有机负荷为3.79g/（l·d），hrt 为25d；运行后期由于氨氮浓度过高重新进行了配比调整，将餐厨垃圾与市政污泥质量比调整为1：1进行第3阶段试验，有机负荷为3.77g/（l·d），hrt为25d；第4阶段餐厨垃圾与市政污泥配比不变（1：1），提高有机负荷至5.29g/（l·d），hrt为20d。

2.结果与分析

2.1 ph与挥发性脂肪酸（vfa）浓度变化

试验过程中每天监测ph，每3～4d监测一次vfa浓度，第1阶段在低有机负荷〔2.34g/（l·d）〕时，餐厨垃圾单独厌氧消化的ph 和vfa浓度均较稳定；当提高餐厨垃圾有机负荷〔3.50g/（l·d）〕时，ph低于系统正常控制范围出现酸化，vfa浓度也急剧升高到近

5000mg/l，说明当有机负荷提高时，酸化现象影响发酵系统不能正常运行。而在添加市政污泥后的第2、第3和第4阶段（40d以后）试验中，ph（6.80～7.60）与vfa浓度（2000～3000mg/l）基本保持在系统正常运行的范围。

为了保证反应器内有足够浓度的厌氧菌，ph通常应维持在7.0～7.5，以满足厌氧菌的最佳生长代谢环境，通常稳定的厌氧反应体系中ph可通过厌氧反应中的产酸反应和产甲烷反应平衡。但当产酸反应速率大于产甲烷化速率，则出现有机酸的积累，ph降低，而低ph抑制了甲烷化反应，加剧了有机酸的积累，形成有机酸浓度增加的恶性循环。

为维持系统稳定的ph，在应急情况下可采用加碱中和等手段。2.2 氨氮浓度及碱度变化

餐厨垃圾市政污泥联合消化系统每3～4d监测一次氨氮浓度及碱度，其变化如图1所示。

由图1可知，随着厌氧消化系统有机质停留时间的缩短（有机负荷提高），在第2阶段（40～60d）明显检测到氨氮浓度有积累升高的趋势，从约1500mg/l升高到约2500mg/l，最终导致系统运行不正常。分析认为是由于氨氮浓度过高对厌氧菌的生物活性有抑制的作用，但抑制浓度的阈值和抑制的程度均没有一定的标准，通常认为氨氮浓度在2000mg/l时就会产生明显的抑制效果。第3和第4

阶段（65～110d）在同样的有机负荷条件下，通过增加市政污泥的添加比例，氨氮浓度能有效地降低至正常的范围。

图1 氨氮浓度和碱度变化

根据研究可知，正常运行的厌氧反应器碱度为小于5000mg/l，而在该试验中，厌氧消化系统的碱度从开始的7729mg/l降到最后的6758mg/l，比正常碱度值要高出30%左右。随着有机负荷的提高，整个过程的碱度略有降低，但均比较稳定。

2.3 厌氧消化沼气变化

餐厨垃圾和市政污泥通过厌氧消化反应，其中的大部分有机碳在微生物的作用下转化成沼气（主要含二氧化碳和甲烷，占99%），沼气中常含有少量硫化氢，是由厌氧消化蛋白质产生的，沼气的产率以及沼气中甲烷浓度直接反应厌氧消化体系进程。沼气产率通过湿式流量计检测，沼气中的甲烷用碱吸收法测定，试验结果如图2所示。由图2可知，餐厨垃圾与市政污泥联合消化沼气产气量随有机负荷的增加而增加，而沼气中的甲烷浓度有所降低。

图2 厌氧系统沼气产率变化

2.4 ts浓度变化

厌氧消化基质进料和出料的固体浓度不但是厌氧反应的重要控

制因素，其变化值也是厌氧消化效率高低的重要衡量指标，该试验4个阶段平均ts浓度变化如表3所示。

由表3可知，餐厨垃圾和市政污泥中的有机质浓度较高〔vs（挥发性固体）/ts达到80%以上〕，单独消化处理餐厨垃圾ts去除率可达71.70%，与市政污泥联合消化去除率约60%。通过联合消化技术，可使有机负荷从单独消化的2.34g/（l·d）提高到5.29g/（l·d）；

沼气产率也可从0.78l/g提高到1.03l/g，提高了32.05%。

3.结束语

总之，采用改进后的厌氧消化工艺来处理餐厨垃圾，不仅解决了餐厨垃圾单独消化出现的酸化现象，同时有效地提高了厌氧消化系统的有机负荷率，缩短了反应停留时间，极大地提高了设备设施的利用效率，为产业化生产处理提供参考。

参考文献：

[1] 潘凤开.餐厨垃圾厌氧消化工艺的研究与应用[j].广东化工，2013年第4期

[2] 邹辉；吴刚.厌氧消化在餐厨垃圾处理中的应用[j].环境科技，2011年s2期