城市有機垃圾厭氧消化工藝條件研究

張曉健

【摘要】隨著經濟及社會的不斷發展，我國城市有機垃圾污染日益加重。本文主要從我國城市有機垃圾特點入手，重點對我國城市有機垃圾厭氧消化處理技術概念、特點及處理工藝進行了分析和闡述，希望給行業相關人士一定的參考和借鑒。

【關鍵詞】城市有機垃圾；厭氧消化；工藝

所謂城市生活垃圾指的是城市居民在日常生活中產生的，在一定時間和地點無法利用而被直接丟棄且能夠污染環境的固體及半固體廢棄物。近年來，我國城市生活垃圾年產量高達一億多噸，且每年以較高的速度不斷增長，然而實際垃圾年處理量只有產量的一半左右，無害化處理率只有三成左右。通常情況下，我國一般采用衛生填埋、堆肥以及焚燒三種方式對城市生活垃圾進行處理。作為城市生活垃圾的重要部分，城市有機垃圾的可生化性能夠滿足厭氧消化技術的處理要求，本文主要對城市有機垃圾的厭氧處理工藝進行了探討。

1、我國城市生活垃圾厭氧消化處理技術及其特點

1.1 城市有機垃圾厭氧消化的工作原理。城市有機垃圾的厭氧發酵指的是在無氧條件下，微生物對有機物進行分解形成沼氣的過程。通常情況下，復雜的有機物能夠通過對pH敏感的酸化菌進行水解和發酵，并轉化為揮發酸。通過乙酸菌，揮發酸能夠被氧化成為乙酸鹽、二氧化碳和分子氫，之后便在甲烷菌的作用下轉化為甲烷，通常厭氧消化可以分為三個階段，即水解酸化階段、產氫產乙酸階段以及產甲烷階段。

1.2 城市有機垃圾厭氧消化處理技術概念及特點。城市有機垃圾的厭氧反應指的是在沒有硝酸鹽氮和溶解氧的情況下，有機物能夠在微生物作用下形成二氧化碳、甲烷、腐殖質以及無機營養物質的過程。氧化消化對城市有機垃圾的處理上具有獨特的優勢。其中餐廚垃圾具有較高的含水率，且有機垃圾固含量比較高，在15%～20%左右，纖維素、溶解性物質、脂肪、蛋白質等含量豐富，因此在處理這類垃圾的過程中使用厭氧消化法具有較大的優勢，具體表現為以下幾個方面：第一，餐廚垃圾的含固率在15%-20%左右，符合厭氧系統的處理條件，所以在發酵之前不需要進行加水和脫水的工序，大大簡化了處理過程，節約了能耗；第二，有機物碳比在20-30%之間，實用厭氧發酵最合適，餐廚垃圾的碳氮比就在10%-25%之間，使用厭氧發酵比較適宜，如果餐廚垃圾中碳氮比過低的話可以適當添加污泥和豬糞等碳氮比含量比較高的廢棄物加以調節；第三，在整個厭氧發酵過程中會生成大量的沼氣，這些沼氣處理供發酵廠使用之外，還以對外進行能源供應；第四，厭氧發酵的有機負荷承受能力較高，需要采用全封閉系統，且設備占地少，容易實現發酵過程的全面、實時監控，環境污染程度低，發酵時間短，對餐廚垃圾的處理量大，尤其對環境要求比較高的城市比較適宜；第五，在對餐廚垃圾進行處理的過程中，厭氧發酵能夠同時對糞便、污泥等可腐有機物進行處理，并依據不同需要添加相關的用料，從而形成一種肥料，有效提升產品的附加值。

在對餐廚垃圾進行厭氧消化處理的過程中，依然存在著一定的問題，具體表現為以下幾個方面：第一，餐廚垃圾中含有大量不易降解的雜質，不僅對發酵有著直接影響，還會對肥料的性能和形狀造成影響。所以在進行厭氧消化處理之前，預處理工序必不可少；第二，餐廚垃圾含有較高的鹽分，使得微生物體內水分深處，對微生物活性造成一定影響，進而放緩了生物的降解程度和進度，更為重要的是，高分子脂類物質自身降解速度較慢，為了進一步增強降解效果，還需要對生物菌種加以培養；第三，我國厭氧消化技術起步晚，相關的理論基礎及技術設備等與西方發達國家尚存在著較大的差距，技術設備也不具備規模化、商品化、產業化的要求，更多的新技術和新工藝尚處于小試階段；第四，在餐廚垃圾的厭氧消化處理過程中，預處理和除臭工序非常關鍵，且要求除臭系統具備相應的除臭、抗生、排污以及防塵等一系列功能。

2、幾種常用的厭氧消化處理工藝及其特點

2.1 JVV Oy工藝。Ecotech公司在德國首都柏林建造了一座處理量為30000t/a的城市有機垃圾處理廠。對城市有機垃圾進行預粉碎和磁選之后，再進行滾筒篩分選。其中，可燃垃圾需要進入流化床進行焚燒爐，其余有機垃圾則被送入垃圾池，添加一定水分之后將含固率調節到15%。對惰性雜質進行離析之后，運用泵系統將有機垃圾傳送到厭氧消化器中，具體來說，JVV Oy工藝處理系統可以分為兩個相對平行的生產線，在厭氧消化溫度為35℃或者55℃時，固體停留的時間為15～20d，其中單個消化器的容積量可以達到5000m3。經過發酵及巴斯德消毒（時間為30分鐘，溫度為70℃）之后，有機物質就會轉變為相對比較衛生的肥料。

2.2 BTA工藝。BTA工藝主要是從造紙技術發展而來，其對于城市有機垃圾、商業有機垃圾以及農業有機垃圾都有著良好的處理效果，BTA工藝分為單級處理和多級處理等相關工序，發展相對成熟。其中比較著名的就是1993年在丹麥建立的HelsingorBTA/CarlBro有機垃圾處理廠，其處理量能夠達到20000t/a。BTA工藝具體分為以下幾個步驟：第一，將垃圾分類回收后，分別運送到垃圾倉，并進過一系列破袋-破碎-打漿-巴斯德消毒工序后，將垃圾分為固體和液體兩方面；第二，將固體垃圾輸送到水解池，并相應的分解成為有機酸，液體則需要送入反應器中。以Helsingor垃圾處理廠為例，其每年的生物氣體產量約為300萬m3，這些氣體可用于熱電聯產中。此外，在該城市有機垃圾處理廠內還配置了熱換器設備，可在預處理階段及沼氣形成階段進行加熱。

2.3 Dranco工藝。單級高溫反應器是Dranco工藝的主要構成單元，其符合為10kgCOD/（m3·d），要求溫度保持在50-58℃附近，滯留時間為15-30d，每噸城市有機垃圾可以形成100-200m3的生物氣體，并發電170-350kW·h，要求進料固含率在15%-40%之間。當前，Dranco-Sep工藝已經被有關城市有機垃圾處理公司研制成功，大大提成了有機垃圾的固含率。截至目前，歐洲國家有著較高的城市有機垃圾厭氧消化水平，擁有四座以上Dranco工藝大型的城市有機垃圾處理廠，且處理能力達到11000-35000t/a。其中位于比利時北部的Brecht城市有機垃圾處理廠使用的就是這種工藝，處理量可以達到12000t/a。Dranco工藝的具體處理步驟可以分為以下幾點：第一，將垃圾進行分類回收及切碎之后，再對大顆粒物質進行切除；第二，經過厭氧塘處理工序之后，消化液能夠直接排放到污水處理廠內；第四，城市有機垃圾經過厭氧消化處理之后，再經由脫水機進行脫水，其固含率可以上升到55%，然后經過好氧穩定兩周之后，便可形成無害肥料。

2.4 Valorga工藝。Valorga工藝是由法國Steinmueller ValorgaSarl公司研發的，其主要采用的是垂直圓柱形消化器設備，發展至今已經成為一項比較成熟的工藝。具體步驟如下：第一，將反應器內的垃圾固含率調節到25-35%，并停留兩周到四周的時間，其產氣量為80-180m3/t；第二，厭氧處理后的固體垃圾需要經過兩周時間的好氧堆肥處理，才能達到穩定。當前，在全球范圍內已經建成的城市有機垃圾處理廠有：法國Amiens處理廠、德國Engelskirchen處理廠及Freiberg處理廠、比利時Mons處理廠、瑞士Geneva處理廠以及西班牙Cadiz處理廠等。

3、結語

對城市有機垃圾進行厭氧處理是近年來人們關注的焦點問題，其絕不部分工藝技術都是源自于有機廢水的厭氧處理技術。就目前而言，對城市有機垃圾進行厭氧處理還存在著啟動慢、易酸化、流動性差、消化周期長、有機質轉化率低等問題，為此可以采取以下措施進行改善：

第一，對城市垃圾進行分類回收，為城市有機垃圾的厭氧處理打下夯實基礎。此外，對有機垃圾中的水分進行控制，切實增加處理效率，這樣不僅解決了城市有機垃圾厭氧處理過程中的易酸化問題，還能大大提升城市有機垃圾的處理效率。第二，對消化過程中的限速步驟進行研究，切實解決厭氧消化處理過程中的周期長的問題。為此，則需要采用相應措施加快纖維素的降解速度，為此可以有針對性對高效菌株加以培養，縮短消化周期。第三，通過攪拌作用能夠有效提升城市有機垃圾厭氧處理過程中的均質化，同時增加了一定的成本。此外，較低的氧化還原電位也是有機垃圾厭氧消化的基本條件。但是想要達到規模化生產還必須加入適量的還原性物質，增加了處理成本。

總而言之，無論是站在研究的角度，還是站在具體實踐的角度，當前國內對城市有機垃圾進行厭氧處理的基礎性工作仍然不夠充分，但這并不影響厭氧處理技術在城市有機垃圾進行處理的過程中所發揮的重要作用，相信只要解決了厭氧消化中的部分問題，其就能夠在城市有機垃圾處理領域占據重要的位置，具有十分廣闊的市場前景。

參考文獻：

[1]李玉春，潘琦，王艷，張躍升.北京市生活垃圾厭氧消化技術應用潛力分析[J].環境衛生工程，2010（01）：36-37.

[2]JamesMurray.厭氧消化技術讓污水為人類服務[J].低碳世界，2011（07）：41-42.