第三節(jié)廚余垃圾傳統(tǒng)處理技術(shù)概述

1、實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔第三節(jié)廚余垃圾傳統(tǒng)處理技術(shù)概述一、破碎處理與飼料化處置（一）破碎處理技術(shù)破碎直排處理是歐美國家處理少量分散廚余垃圾廢物的主要方法， 如家庭產(chǎn) 生的少量餐廚廚余垃圾廢物，在廚房安裝一臺破碎機(jī)，將飲食垃圾切碎，用水沖 到市政下水管網(wǎng)中，與城市污水合并進(jìn)入城市污水處理廠進(jìn)行集中處理。破碎法對于少量分散產(chǎn)生的廚余垃圾廢物， 如家庭廚余垃圾處理，具有價(jià)格 便宜，技術(shù)簡單的優(yōu)勢，能降低城市垃圾的含水率，減少收集量，利于提高城市 垃圾的熱值品位。但其不足的方面有：（1）需要采用較多的水進(jìn)行沖洗，增大城 市污水的產(chǎn)生量和處理量；（2）在污水管網(wǎng)中，易沉積、發(fā)臭，增加病菌、蚊蠅 的滋生和疾病的傳播；

2、（3）廢物中有機(jī)組分不能得到資源利用，同時(shí)增加了城市 污水處理廠的處理負(fù)荷；（4）不利于大規(guī)模的廚余垃圾廢物的處理處置。由于我 國的城市污水收集和集中處理還處于發(fā)展階段，我國目前的城市污水收集、處理率水平較低，廚余垃圾廢物的破碎處理在我國的推行應(yīng)用具有現(xiàn)實(shí)的難度。（二）飼料化處置技術(shù)廚余垃圾廢物是食品廢物的一種，營養(yǎng)成分豐富，廚余垃圾廢物的飼料化處 置，能充分利用廚余垃圾中有機(jī)營養(yǎng)成分， 廚余垃圾的飼料化處置主要有以下三 種形式。第一種方式，廚余垃圾廢物直接作為動(dòng)物飼料，由于其不能達(dá)到環(huán)境安全的 要求，國外多數(shù)國家均嚴(yán)格禁止廚余垃圾的這種處置利用方式。第二種方式，廚余垃圾廢物飼料化必須經(jīng)過適當(dāng)

3、的預(yù)處理，消除病毒污染， 然后才能制成動(dòng)物飼料，進(jìn)行資源化利用。具預(yù)處理手段主要針對廚余垃圾廢物 中的細(xì)菌、病毒等污染物的控制，常用的預(yù)處理手段有：高溫干化滅菌、高溫壓 榨等。日本對廚余垃圾廢物采用明火加熱煮沸的方式，進(jìn)行廚余垃圾消毒； M.N.Nijmeh等采用太陽能干化器處理食品廢物制造飼料；國內(nèi)郝東青等亦采用 分選、蒸煮、壓榨、脫油工序進(jìn)行了廚余垃圾處理生產(chǎn)蛋白飼料的技術(shù)研究工作。高溫、壓榨等處理手段對減少廚余垃圾廢物的細(xì)菌、 病毒污染具有明顯的效 果，但仍然存在一定的安全隱患。Timothy R.Kelley 等進(jìn)行廚余垃圾壓榨處理 后的病原性試驗(yàn)結(jié)果表明，該法能顯著減少食品廢物中的大

4、腸菌群等致病菌數(shù)量，但不能完全消除廢物中的病原菌以及其他殘存的微生物。另有從廚余垃圾廢物中檢出易引發(fā)瘋牛病的毒枝霉素的研究報(bào)道， 而毒枝霉素很難通過高溫等常規(guī) 消毒手段消除；止匕外，大量報(bào)道表明，廚余垃圾廢物中存在許多微量的有毒有害 物質(zhì)，如作物的農(nóng)藥殘留、食品添加劑等，其中許多物質(zhì)具有很強(qiáng)的環(huán)境穩(wěn)定性 和生物累積效應(yīng)，因此，利用廚余垃圾廢物直接作為動(dòng)物飼料，并以很短的周期 和途徑再次進(jìn)入食物鏈的循環(huán)，對動(dòng)物和人類的健康安全均帶來不利影響，存在 不可確定的安全隱患。第三種方式，是采用廚余垃圾飼養(yǎng)特定非食物性生物， 然后進(jìn)行轉(zhuǎn)化物質(zhì)的 提取應(yīng)用。耿士鎖等20世紀(jì)80年代即進(jìn)行了廚余垃圾等食品垃圾

5、飼養(yǎng)蚯蚓提取 動(dòng)物蛋白的生產(chǎn)性試驗(yàn)。該方法通過廚余垃圾得到動(dòng)物蛋白， 應(yīng)該說，相比廚余 垃圾直接應(yīng)用為動(dòng)物飼料，進(jìn)入食品循環(huán)，具有較高的環(huán)境安全性，但在蚯蚓飼 養(yǎng)過程中存在環(huán)境影響的控制，蚯蚓蛋白的進(jìn)一步利用途徑及安全性等，尚需進(jìn)一步的研究確認(rèn)。二、好氧生物處理美國、愛爾蘭等將包括廚余垃圾廢物在內(nèi)的有機(jī)廢物統(tǒng)一收集，在有機(jī)廢物處置廠進(jìn)行分類堆肥或其他的資浮利用。 韓國通常采用堆肥以及飼料化的處置方 式，由于飼料化存在潛在的有害影響，堆肥日益成為處置廚余垃圾廢物的主要途 徑，Jae-J ung Lee等以化學(xué)肥料為參照，研究了廚余垃圾廢物堆肥對土壤微生 物、土壤活性以及茵苣生長的影響， 在4到6

6、周的試驗(yàn)中，施用廚余垃圾堆肥的 新鮮茵苣收獲重量達(dá)到控制樣的 34倍，土壤微生物數(shù)量以及活性明顯提高， 并有利于植物氮素的吸收利用。但在技術(shù)上，單一廚余垃圾堆肥存在著較大的技術(shù)難點(diǎn)，含水率高、有機(jī)質(zhì) 含量高，導(dǎo)致堆肥升溫慢、容積效率較低，而且易腐、顆粒機(jī)械穩(wěn)定性差的特性， 需要特殊的填充物提高空隙率、大量的填充劑調(diào)理含水率，此外廚余垃圾中含有 的大量油脂和鹽分會進(jìn)一步影響微生物對有機(jī)物的分解速率。Sung-Hwan Kwon等研究指出，由于受廚余垃圾物料特性的影響，廚余垃圾堆肥的有機(jī)物轉(zhuǎn)化率低 于城市生活垃圾（MSW）轉(zhuǎn)化率。Yao-Wu He等研究了廚余垃圾等食品廢物好氧 堆肥過程中CH以及

7、N2O等溫室氣體的排放，結(jié)果表明，初期產(chǎn)生 N2O的排放高 峰，兩天后逐步回復(fù)到大氣環(huán)境的本底值， 而在牛糞調(diào)理的情況下，在堆肥的全 過程均產(chǎn)生N2O的排放，并形成兩次排放高峰，同時(shí)，排放尾氣中檢出 CH,這 說明，即使在強(qiáng)制通風(fēng)的情況下，廚余垃圾顆粒內(nèi)部存在缺氧和厭氧環(huán)境， 厭氧 菌的加入，使得甲烷氣的產(chǎn)生。由于廚余垃圾廢物堆肥處理的技術(shù)復(fù)雜性， 有研究者嘗試進(jìn)行了廚余垃圾廢 物強(qiáng)制導(dǎo)熱通風(fēng)的高溫氧化處理研究。 呂凡、何品晶等進(jìn)行了餐廚垃圾高溫好氧 生物消化工藝研究.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，控制反應(yīng)在高溫條件下（5565C）可以達(dá)到 最大減量率，減容率達(dá)到40%X±O高溫妤氧工藝處理廚余垃圾

8、，有機(jī)物轉(zhuǎn)化率 高，反應(yīng)殘余可作為有機(jī)肥料。但反應(yīng)過程要保持較高的溫度，消耗大量的能量， 同時(shí)由于物料中有機(jī)物含量極高，需氧量大，充足、高效的供氧設(shè)備及其充氧效 率是反應(yīng)成功的關(guān)鍵，大量的排放尾氣中含有較多的揮發(fā)性有機(jī)物?？傮w上，高溫好氧工藝運(yùn)行成本較高，對環(huán)境產(chǎn)生較大的影響，不利于大規(guī)模的廚余垃圾廢 物的處理。三、厭氧發(fā)酵處理由于廚余垃圾飼料化、好氧處理的技術(shù)缺陷，很多學(xué)者將廚余垃圾處理的方 向轉(zhuǎn)向厭氧生物技術(shù)。厭氧微生物能強(qiáng)化廚余垃圾中油類的分解，耐鹽毒性較強(qiáng)； 此外，不需供氧，節(jié)省能耗，因此，從技術(shù)分析上，廚余垃圾廢物的厭氧發(fā)酵處 理具有節(jié)能、高效、資源回收的優(yōu)勢，但亦存在發(fā)酵周期長、初

9、期投資大的不足。目前，有機(jī)廢物的厭氧發(fā)酵處埋技術(shù)，可分為兩大類：其一，是進(jìn)行低固體 的漿料或液態(tài)發(fā)酵，技術(shù)相對成熟；其二，進(jìn)行廚余垃圾廢物原生態(tài)或適當(dāng)調(diào)理 的高固體或半固體厭氧發(fā)酵技術(shù)。 高固體技術(shù)在系統(tǒng)投資、設(shè)備效率、發(fā)酵物料 的綜合利用等方面具有明顯的優(yōu)勢， 在發(fā)酵理論上亦較成熟，但隨著固體濃度的 提高，物料中毒性物質(zhì)以及流態(tài)、傳質(zhì)等因素的影響加強(qiáng)，在具體技術(shù)應(yīng)用上尚 存在較多的不確定性和難度；發(fā)酵工藝以及參數(shù)的確定、反應(yīng)器的構(gòu)建以及過程 的控制等方面是其研究的重點(diǎn)。廚余垃圾廢物含水率在80%E右，物料組成復(fù)雜，酸化速率極快，高有機(jī)物 含量以及鹽分影響，易對厭氧微生物，尤其是甲烷相微生物的

10、活性產(chǎn)生抑制， 因 而，采用大量加水稀釋的方式進(jìn)行，可以減少物料對微生物的抑制影響， 提高反 應(yīng)進(jìn)程，能實(shí)現(xiàn)厭氧物料的流態(tài)化；在工藝的組合（溫度、負(fù)荷等）、生物相的分離（單相、兩相）、高效反應(yīng)器（如UASB ASB曲）的構(gòu)建應(yīng)用等方面具有明 顯的優(yōu)勢。但大量稀釋水的增加，造成反應(yīng)器體積龐大，投資和運(yùn)行費(fèi)用大幅提 高，同時(shí)，大量發(fā)酵后的液體含有較高的 COD?環(huán)境污染物，需進(jìn)一步處理才能 達(dá)標(biāo)排放。保持廚余垃圾原有基質(zhì)狀態(tài)或適當(dāng)調(diào)理，進(jìn)行厭氧發(fā)酵處置，相比以上方法， 具有陰顯的優(yōu)勢，符合廚余垃圾處理產(chǎn)業(yè)化的要求，但目前國內(nèi)進(jìn)行廚余垃圾廢 物高固體或較高固體發(fā)酵處理的試驗(yàn)研究很少， 國外的少量研究

11、成果可以用以借 鑒。Jae Kyoung等進(jìn)行了廚余垃圾廢物的甲烷化潛力（BMP）W究，結(jié)果表明，廚 余垃圾廢物具有較大的厭氧甲烷化潛力，肉食、纖維素、米飯、卷心菜和混合廢 物的甲烷化潛力分別為（每克 VS）482 mL/g、356 mL/g、294 mL/g、277 mL/g、 472 mL/g,厭氧可生物降解性分別為 0.82、0.92、0.72、0.73、0.86 ,但長期 穩(wěn)定試驗(yàn)效果不佳，產(chǎn)氣率遠(yuǎn)達(dá)不到 BMP研究結(jié)果；M.Mure Wang Yusheng等 進(jìn)行了廚余垃圾廢物與市政污泥等的聯(lián)合發(fā)酵試驗(yàn)表明，在一定的比例下，廚余垃圾發(fā)酵可以順利進(jìn)行。在廚余垃圾高固體發(fā)酵過程中，物料

12、的酸化過程是影響發(fā)酵啟動(dòng)和穩(wěn)定性的 主要原因。Kang等研究得出結(jié)論，廚余垃圾廢物在發(fā)酵的初期迅速產(chǎn)生大量的 揮發(fā)酸（VFAs） .引起系統(tǒng)pH值的急劇下降，抑制甲烷化的進(jìn)行，進(jìn)一步的研究 表明，即使保持系統(tǒng)pH值在中心范圍，在接種率 30%勺條件下，廚余垃圾厭氧 發(fā)酵亦未能達(dá)到甲烷化過程；對應(yīng)的廚余垃圾酸化液厭氧毒性試驗(yàn)（ATA）表明，廚余垃圾酸化液是抑制廚余垃圾廢物甲烷化進(jìn)程的主要原因，當(dāng)對系統(tǒng)的發(fā)酵液進(jìn)行稀釋時(shí)，在很短的時(shí)間內(nèi)（1天）微弱恢復(fù)產(chǎn)氣，繼而系統(tǒng)徹底崩潰。而不 同的研究結(jié)論亦存在，Ghanem等通過研究認(rèn)為，揮發(fā)酸的累積會導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)氣的 停滯，但當(dāng)減少揮發(fā)酸的濃度時(shí)，系統(tǒng)產(chǎn)氣能

13、力能得到恢復(fù)，甲烷化可以繼續(xù)進(jìn) 行。止匕外，Q.wang等研究表明，餐廚廢物中存在的乳酸發(fā)酵能抑制其他細(xì)菌生 長，進(jìn)而影響到廢物發(fā)酵的啟動(dòng)與進(jìn)程，發(fā)酵菌種的馴化、系統(tǒng)快速啟動(dòng)是廚余 垃圾廢物發(fā)酵的技術(shù)難點(diǎn)。總的說來，廚余垃圾廢物高固體或半固體厭氧發(fā)酵處 理，有利于廚余垃圾廢物的全面資源化，但在工藝技術(shù)上相對還不完全成熟， 有待于進(jìn)一步的系統(tǒng)研究。四、填埋填埋由于操作簡便，是目前應(yīng)用比較普遍的處理方法。 廚余垃圾很適合于填 埋場氣體利用技術(shù)，因?yàn)閺N余垃圾的產(chǎn)氣速度很快，穩(wěn)定時(shí)間比較短，有利于垃 圾填埋場的恢復(fù)使用；廚余的有機(jī)物中可生物降解組分比例較高， 單位質(zhì)量的干 垃圾的理論產(chǎn)氣量也高于紙張。

14、但由于廚余垃圾過高的含水率導(dǎo)致滲濾液的增 多，符合填埋條件的土地面積的減少， 造成處理成本升高。而且厭氧分解的廚余 垃圾是填埋場中沼氣和滲濾液的主要來源， 會造成二次污染。這種處理方式將損 失廚余垃圾中幾乎所有的營養(yǎng)價(jià)值，最終廚余垃圾中的絕大部分碳將轉(zhuǎn)化為沼 氣。在一個(gè)精心設(shè)計(jì)的填埋場里，約有 66%勺沼氣可以作為燃料重新利用，但剩 余的34%等進(jìn)人大氣層。而沼氣對全球變暖的影響約為二氧化碳的25倍。五、廚余垃圾處理機(jī)廚余垃圾處理機(jī)主要分三種類型：第一種就是將廚余垃圾破碎后，直接排 A 下水道，并沒有深層次的處理；第二種以減量化為主，也稱消化型，采用加熱器 使水分蒸發(fā)，減小垃圾體積；第三種以資

15、源化為主，也可稱作生化式，是先利用 細(xì)菌將有機(jī)物分解之后，再將剩下的殘?jiān)鳛榉柿鲜褂?。廚余垃圾處理機(jī)的優(yōu)勢 在于沒有二次污染，占地小，運(yùn)行成本低，操作方便，既可用于居民廚房，也可 用于廚余垃圾產(chǎn)生量比較大的單位部門。日本在廚余垃圾處理機(jī)的生產(chǎn)、銷售和推廣方面已經(jīng)形成了比較完善的市場 體系。政府出臺了 一些優(yōu)惠政策并運(yùn)用財(cái)政幫助其在居民或廚余垃圾產(chǎn)生單位的 推廣。文案大全第四節(jié)廚余垃圾的堆肥化處理一、堆肥化定義依靠自然界廣泛分布的細(xì)菌、放線菌、真菌等微生物，人為地促進(jìn)可生物降 解的有機(jī)物向穩(wěn)定的腐殖質(zhì)生化轉(zhuǎn)化的微生物過程叫做堆肥化。 堆肥化的產(chǎn)物稱 作堆肥。二、堆肥作用和用途堆肥還田，能夠增加土

16、壤中穩(wěn)定的腐殖質(zhì)，形成土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，改善土壤 物理的、化學(xué)的、生物的性質(zhì)，使土壤環(huán)境保持適于農(nóng)作物生長的良好狀態(tài)。腐 殖質(zhì)又有增進(jìn)化肥肥效的作用?？傊褂枚逊手饕哂幸韵聝煞N作用。(1) 堆肥的改土作用。堆肥對土壤的作月不同于化肥，它是優(yōu)良的土壤改良 劑。堆肥施入土壤可以明顯地降低土壤容重，增加土壤的空隙率，使固相下降， 液相和氣相增加；提高了土壤的保水能力、通氣性和滲水性。腐殖質(zhì)的增加提高 了土壤的陽離子交換能力，有利于保持肥效；腐殖化的有機(jī)物具有調(diào)節(jié)植物生長 的作用，也有助于根系發(fā)育和伸長，即有助于植物擴(kuò)大根部范圍；最后，堆肥使 用增加了土壤中的微生物數(shù)量。微生物分泌的各種有效成分直接

17、或間接地被植物 根吸收而起到有益作用，故堆肥是晝夜有效的肥料。(2) 堆肥的增產(chǎn)作用。國內(nèi)外的許多試驗(yàn)表明，堆肥具有明顯的增產(chǎn)作用。 有試驗(yàn)表明，連續(xù)使用堆肥23年后土壤空隙度增加2.1%4%田間持水量增 加1.4%3.5%,有機(jī)質(zhì)增加0.05%0.17%,增產(chǎn)幅度最高達(dá)15%但一個(gè)應(yīng)該 予以重視的問題是，不同的堆肥原料、堆肥品質(zhì)對農(nóng)作物的影響是不一樣的，堆肥使用于不同的場地，其使用方法和使用量都有區(qū)別。三、堆肥的原料要求堆肥原料特性(CJ/T3059-1996):(1)密度。適用于堆肥的垃圾密度一般為 350650 kg/m3;(2)組成中(濕重)有機(jī)物含量不少于 20%(3)含水率。適合堆

18、肥的垃圾含水率為 4006 60%(4)碳氮比(C/N)。適合堆肥的垃圾碳氮比為(20: 1)(30: 1)。四、堆肥的產(chǎn)品質(zhì)量和衛(wèi)生要求堆肥產(chǎn)品質(zhì)量(以干基計(jì))：(1)粒度。農(nóng)用堆肥產(chǎn)品粒度不大于 12 mm山林果園用堆肥產(chǎn)品粒度不大 于 50 mm;(2)含水率不大于35%(3) pH 值為 6.58.5 ;(4)全氮(以N計(jì))不小于0.5%;(5)全磷(以B05計(jì))不小于0.3%;(6)全鉀(以K20計(jì))不小于1.0%;(7)有機(jī)質(zhì)(以C計(jì))不小于10%(8)重金屬含量?？傛k(以Cd計(jì))不大于3mg/kg;總汞(以Hg計(jì))不大于 5mg/kg;總鉛(以Pb計(jì))不大于100 mg/kg;總

19、銘(以Cr計(jì))不大于300 mg/kg; 總神(以As計(jì))不大于30 mg/kg o堆肥無害化衛(wèi)生要求：(1)堆肥溫度(靜態(tài)堆肥工藝)大于 55 C :持續(xù)5d以上；(2)蛔蟲死亡率為95%- 100%(3)糞中大腸菌值為10-110-2。五、堆肥原理和堆肥化過程好氧堆肥是在有氧的條件下，借好氧微生物(主要是好氧菌)的作用完成的。 在堆肥過程中，廚余垃圾中的溶解性有機(jī)物質(zhì)透過微生物的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜而為 微生物所吸收，固體的和膠體的有機(jī)物先附著在微生物體外，由生物所分泌的胞外酶分解為溶解性物質(zhì)，再滲入細(xì)胞一微生物通過自身的生命活動(dòng)一一氧化、還原、合成等過程，把一部分被吸收的有機(jī)物氧化成簡單的無機(jī)

20、物，并放出生物生 長活動(dòng)所需要的能量，把另一部分有機(jī)物轉(zhuǎn)化為生物體所必需的營養(yǎng)物質(zhì)，合成新的細(xì)胞物質(zhì)，于是微生物逐漸生長繁殖，產(chǎn)生更多的生物體，圖 11 - l可以 簡單地說明這個(gè)過程。廠廠合成 細(xì)胞物質(zhì)+腐箝物質(zhì) 廚余垃圾中有機(jī)物+0升微生物- 一氧化 HQ、如九P0二、：SO-一能量排入環(huán)境 釋放能量轉(zhuǎn)移為熱圖l1 一 l有機(jī)物的好氧堆肥分解一般情況下，可以利用堆肥溫度變化來作為堆肥過程的評價(jià)指標(biāo)。 一個(gè)完整 的堆肥過程由四個(gè)堆肥階段（升溫階段、高溫階段、降溫階段、腐熟階段）組成。 在堆肥初期，堆層基本呈中溫，嗜溫性微生物較為活躍，并利用堆肥中可溶性有 機(jī)物旺盛繁殖，它們在轉(zhuǎn)換和利用化學(xué)能

21、的過程中， 一部分變成熱能，堆溫不斷 上升。適合于中溫的微生物種類極多，主要有細(xì)菌、真菌和放線菌。細(xì)菌特別適 應(yīng)水溶性有機(jī)物，真菌和放線菌對于纖維素和半纖維素分解具有特殊功能；當(dāng)溫度升高到45c后，進(jìn)入高溫階段，此時(shí)主要由嗜熱性微生物起作用，復(fù)雜的有 機(jī)物開始強(qiáng)烈分解；溫度進(jìn)一步升高到 70c以上時(shí)，微生物大量死亡或進(jìn)入休 眠期，與此同時(shí)，堆肥中有機(jī)質(zhì)大量消耗，堆肥物質(zhì)逐步進(jìn)入穩(wěn)定化狀態(tài)，高溫 階段，有機(jī)物質(zhì)的分解較快，且高溫對殺滅病原菌、寄生蟲、蟲卵、抱子等有利。 在堆肥后期，溫度逐漸下降，堆肥進(jìn)入腐熟階段，腐殖質(zhì)不斷增多且穩(wěn)定化?？?之，在堆肥的每個(gè)階段擁有不同的細(xì)菌、放線菌、真菌和原生動(dòng)

22、物。微生物利用 廢物和階段產(chǎn)物作為食料和能量的來源，這種過程一直進(jìn)行到穩(wěn)定的腐殖物質(zhì)形 成為止。六、廚余垃圾堆肥的要素廚余垃圾有機(jī)物含量高，營養(yǎng)無素全面，C/N較低，是微生物的良好營養(yǎng)物 質(zhì)，非常適于作堆肥原料。廚余垃圾中含有大量的微生物菌種， 易于堆肥過程的 正常進(jìn)行。另外，廚余垃圾中惰性廢物（如廢塑料等）含量較少，利于堆肥產(chǎn)品 的農(nóng)用。但堆肥過程應(yīng)針對廚余垃圾含水率高，脫水難，含鹽高、pH值低的特性進(jìn)行調(diào)整，以利于堆肥過程的快速、正常進(jìn)行。（一）微生物的接種廚余垃圾中，有機(jī)物含量與城市垃圾相比很高，為了保證廚余垃圾堆肥的正 常、快速進(jìn)行，應(yīng)加入適量的微生物，提高堆肥速率；通?？稍诙逊试现?/p>

23、接種 下水污泥，也可配以一定量專性工程菌或熟堆肥。（二）水分的調(diào)節(jié)廚余垃圾的含水率較高，在90流右。一般認(rèn)為，按質(zhì)量計(jì)，50除60%勺含 水率最有利于微生物分解，水分超過 70%溫度難以上升，分解速度明顯降低。 因?yàn)樗诌^多，堆肥物質(zhì)粒子之間充滿水，有礙于通風(fēng)，從而造成厭氧狀態(tài)，并 產(chǎn)生惡臭氣體。廚余垃圾在堆肥前必須進(jìn)行水分調(diào)節(jié)，降低含水率到60%£右，一般采用離心機(jī)進(jìn)行脫水。（三）溫度對堆肥而言，溫度是堆肥得以順利進(jìn)行的重要因素， 溫度的作用主要是影響 微生物的生長。高溫菌對有機(jī)物的降解效率高于中溫菌。在高溫條件下堆肥，有利于縮短堆肥周期，同時(shí)高溫還起到系菌的作用，但過高的堆溫（大

24、于 70C） 將對微生物產(chǎn)生有害的影響。當(dāng)利用堆肥過程自然升溫時(shí)，應(yīng)考慮到廚余垃圾易 結(jié)團(tuán)的特性，原料要加入一定量的填充料（木屑、秸稈等），利于氧的傳輸和傳 質(zhì)作用。（四）碳氮比、碳磷比廚余垃圾的有機(jī)物含量較高，控制好碳氮比、碳磷比對堆肥很重要。一般認(rèn) 為，碳素高，氧素養(yǎng)料相對缺乏，細(xì)菌和其他微生物的發(fā)展受到限制，有機(jī)物的 分解速度就慢，發(fā)酵過程就長，為了保證成品堆肥中一定的碳氮比和在堆肥過程 中有理想的分解速度，必須調(diào)整好原料中的碳氮比（25:1左右）和碳磷比（75 150）:1 左右）。（五）通風(fēng)供氧控制廚余垃圾的有機(jī)物含量較高，對堆肥過程中的通風(fēng)供氧有較高要求， 供氧不 足會產(chǎn)生厭氧和發(fā)

25、臭。通風(fēng)量過高，又會影響發(fā)酵的堆溫，降低發(fā)酵速度。實(shí)際 生產(chǎn)中，可通過測定排氣中氧的含量，確定發(fā)酵器內(nèi)氧的濃度和氧的吸收率， 排 氣中氧的適宜體積濃度值是14%- 17%如果降到10%好氧發(fā)酵將會停止。如果 以排氣中嗡的濃度為氧吸收率參數(shù)， CO的體積濃度要求為3%- 6%（六）pH值pH值對微生物的生長也是重要因素之一， 一般微生物最適宜的pH值是中性 或弱堿性，pH值太高或太低都會使堆肥處理遇到困難。廚余垃圾的 pH值偏低， 一般可加入一定量的石灰進(jìn)行調(diào)節(jié)，適量的石灰投加能刺激微生物的生長。七、廚余垃圾堆肥工藝?yán)糜袡C(jī)物進(jìn)行堆肥已有幾千年的歷史， 近幾十年來，堆肥原理和堆肥工藝 有了很大的

26、發(fā)展，高速機(jī)械化堆肥得到了廣泛的應(yīng)用。國內(nèi)科研人員也對堆肥進(jìn) 行了大量的研究。在我國國家科委社會發(fā)展司、建設(shè)部科技發(fā)展司的組織推動(dòng)下， 經(jīng)過專家評估，通過確定了一系列城市垃圾處理技術(shù)推廣項(xiàng)目。其中，屬于機(jī)械 化堆肥處理技術(shù)的有五項(xiàng)，簡易或半機(jī)械化高溫堆肥處理技術(shù)項(xiàng)目有六項(xiàng)?，F(xiàn)代化堆肥生產(chǎn)，通常由前（預(yù)）處理、主發(fā)酵（亦可稱一次發(fā)酵、一結(jié)發(fā) 酵或初結(jié)發(fā)酵）、后發(fā)酵（亦稱二次發(fā)酵、二結(jié)發(fā)酵或次結(jié)發(fā)酵）、后處理、脫臭 及貯存等工序組成。廢物堆肥化按設(shè)備流程包括下述系統(tǒng)： 進(jìn)料烘料設(shè)備、預(yù)處 理設(shè)備、一次發(fā)酵設(shè)備、二次發(fā)酵設(shè)備、后處理設(shè)備及產(chǎn)品細(xì)加工設(shè)備等。目前，隨著對廚余垃圾環(huán)境危害的認(rèn)識，法律法規(guī)

27、的進(jìn)一步嚴(yán)格，科研人員 在原有堆肥研究的基礎(chǔ)上，利用好氧堆肥進(jìn)行廚余垃圾處理的研究日益增多， 積 累了一定的經(jīng)驗(yàn)，其中提高堆肥品質(zhì)和堆肥速率是研究的主要方向， 并開發(fā)出一 系列的廚余垃圾好氧堆肥處理設(shè)備。 通過外加熱源，提高溫度，利用嗜熱菌作用 快速分解廚余垃圾中有機(jī)物極高溫好氧堆肥工藝， 已經(jīng)開發(fā)成功并投入應(yīng)用。下 面簡單介紹兩種廚余垃圾堆肥處理和極高溫堆肥處理的工藝及流程。（一）廚余垃圾高溫機(jī)械堆肥工藝廚余垃圾高溫機(jī)械堆肥工藝包括廚余垃圾的前處理、一次發(fā)酵、二次發(fā)酵和 后處理等工序。1 .廚余垃圾的前處理廚余垃圾的含水率高，堆肥前需要調(diào)節(jié)水分到堆肥要求的最佳水分50%-60%然后進(jìn)行破碎、

28、配料。配料時(shí)加入一定量的填充料，保證堆肥時(shí)顆粒分離 以及一定的空隙率、營養(yǎng)比，并進(jìn)行微生物接種。前處理系統(tǒng)可簡單表示為：廚余垃圾一自然滲瀝一離心脫水一破碎一配料另外，有研究表明，廚余垃圾經(jīng)過厭氧預(yù)處理 （l-2d）后，再進(jìn)行好氧堆肥， 可明顯縮短堆肥周期，提高堆肥效率。2 . 一次發(fā)酵和二次發(fā)酵廚余垃圾堆腮的一次發(fā)酵和二次發(fā)酵，與其他原料堆肥工藝類似。在廚余垃 圾堆肥過程中，由于廚余垃圾的有機(jī)物含量很高， 對氧的需求大，在運(yùn)行參數(shù)上 有一定區(qū)別。3 .后處理廚余垃圾中雜物少，后處理主要有造粒、貯存等系統(tǒng)，旨在提高堆肥品質(zhì)及 利用價(jià)值。廚余垃圾進(jìn)入場區(qū)后首先稱重計(jì)量，取樣測定水分后進(jìn)行脫水、配料

29、處理，調(diào)節(jié)含水率到50%-60%水分調(diào)節(jié)后通過破碎機(jī)對廚余垃圾中粗大物料進(jìn)行破碎處理，再由裝載機(jī)送入地面帶有通風(fēng)裝置的一次發(fā)酵池內(nèi)，強(qiáng)制通風(fēng)1215d后進(jìn)行二次發(fā)酵。二次發(fā)酵產(chǎn)物可作為成品肥直接銷售， 為了提高堆肥產(chǎn)品的品 質(zhì)，可對堆肥產(chǎn)品進(jìn)行精加工，制成精品堆肥銷售，可獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。堆 肥工藝流程見圖11-2 。物料運(yùn)入廠區(qū)I原料的前處理（水分調(diào)節(jié)、破碎等）取樣I計(jì)量I滲液處理 次,酵場一一強(qiáng)制通風(fēng)出場表運(yùn)二次%酵場一一添加活性微生物堆卑成品銷售J儲存圖11-2廚余垃圾堆肥的工藝流程（二）EATADT藝由加拿大科學(xué)家（舊R）開發(fā)的高溫好氧無污染生物處理法（EATAD）,對包 括廚余垃圾

30、在內(nèi)的有機(jī)垃圾具有較好的處理效果。 該工藝的生化部分，采用高度 嗜熱微生物進(jìn)行發(fā)酵，由于發(fā)酵溫度高，有利于加快發(fā)酵過程。不同的微生物耐熱性不同，通常嗜熱菌所具有的耐熱性是因?yàn)檫@些微生物的 酶耐熱性強(qiáng)，核酸也具有保證熱穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)， tRNA在特定的堿基對區(qū)域內(nèi)含 有較多的G=CM,可以提供較多的氫鍵，增加熱穩(wěn)定性；另外，嗜熱微生物的細(xì) 胞膜結(jié)構(gòu)也與普通微生物不同，這類菌通常含有更多的飽和脂肪酸和直鏈脂肪 酸，從而使得在高溫下細(xì)胞膜還具有較好的流動(dòng)性和完整性。從細(xì)胞膜的流動(dòng)鑲嵌模型來說，膜的流動(dòng)性對于保持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境與外環(huán)境的物質(zhì)交換是很重要的。該技術(shù)發(fā)酵所采用的菌種是混合菌團(tuán)，能在85c的高溫下

31、很好地生長。發(fā)酵周期為72 ho實(shí)行二次發(fā)酵。一次發(fā)酵，保持漿料含水為 92%固形物為8% 將漿料輸送到一次發(fā)酵罐，升溫到 55c接種發(fā)酵，由于在55c條件下，該嗜熱 菌的酶被迅速激活，從而快速利用有機(jī)質(zhì)進(jìn)行新陳代謝。 一次發(fā)酵后的漿料再迅 速送人二次發(fā)酵罐，由于新陳代謝的進(jìn)一步加強(qiáng)，代謝產(chǎn)生的熱使溫度繼續(xù)上升， 直到85c時(shí)，有機(jī)質(zhì)基本被降解。隨后，溫度有所下降。發(fā)酵完成后，其中 5% 的發(fā)酵液被用做下次發(fā)酵的種子，其他部分制成固態(tài)和液態(tài)有機(jī)肥料。EATA阪術(shù)工藝包括：分揀、粉碎、溶漿、分離、一次發(fā)酵、二次發(fā)酵、干 燥/沉淀和壓制/蒸發(fā)等環(huán)節(jié)。在發(fā)酵過程中，采用閉環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)行在線檢測， 嚴(yán)

32、格控制各工藝參數(shù)，使發(fā)酵液中的有機(jī)垃圾成分最大限度地轉(zhuǎn)化為目標(biāo)產(chǎn)物一 一有機(jī)肥料。應(yīng)用EATADD：藝處理廚余垃圾的工藝流程如圖 11-3所示。根據(jù)資 料介紹，該技術(shù)的核心是供氧方式和速率。 由于含水率非常高，可以比較方便地 把氧氣均勻地向漿狀液體擴(kuò)散，使有機(jī)廢物與氧氣充分接觸；但另一方面，漿狀 體中的含固率也在2妹8%黏度較大，氧氣的噴射裝置和噴射量也非常重要。 若能夠使氧氣或空氣以溶氣的方式進(jìn)入漿狀體中，可明顯提高氧氣的利用率。垃圾放置一特殊設(shè)計(jì)分離器一首段消化系統(tǒng)大型雜物二段消化系統(tǒng)一|殘余處理系統(tǒng)一裝瓶及貯存 造粒機(jī)一裝瓶-蒸發(fā)機(jī)一干燥機(jī)、 小型雜物 沉淀槽一二過濾流-圖11-3 EA

33、TAD技術(shù)工藝流程第五節(jié)廚余垃圾的厭氧發(fā)酵處埋一、厭氧發(fā)酵技術(shù)簡述有機(jī)物的厭氧發(fā)酵過程就是有機(jī)物質(zhì)在特定的厭氧環(huán)境下，微生物將有機(jī)質(zhì) 進(jìn)行分解，其中一部分碳素物質(zhì)轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳。在這個(gè)轉(zhuǎn)化作用中，被分解的有機(jī)碳化物中的能量大部分貯存在甲烷中， 僅一小部分有機(jī)碳化物氧化為 二氧化碳，釋放的能量滿足微生物生命活動(dòng)的需要。因此在這一分解過程中，僅 積貯少量的微生物細(xì)胞。一般認(rèn)為，厭氧發(fā)酵包括四個(gè)階段，即四階段理論（水 解、酸化、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸、產(chǎn)甲烷階段），每個(gè)階段有獨(dú)特的微生物菌群。在不同 的生態(tài)條件下，不一定都包括四個(gè)階段，如在食草動(dòng)物的瘤胃和人的盲腸和腸道 中，一般僅包括第一階段和第三階段；

34、而在溫泉中，僅包括第三階段和第四階段。 這與不同生態(tài)環(huán)境的條件有關(guān)。厭氧生物技術(shù)，雖然在經(jīng)濟(jì)和節(jié)能方面具有明顯的優(yōu)勢，厭氧處理中 1000 kgCOD?；傻募淄橄喈?dāng)于12X106 kJ熱能，并省卻了好氧充氧的費(fèi)用。但長期 以來，厭氧消化被認(rèn)為是一種較慢的生物處理過程， 而且僅僅適用于很有限的一 些有機(jī)物。近年來的研究表明，厭氧微生物的生物轉(zhuǎn)化能力是可以與好氧微生物 的生物轉(zhuǎn)化能力相比擬的，問題不在于厭氧微生物的活性而在于厭氧微生物的世 代時(shí)間。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、能源短缺的現(xiàn)實(shí)為大家普遍接受的同時(shí)， 厭氧生物技 術(shù)越來越引起人們的興趣。Totzke報(bào)道僅19891994年全世界非塘類厭氧裝置 的

35、數(shù)量從近300個(gè)增到800以上。厭氧處理的主要優(yōu)缺點(diǎn)可見表 11-1。表11-1厭氧處理的優(yōu)缺點(diǎn)比較優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)工藝穩(wěn)定反應(yīng)器內(nèi)生物量啟動(dòng)時(shí)間長減少補(bǔ)充氮、磷的費(fèi)用對堿度要求高，有時(shí)需補(bǔ)充一定量堿度貯存能量并具有生態(tài)和經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)點(diǎn)低溫下動(dòng)力學(xué)速率低，處理低濃度有機(jī)質(zhì)不能實(shí)現(xiàn)能量平衡無尾氣污染可以降解好氧過程中不可生物降解物質(zhì)水處理中減少剩余污泥處理費(fèi)用甲烷菌對環(huán)境條件較敏感廚余垃圾具有自身特性，含水率高，脫水性能差，有機(jī)物含量高等。采用厭 氧處理與好氧生物處理相比，有獨(dú)到的優(yōu)勢。(1) 廚余垃圾有機(jī)物含量高，經(jīng)過厭氧生物處理能回收大量氫氣及甲烷氣， 實(shí)現(xiàn)能源回收，具有較大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。(2) 好氧堆

36、肥處理廚余垃圾，產(chǎn)生臭氣和大量二氧化碳?xì)怏w，不經(jīng)有效處理 能在一定程度上造成大氣污染，二氧化碳?xì)怏w是一種溫室氣體。厭氧處理尾氣污 染較少，具有生態(tài)優(yōu)點(diǎn)。(3) 廚余垃圾含水率高，脫水性能差。采用好氧處理一般必須調(diào)節(jié)水分到堆 肥所要求的50%-60%消耗大量的能量，不進(jìn)行水分調(diào)節(jié)，為了提高堆肥溫度， 則又要消耗更大的外源能量輸入。厭氧處理時(shí)，對水分的要求無好氮條件嚴(yán)格， 反應(yīng)溫度的保持可通過回收能量的全部或部分維持，能實(shí)現(xiàn)能量的平衡。(4) 厭氧微生物對氮、磷等營養(yǎng)元素的要求比好氧微生物低，減少附加費(fèi)用。 (5)發(fā)酵沼渣、沼液可作為良好的有機(jī)肥，經(jīng)過適當(dāng)處理后可成為動(dòng)物飼料。沼氣發(fā)酵殘余物是一種

37、高效有機(jī)肥和動(dòng)物飼料。沼渣一般含有機(jī)質(zhì)36.0%49.0%,腐殖酸10.1%44.6%,粗蛋白5%4% 全氮0.8%1.5%,全磷0.44% 0.6%,全鉀0.6%1.2%。用等量沼液與敞口池糞水進(jìn)行肥效對比，糧食增產(chǎn) 6.5%15.2%,棉花增產(chǎn)17.5%,油菜增產(chǎn)0.6%.且對病蟲害有防治作用。有關(guān) 試驗(yàn)表明，施加沼液喂豬可使育肥期縮短一個(gè)月，節(jié)省飼料80 kg;用沼渣養(yǎng)魚較投放豬糞增產(chǎn)25.6%。二、廚余垃圾厭氧生物處理中存在的難點(diǎn)利用厭氧技術(shù)處理廚余垃圾，由于厭氧微生物的生物學(xué)特性，也存在一些難 點(diǎn)和缺陷。厭氧微生物的啟動(dòng)時(shí)間慢，批量發(fā)酵時(shí)，發(fā)酵周期相比好氧處理較長。 廚余垃圾固體含量

38、高，流動(dòng)性能差，連續(xù)進(jìn)料困難，影響厭氧微生物的接種等。廚余垃圾pH值較低，含鹽量高，容易發(fā)生酸中毒，抑制微生物的正常生長，嚴(yán) 重時(shí)可使厭氧過程失敗。另外，相比于好氧生物處理，厭氧處理存在設(shè)備復(fù)雜、 一次性投資較高的問題。為了提高廚余垃圾厭氧發(fā)酵的效率， 縮短厭氧發(fā)酵周期，通?？刹捎靡韵路?法和途徑：(1) 提高含固率，可提高反應(yīng)器的設(shè)備效率。研究表明，固體濃度為7.52%、10.2%、15.5%寸處理效果均良好。當(dāng)固體濃度為 21.8%以上時(shí)的處理效果逐漸下 降，由于有機(jī)質(zhì)生物降解率、產(chǎn)沼氣量和產(chǎn)甲烷率均隨固體濃度的增高而降低。固體濃度為50%寸降低幅度最大，考慮到反應(yīng)器的設(shè)備效率，建議發(fā)酵固

39、體濃度 在 10%- 20%(2) 在直接厭氧發(fā)酵過程中，由于揮發(fā)性有機(jī)酸積累較快，影響產(chǎn)甲烷菌的 生長，使發(fā)酵效率降低，發(fā)酵周期延長，甚至酸中毒。酸中毒是高濃度發(fā)酵失敗 的最常見原因，克服的方法是必須選擇厭氧食物鏈系統(tǒng)完整且活力高的優(yōu)良接種 物，同時(shí)要保證有足夠的接種量。采用兩步法發(fā)酵可顯著提高氫氣和甲烷產(chǎn)量， 還熊提高城市固體廢物的生物降解率。在20%-50%Z下時(shí)高固體濃度發(fā)酵能正常產(chǎn)甲烷、最終pH值和揮發(fā)酸均正常。(3)采用適當(dāng)預(yù)處理，用先好氧后厭氧發(fā)酵，結(jié)果表明啟動(dòng)快，產(chǎn)氣量高， 處理周期短：而直接用厭氧發(fā)酵，由于揮發(fā)酸大量積累，啟動(dòng)困難，產(chǎn)氣量少。 與直接厭氧消化相比，日平均產(chǎn)氣重

40、可提高6.7倍，甲烷含量也明顯增高。從好 氧發(fā)酵轉(zhuǎn)為厭氧發(fā)酵，速度很快，其實(shí)質(zhì)原因是厭氧微生物的數(shù)量很多。 厭氧發(fā) 酵開始時(shí)，厭氧菌的數(shù)量即達(dá)到了高峰，這主要是接種物數(shù)量充足和接種物中含 生物量高之故。(4) 提高反應(yīng)溫度。高溫下，微生物活性高，反應(yīng)速率快。(5)采用專性工程菌，一方面可提高厭氧菌群的數(shù)量；另一方面，可利用工 程菌的高效降解功能達(dá)到快速降解有機(jī)質(zhì)的目的。三、廚余垃圾的厭氧發(fā)酵處理對廚余垃圾進(jìn)行厭氧發(fā)酵處理時(shí)，由于廚余垃圾的含水率、有機(jī)物含量較高， 在反應(yīng)過程中對一些因素必須嚴(yán)格控制，如：含水率.pH值、堿度等。過高的含 水率會影響反應(yīng)的升溫過程，從而直接影響反應(yīng)周期，同時(shí)高的含

41、水率也降低了 反應(yīng)器的容積負(fù)荷，降低了反應(yīng)器的效率。因此，對廚余垃圾的水分調(diào)節(jié)，提高 含固率是必要的。在廚余垃圾厭氧發(fā)酵中，有機(jī)物的酸化過程產(chǎn)生大量有機(jī)酸的 積累，pH值下降，保持足夠的堿度才能保證產(chǎn)甲烷過程的正常進(jìn)行。另外，廚 余垃圾氮、硫量亦較高，一定濃度的游離 NH、HS對甲烷菌均有抑制作用，可視 具體情況，通過控制適當(dāng)?shù)膒H值和投加調(diào)理劑對其進(jìn)行控制。厭氧發(fā)酵根據(jù)工 藝、原料的特點(diǎn)，相的分離等，有多種分類形式，如直接發(fā)酵、兩相發(fā)酵、高固 體發(fā)酵、低濃度發(fā)酵、漿料發(fā)酵等。高固體厭氧消化也稱為干發(fā)酵。在傳統(tǒng)的厭氧消化工藝中固體含量通常低于8%而高固體消化中固體含量可達(dá)到 20%-35%直到

42、目前，大規(guī)模運(yùn)用的厭氧 消化都是低固體含量的，用于處理一些液體或固體含量低的泥狀廢物， 在處理固 體含量高的廢物（如垃圾）時(shí)，需加大量的水稀釋，大大增加了處理量和處理成 本。以上因素使人們開始重視高固體消化技術(shù)。 高固體厭氧消化有如下優(yōu)點(diǎn)：單 位容積的產(chǎn)沼氣量高；需水量低或不需水；單位容積處理量大；消化后的產(chǎn)品不 需脫水即可作為肥料或土壤調(diào)節(jié)劑等利用，降低了處理成本。高固體厭氧消化的概念是在1958年提出的。從1980年起，Jewell等在這 一領(lǐng)域作了不少工作。目前這方面的工作主要在歐美的一些國家進(jìn)行。 我國對它 的研究尚少，僅江西工學(xué)院、武漢大學(xué)、清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)等幾個(gè)單位進(jìn)行了 實(shí)驗(yàn)室

43、規(guī)模的小試研究。研究進(jìn)展一直很慢，其主要原因是隨著固體含量的增加， 許多影響微生物活性的條件變得更為嚴(yán)格，例如：（1）氨、重金屬、硫酸鹽、揮發(fā)性有機(jī)酸等抑制物的含量可能會提高， 對細(xì)菌活性產(chǎn)生不利影響，需要有效的 措施來降低原料中對細(xì)菌有毒性的物質(zhì)含量；（2）很高的固體含量給攪拌裝置的 選擇和動(dòng)力配給帶來了困難；（3）反應(yīng)的啟動(dòng)條件苛刻，菌種馴化任務(wù)艱巨；（4） 運(yùn)行中存在著很高的不穩(wěn)定性。兩相厭氧發(fā)酵是根據(jù)厭氧發(fā)酵的階段理論，創(chuàng)造良好的微生物生活生長條 件。實(shí)際上，各種分類都是相對的，在實(shí)際應(yīng)用中，常常是分不開，結(jié)合使用的。 下面對其中一些技術(shù)、工藝及其特點(diǎn)進(jìn)行簡單的介紹。四、廚余垃圾厭氧發(fā)

44、酵處理及工藝流程廚余垃圾的厭氧發(fā)酵包括脫水、破碎等前處理過程、厭氧發(fā)酵、滲液處理、 氣體凈化及貯存等環(huán)節(jié)。首先是通過離心機(jī)等機(jī)械進(jìn)行物料的水分調(diào)節(jié)。破碎則利用破碎機(jī)對物料中的粗大物體（如骨頭等）進(jìn)行破碎，有利于后續(xù)發(fā)酵單元的 順利進(jìn)行。厭氧發(fā)酵階段通過投加兼性和厭氧微生物菌種，強(qiáng)化物料中有機(jī)組分 的分解，使生成較穩(wěn)定的發(fā)酵產(chǎn)品和以甲烷為主的發(fā)酵氣體。利用水處理裝置對物料脫水形成的有機(jī)廢水進(jìn)行處理， 防止?jié)B液形成二次污染。另外，甲烷是一種 有較高經(jīng)濟(jì)利用價(jià)值的氣體，通過凈化裝置去除發(fā)酵氣中H2s等雜質(zhì)氣體，能提高發(fā)酵氣的利用價(jià)值，工藝流程見圖11-4 o菌種投加氣體凈化一能源回收進(jìn)料I水一破碎L

45、厭氧發(fā)酵一發(fā)酵產(chǎn)品一外運(yùn)（利用）水處理一達(dá)標(biāo)排放圖11-4廚余垃圾厭氧發(fā)酵工藝流程五、廚余垃圾厭氧發(fā)酵的其他幾種可行工藝（一）美國試驗(yàn)工廠工藝1979年，美國建立了世界上第一個(gè)年處理量為 5000 t的試驗(yàn)工廠，由于經(jīng) 濟(jì)原因，運(yùn)行4年后停轉(zhuǎn)，它在4年中所取得的經(jīng)驗(yàn)、數(shù)據(jù)為以后的研究提供了 很好的參考；其生產(chǎn)工藝也是以后各種不同工藝的基礎(chǔ)。該工藝流程簡圖如圖 11-4。所收集垃圾經(jīng)破碎分選后，去除無機(jī)成分和塑料等，調(diào)節(jié)固體含量為25%左右，在55c下高溫消化，機(jī)械攪拌，在反應(yīng)器中停留一個(gè)月。所產(chǎn)生沼氣處 理利用，滲濾液處理后排放，殘余固體物質(zhì)加工成肥料或土壤調(diào)節(jié)劑。該工藝是以后各種高固體厭氧消

46、化工藝的基礎(chǔ)。 各國研究人員針對垃圾預(yù)處 理、攪拌方式、反應(yīng)溫度、進(jìn)料含量、產(chǎn)物的加工利用、污染控制等提出了許多 不同的改進(jìn)方案，形成了各具特色的工藝流程。試驗(yàn)工廠停止運(yùn)轉(zhuǎn)的主要原因是 資金困難。以后的工作者們采取各種方法來獲取資金、 降低運(yùn)行成本，包括收取 垃圾處理費(fèi)用，溜氣發(fā)電，廢熱利用，固體殘余物加工成肥料，滲濾液制液肥等。（二）法國的Valogra工藝Valogra工藝是20世紀(jì)80年代后期開發(fā)研制的。由于其具有較好的經(jīng)濟(jì)效 益和環(huán)境效益，取得了較大的成功，在歐洲地區(qū)得到了一定的工業(yè)運(yùn)用。 垃圾經(jīng) 破碎分選后，有機(jī)組分與反應(yīng)器回流液混合，調(diào)成漿狀（含量不詳）。在中溫（35 40C）或高

47、溫（5560C）下連續(xù)消化1725 d出料壓縮后，進(jìn)一步加工成肥料 出售；滲濾液部分回流，調(diào)節(jié)進(jìn)料濃度，并起一定的接種作用，多余的滲濾液處 理后排放；所產(chǎn)生沼氣一部分壓縮后回流，起攪拌作用，另一部分輸出利用。垃 圾產(chǎn)氣量為149.6 m3/t ,其中甲烷含量54% COM除率為58%該工藝最主要 的特征是：用壓縮沼氣來進(jìn)行攪拌，從而避免了機(jī)械攪拌帶來的泄漏、機(jī)械磨損、 消耗動(dòng)力高等缺點(diǎn)。目前荷蘭的提比可垃圾處理廠（年處理量10萬t）,法國的愛門司垃圾處理廠（年處理量 5.5萬t）均采用了這一工藝。（三）丹麥 CarlBro工藝CarlBro工藝由丹麥CarlBro公司開發(fā)研制，已有了工業(yè)運(yùn)用。

48、垃圾破碎分 選，有機(jī)組分進(jìn)入一級反應(yīng)器；中溫 3537c停留23h,進(jìn)行酸化，pH值為 6.5左右；酸化后，固液分離，固體部分進(jìn)一步加工成肥料，液體部分進(jìn)入二級 反應(yīng)器；中溫下停留12d產(chǎn)沼氣，氣液分離，所產(chǎn)沼氣出售電廠。垃圾產(chǎn)氣量 150175m3/t ,固體去除率60%以上。該工藝的主要特點(diǎn)是：（1）兩階段消化，把酸化階段和產(chǎn)沼階段分離開來， 可以節(jié)約用地，并便于管理；（2）處理時(shí)間短，僅35 d,因此可充分利用有限 的設(shè)備，降低了投資和成本；（3）滲濾液加工成液肥出售，不但減少了廢水處理 量，還有一定收入。1991年丹麥的世界上第一個(gè)工業(yè)規(guī)模的城市垃圾厭氧處理 廠就采用了該工藝。該廠設(shè)計(jì)

49、處理能力為 20萬t/a,初期投資為5500萬丹麥 克朗，運(yùn)行費(fèi)為800萬丹麥克朗/a,其中66豚自出售沼氣。所生產(chǎn)固體和液 體肥料有很高肥效，銷路很好。據(jù)該公司核算，垃圾處理廠費(fèi)用（包括初期投資 與運(yùn)行費(fèi)用）低于同等規(guī)模垃圾整燒廠，但缺乏與土地填埋費(fèi)用比較的數(shù)據(jù)。（四）厭氯一好氧工藝該工藝由美國加利福尼亞大學(xué)開發(fā)研制。由于厭氧消化后的產(chǎn)物中還含有一 定量的可生物降解物質(zhì)，以及細(xì)菌等微生物，對人體和環(huán)境有一定危害，不能直 接出售或排放。因此，研究者們提出在厭氧消化后，進(jìn)行好氧堆肥處理，進(jìn)一步 降解有機(jī)物質(zhì)，殺滅細(xì)菌。垃圾破碎分選、有機(jī)成分進(jìn)入?yún)捬醴磻?yīng)器，高溫 （55 60C）停留2530 d,

50、厭氧消化產(chǎn)生沼氣；再進(jìn)入好氧反應(yīng)器，在55c下腐熟， 徹底殺死各種病菌等微生物，最終產(chǎn)物性質(zhì)穩(wěn)定，化學(xué)組成合理，有很高的肥效 和熱值，可用做肥料或電廠燃料：垃圾產(chǎn)氣量為 800 m3/t0經(jīng)兩級處理后，周 體去除率為553 65%該工藝的特點(diǎn)是：（1）產(chǎn)氣量高，是前幾種方法的5倍左右；（2）最終產(chǎn)品生 物化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，是很好的有機(jī)肥料或燃料；（3）產(chǎn)物對人體和環(huán)境無害，完全 符合環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。該工藝目前尚處于中試階段。（五）礦化垃圾協(xié)同產(chǎn)氫工藝該工藝由同濟(jì)大學(xué)趙由才課題組研制，主要方法是將填埋一定年限的礦化垃 圾，篩分粒徑至15 mmi下。沿腳廢物經(jīng)食品破碎機(jī)破碎至粒徑 10 mnm；下，與經(jīng)水洗

51、的污水廠濃縮池污泥以一定比例混合，并采取干熱滅菌的方法進(jìn)行預(yù)處理，然后投加一定比例的礦化垃圾，并調(diào)節(jié)含水率至 85%在恒溫條件下（36 C） 于密閉的容器內(nèi)進(jìn)行發(fā)酵，在 5d的反應(yīng)周期內(nèi)累計(jì)的氫氣產(chǎn)率為 180 mL/gVS 以上，產(chǎn)氫潛力在190 mL/gVS以上，最大產(chǎn)氫速率 90 mL/（h - g） vs以上，最 高濃度50%Z上。工藝流程如圖11-5所示。平均每噸濕沿腳（含水率 80流右） 可以產(chǎn)生氫氣約25 rrr3,具有極大的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。產(chǎn)生的氫氣經(jīng)簡單預(yù)處理后作為燃料或發(fā)電原料使用，發(fā)酵殘留物可繼續(xù)作 為產(chǎn)甲烷基質(zhì) 或好氧堆肥后農(nóng)用。該工藝有幾個(gè)顯著特點(diǎn)：（1）簡單易控

52、制，無需外加營養(yǎng)元素，成本低廉； （2）氫氣產(chǎn)量較高，無二次污染，對填埋礦化垃圾、沿腳廢物和污水廠污泥進(jìn)行 了有效的資源化利用；（3）固體產(chǎn)物性質(zhì)穩(wěn)定，不含病菌等微生物，是很好的農(nóng) 業(yè)肥料。腐熟垃圾沿腳廢物開采“風(fēng)干破碎礦化垃圾沿腳廢物【細(xì)斜這10師污水廠厭氧污泥 淘洗、過篩一 T卜昆合 混合物厭氧污過lOnun獷化垃圾組料5W13mm1滅菌混合聯(lián)合發(fā)酵機(jī)制| 調(diào)節(jié)含水率 聯(lián)臺發(fā)臉機(jī)制置于恒溫發(fā)酵容器.并進(jìn)行氮?dú)獯得撀?lián)合發(fā)酵機(jī)制間歇攪拌或搖晃I氨氣發(fā)酵殘?jiān)? I,I i甲烷化好氧堆肥沼氣沼§圖11-5礦化垃圾協(xié)同產(chǎn)氫工藝流程示意圖六、厭氧消化過程的控制與優(yōu)化條件從有機(jī)廢物固體階段發(fā)酵

53、工藝可見， 在發(fā)酵理論和發(fā)酵控制上，固體發(fā)酵和 液體發(fā)酵是相同的。厭氧發(fā)酵的特性和效能取決于三個(gè)方面的因素：作用者（厭氧微生物）、作用對象（有機(jī)物）以及作用條件（環(huán)境條件、接觸傳質(zhì)等）。有機(jī) 廢物厭氧處置工藝，即是從工程化的角度，去創(chuàng)造最佳的適合厭氧微生物生存的 環(huán)境條件和作用條件，以取得最大的有機(jī)物降解效果。其基本的運(yùn)行控制和優(yōu)化 條件有：相分離、溫度、含水率、基質(zhì)條件以及預(yù)處理促進(jìn)等。（一）相分離從厭氧發(fā)酵的微生物學(xué)機(jī)理可知，復(fù)雜物料的厭氧降解主要是由兩類特性完 全不同的微生物：產(chǎn)酸細(xì)菌和產(chǎn)甲烷細(xì)茵的逐級代謝完成的。產(chǎn)酸細(xì)菌種類多， 世代時(shí)間短，增長快，對環(huán)境條件不太敏感；而產(chǎn)甲烷細(xì)菌則恰

54、好相反，種類少， 世代時(shí)間長，專一性強(qiáng)，對環(huán)境條件要求嚴(yán)格，如若將兩者分開在兩個(gè)反應(yīng)器中， 使得兩者能在自身最佳的環(huán)境條件下進(jìn)行，則會有利于細(xì)菌的生長和反應(yīng)的穩(wěn) 定，提高容積負(fù)荷率，這就是兩相厭氧工藝的理論出發(fā)點(diǎn)。20世紀(jì)70年代初，F(xiàn). G. Pholand和S. Ghosh首次提出了兩相厭氧消化系 統(tǒng)（TPAD）。較多的研究表明，對不同基質(zhì)材料的有機(jī)廢物厭氧發(fā)酵處置， 兩相系 統(tǒng)表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢。Ghosh等用單相和兩相反應(yīng)器處理城市垃圾的對比試驗(yàn)表 明，兩相系統(tǒng)甲烷產(chǎn)量大約可以提高 20% Scherer用兩相系統(tǒng)處理有機(jī)垃圾， 揮發(fā)性固體的降解率達(dá)到 80%產(chǎn)氣量達(dá)到了理論產(chǎn)氣量的 9

55、8% B. G. Yeoh對 兩相厭氧消化工藝和單相厭氧消化工藝進(jìn)行了對比試驗(yàn)表明，兩相厭氧消化系統(tǒng)的產(chǎn)甲烷活性明顯高于單相厭氧消化系統(tǒng)。Pavan認(rèn)為兩相消化是處理高揮發(fā)性 固體的正確選擇。此外S. Gabriele對比了在中溫和高溫條件下一相和兩相消化 的運(yùn)行特性，結(jié)果表明，市政固體垃圾適宜兩相厭氧發(fā)酵， 有機(jī)物質(zhì)的最高轉(zhuǎn)化 率可達(dá)90%雖然育關(guān)厭氧相分離的比較研究中，大部分的研究表明兩相厭氧較單相系 統(tǒng)，在有機(jī)物降解、有機(jī)負(fù)荷的提高、氣體產(chǎn)率和運(yùn)行穩(wěn)定上具有明顯的優(yōu)勢， 但兩相厭氧工藝的優(yōu)越性尚存異議，也有不少研究者的研究結(jié)論表明，兩種工藝 的運(yùn)行特性沒有太大的差別。高庭耀等采用兩種工藝

56、對污泥消化的研究結(jié)論是， 對于污泥消化，兩相工藝并不顯示出特別的優(yōu)勢。 這是可以理解的，消化工藝的分相，僅僅是對微生物生存的環(huán)境條件進(jìn)行改進(jìn)強(qiáng)化，而厭氧消化的整體效能的影響因素較多，各種因素相互協(xié)同，相互作用。葉芬霞等分析了有機(jī)廢物兩相厭 氧消化的基質(zhì)特異性認(rèn)為，相分離會抑制需互養(yǎng)關(guān)系才能分解基質(zhì)的完全生物降 解，從熱力學(xué)的角度，碳水化合物的厭氧消化采用兩相是適宜的， 而蛋白質(zhì)和脂 肪酸的厭氧降解則可能是相反的要求。目前，在有機(jī)廢物的厭氧發(fā)酵處置工藝應(yīng)用上，單相工藝遠(yuǎn)多于兩相工藝， 一方面可能是由于，兩相工藝相對于單相工藝在效率優(yōu)越性上， 還缺乏確鑿的依 據(jù)；另一方面，則是由于兩相工藝在投資和

57、運(yùn)行控制上處于劣勢。（二）溫度控制在厭氧發(fā)酵工藝中，一定范圍內(nèi)，溫度能影響微生物的生理活性，影響生物 降解的比速率，同時(shí)在不同的溫度條件下，會引起不同種群優(yōu)勢微生物的生態(tài)演 變，有機(jī)廢物的厭氧消化，一般在中溫或高溫下進(jìn)行，以利用提高反應(yīng)的進(jìn)程， 縮短發(fā)酵周期，中溫的最佳溫度為 35c左右，高溫為55c左右。大量的研究表明，高溫發(fā)酵的產(chǎn)甲烷能J要高于中溫發(fā)酵，于曉章研究了不 同純物質(zhì)（乙酸、丙酸）厭氧發(fā)酵中溫度對甲烷產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明，不同基 質(zhì)在50c時(shí)均達(dá)到最大的產(chǎn)氣效率；張光明通過試驗(yàn)表明，有機(jī)廢物厭氧發(fā)酵， 高溫處理能力達(dá)到中溫的2.53倍。此外，基質(zhì)特性對厭氧發(fā)酵中的溫度作用有一定影

58、響，Ghosh等使用傳統(tǒng)的高效反應(yīng)器，觀察到55c的高溫比35c的處理只使甲烷產(chǎn)量提高了 7%另有研 究結(jié)果表明，在25c和30c時(shí)，乙酸和丙酸的產(chǎn)甲烷能力基本相當(dāng)，當(dāng)提高溫 度到50c時(shí)，丙酸的產(chǎn)甲烷能力明顯高于乙酸。Pavan等在示范規(guī)模的反應(yīng)器中 采用半干單相高溫厭氧消化工藝處理不同垃圾的消化試驗(yàn)表明：機(jī)械分選有機(jī)垃圾和源分選有機(jī)垃圾，兩者具有明顯不同的可消化性。一般認(rèn)為，對于纖維素含量較高的基質(zhì)，采用高溫發(fā)酵，其生物降解性和產(chǎn) 氣特性均有較大的提高，這是因?yàn)槭葻峋耗軓?qiáng)烈分解纖維素等物質(zhì)， 同時(shí)，在 不同的溫度條件下，復(fù)雜基質(zhì)的水解度是截然不同的。 Scherer等采用兩相系統(tǒng) 來處理域市垃圾