餐廚垃圾厭氧處理的工藝特點分析

張再起，陳 杰，陳可金

(1.湖北省農業科學院植保土肥研究所，武漢 430064;2.湖北省農村能源辦公室，武漢 430070)

1 引言

餐廚垃圾是指由家庭產生的廚房有機垃圾和食品加工，飲食服務，單位供餐等活動中產生的廢棄食用物質。隨著社會經濟發展和生活水平的不斷提高，餐廚垃圾正成為我國政府面臨的新問題。餐廚垃圾中含有大量病菌，如用來喂豬，極易引發同源疾病的傳播，特別是近來禽流感的爆發及歐洲國家爆發的二口惡英和口蹄疫事件，引起了各國政府的高度重視，發達國家已紛紛立法，嚴禁用餐廚垃圾作飼料來喂豬，也嚴禁將其焚燒易產生二口惡英)。我國近年也開始重視此問題，各大城市如北京、上海、廣州、杭州、深圳等紛紛制定《餐廚垃圾管理辦法》。但大多數城市的餐廚垃圾被近郊的一些養殖戶收購去作飼料用于喂豬及提煉潲水油，少數通過發酵做為飲料，極少數通過厭氧發酵制沼氣，還有部分進入生活垃圾被填埋［1］。

目前我國餐廚垃圾的收集還很不規范，也沒有相關的規范約束，具有以下特殊性:一是形狀不規范，材質較為特殊的大塊雜物可能會混雜在垃圾之中;二是垃圾中的油脂部分需要回收再利用;三是垃圾中塑料及玻璃等雜質含量較多;四是垃圾中水分及有機物含量較高，垃圾在短時間內即呈現酸性。

2 處理特征

2.1 具有顯著的廢物和資源的二重性

資源性:我國餐廚垃圾富含淀粉、脂肪、蛋白、纖維等有機物質，氮、磷、鉀、鈣以及各種微量元素;有毒有害化學物質(如重金屬等)含量很少，營養豐富，是制作動物飼料和有機肥的豐富資源，用來作為厭氧發酵的底物還可以產生清潔能源沼氣。

廢物性:餐廚垃圾易腐爛變質，易攜帶滋生病菌。直接利用和使用不當的處理會造成病源菌的傳播和感染。不法分子利用潲水油、地溝油制造加工食物油，重返餐桌直接危害人類健康。

2.2 處理難度大

餐廚垃圾作為城市有機生活垃圾的主要成分，因其高水分、高油脂、高鹽分以及易腐發臭、易生物降解等特點。在較高溫度下，餐廚垃圾腐爛變質速率很快，如果產生到處理的時間長會使其可回收利用價值降低;由于我國餐廚垃圾其成分復雜且含量遠遠高于國外，所以國外的工藝并不適用，這就加大了處理難度［2］。

3 餐廚垃圾的厭氧處理工藝流程

針對我國餐廚垃圾處理利用的特點要求，其厭氧處理工藝流程見圖1。

圖1 餐廚垃圾厭氧處理工藝流程圖

4 餐廚垃圾的厭氧處理工藝特點

厭氧降解過程主要是指在無分子氧存在的條件下，通過厭氧微生物(或兼氧微生物)的作用將有機物分解轉化為沼氣(主要是甲烷)的過程［3］。其過程是在密閉的反應器(發酵罐)中進行的，因此反應器的運行參數會直接影響到厭氧發酵過程。按照反應器運行的技術參數，厭氧工藝可分為:中溫工藝與高溫工藝(按照反應器內溫度劃分);濕法工藝與干法工藝(按照垃圾中干物質含量劃分);單相工藝和兩相工藝(按照厭氧降解階段劃分);序批次工藝與連續式工藝(按照進料方式劃分)。

工業化厭氧處理廠的工藝選擇主要依據厭氧降解階段采用的工藝來確定。本文以濕法中溫工藝為例，分析餐廚垃圾厭氧處理的一些工藝特點，探討適合中國餐廚垃圾厭氧處理的工藝技術。

4.1 預處理工藝特點

采用濕法工藝時，要求進入厭氧降解容器內的物料中干物質含量小于20%。超出這一范圍，須選用干法工藝。濕法厭所降解工藝對預處理的要求是，去除餐廚垃圾原料中會影響有機物厭氧降解的物質。如金屬、玻璃、沙石、塑料等。同時調節物料中干物質含量至20%以下。目前我國餐廚垃圾的收集不規范，垃圾中可能混有的雜質種類繁多，廚具、餐具、包裝物品等都有可能會隨著垃圾進入到處理廠內，這就增加了預處理的難度。根據目前國內的情況看，預處理階段的問題主要集中在餐廚垃圾中大塊雜質較多，會對預處理階段的設備產生損害，進而影響處理效果。因此在工藝設計中，必須事先考慮到這種可能，增加必要的破碎機設備，最大限度地去除其中的大塊雜質。

另外，采用濕法工藝時要求對垃圾原料進行粉碎，使物料顆粒小于12mm，便于厭氧菌吸附，加快厭氧降解進程。餐廚垃圾中可能含有玻璃，金屬、木制品等，對粉碎機的要求較高，能夠連續穩定地將顆粒粉碎至要求的大小。粉碎后物料中混雜的小顆粒重物質，如金屬、沙石、玻璃等，如果進入厭氧發酵罐內，長時間運行時會形成堆積，減少發酵罐的有效容積，削弱厭氧降解效果。因此在預處理階段的設計中，應選用恰當設備實現生物質的去除，來保證后階段厭所降解階段的順利進行。

4.2 油脂回收工藝特點

餐廚垃圾中含有大量的動植油，它們對厭氧消化過程有一定的抑制作用，因此需要單獨考慮油脂的回收工藝。廢棄的油脂需要從垃圾中分離出來，再進一步地加工成可再次利用的高附加值產品，如生物柴油等。從餐廚垃圾中分離油脂的工藝相對成熟，可先將其中的液體部分濾出，再對液體部分進行油水分離。利用自然沉降的方式。近年來出現了濕熱除油法，通過高溫蒸煮的方式，盡可能地將垃圾中含有的固態油脂轉化為液態油脂，然后再采用油水分離出油脂，以增加油脂分離的比例。

4.3 厭氧降解工藝特點

厭氧降解是餐廚垃圾厭氧處理利用的核心工藝部分，影響厭氧降解過程的因素主要有物料的PH值，溫度和攪拌效果等。

厭氧降解階段經常出現的問題是發酵罐酸化。酸化是由于有機物降解時產生有機酸的速度極快，罐內環境呈酸性。酸性環境抑制甲烷菌的生長，進而影響厭氧降解過程。目前工藝技術上可以解決發酵罐酸化的問題，采用兩級降解的方式。由于有機酸化過程極快，可在厭氧發酵罐前設置一個水解酸化罐，人為的將厭氧降解過程分為兩個階段。先將有機物轉化為有機酸，再將有機酸導入發酵罐中，通過選擇合適的罐體大小以及合適的攪拌方式，避免發酵罐內出現酸化現象。所以，采用二相技術，工藝上更易控制，沼氣中甲烷含量更高。

中溫發酵是指發酵溫度一般在30℃ ～40℃范圍之間，中溫發酵加熱量少，發酵容器散熱較少，反應和性能較為穩定，可靠性高，如果物料有較好的前處理，會提高反應速度和氣體產量;同時中溫時發酵罐內的氨氮物質濃度較低，對厭氧菌的抑制作用較小，厭氧降解過程較為穩定。

攪拌的目的是使罐內的物料、溫度、PH值能夠均勻分布，保證厭氧降解過程的進行。攪拌的方式主要有氣體攪拌、泵循環攪拌及機械攪拌。通常大型發酵罐多采用機械攪拌方式。機械攪拌在罐內可形成較好的流場，實現物料、溫度、PH值的均勻分布。同時結合物料進出罐的位置與方式，避免罐內出現生物質堆積沉淀以及浮渣［4］。

4.4 “三沼”的處理工藝特點

沼氣:餐廚垃圾經過厭氧反應器產生的沼氣是含有飽和水蒸氣的混合氣體，除含有CH4和CO2外，還含有H2S氣體和懸浮的顆粒狀雜質。因此新產生的沼氣還需經脫硫、氣水分離等凈化處理后才能作為發電機組的燃料。通過發電機的余熱回收鍋爐產生的蒸氣，用于厭氧罐的保溫和增溫，可實現熱量自給，實現能量最大化利用和提高容積產氣率，減少投資成本和經營成本。

沼渣和沼液:由于沼渣和沼液中含有N、P、K和多種微量元素，利用沼渣生產生物有機肥，將沼液制作濃縮合成液，應用在有機、綠色生態農業和畜禽、水產養殖業，實現資源循環再利用。

5 結論

厭氧消化技術處理餐廚垃圾能夠最大限度地實現對有用物質及能量的回收和利用，在處理過程中避免了造成二次污染的有害有毒氣體和液體的排放，做到真正的無害化，減量化和資源化處理。另外，厭氧發酵處理后的殘留物無論是作肥料還是作飼料，都可取得較好的經濟效益。

在餐廚垃圾厭氧消化處理的工程應用方面，目前我國還處于起步階段，還沒有商業化的餐廚垃圾厭氧消化處理工程投入實際運行。究其原因，除經濟因素外，其中一個重要的方面是缺乏對餐廚垃圾厭氧消化工藝技術的系統研究和掌握。尋找適合我國餐廚垃圾組分與特點的厭氧處理工藝，解決其厭氧消化過程中水解速度慢、厭氧發酵過程中的酸抑制和氨氮抑制、甲烷產量低、發酵后的沼液及沼渣處置等難題，并保證厭氧消化系統的運行穩定，降低運行管理難度及費用是當前亟待解決的關鍵技術問題。

［1］沈劍山，顏曉英，蔣宏華.餐廚垃圾厭氧消化及綜合利用技術.云南師范大學學報，2011(9):220～224.

［2］張慶芳，楊林海，周丹丹.餐廚垃圾廢棄物處理技術概述.中國沼氣，2012，30(1):22 ～26.

［3］徐曉軍，管錫君，羊依金.固體廢棄物污染控制原理與資源化技術.冶金工業出版社，2007.

［4］劉國治，尤宇嘉.中國餐廚垃圾厭氧處理工藝難點.中國沼氣，2011，29(6):33 ～34.