荊門市靜脈產業園餐廚垃圾、市政污泥聯合發酵系統主要監控指標及控制措施

柳超 關小敏

摘要：荊門市靜脈產業園餐廚垃圾、市政污泥采用聯合發酵工藝，結合厭氧發酵機理。本文分析了餐廚垃圾、市政污泥聯合發酵系統運行過程中溫度、pH值、有機負荷、C/N、Na+、VFA、VFA/堿度等關鍵影響因子，并提出了相應控制措施來確保聯合發酵系統安全、穩定、高效的運行。

關鍵詞：餐廚垃圾;污泥;聯合發酵

中圖分類號：X799.3 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）02-0-01

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.02.075

Abstract：The combined fermentation process is used for kitchen waste and municipal sludge in Jingmen Vein Industrial Park. Based on the anaerobic fermentation mechanism， this paper analyzes the key influencing factors such as temperature， pH value， organic load， C / N， Na +， VFA， VFA / alkalinity during the operation of the combined kitchen waste and municipal sludge fermentation system. Corresponding control measures to ensure the safe， stable and efficient operation of the combined fermentation system.

Key words：Kitchen waste;Sludge;Combined fermentation

荊門市靜脈產業園城市有機廢棄物處理廠采用聯合發酵工藝，設計處理能力為：餐廚垃圾50t/d、市政污泥245t/d，主要產品包括：沼氣12700Nm3/d、粗油脂547.5 t/a、營養土1.1×104t/a。本文結合該廠前期調試運行情況以及國內外相關工程的實際運行參數，系統分析了餐廚垃圾、市政污泥聯合發酵的關鍵影響因素，并提出了對應的控制措施，有較強的針對性和操作性，可供同業人員參考。

1 厭氧發酵主要影響因子及控制措施

1.1 溫度

厭氧反應器的最佳溫度為35℃，溫度的變化范圍應控制在33.5～36.5℃為宜，其波動范圍一般不宜超過±2℃，但一般需加熱保持這個溫度。加熱一般分為發酵設施內部加熱、外部加熱兩種方式，從設備維護、檢修便利性分析一般采用外加熱方式。因此在實際工程中，應采取增設備用鍋爐系統和備用汽水混合旁路，以保證能源穩定供應。

1.2 pH值

pH值對餐廚垃圾水解酸化存在影響，適合產氫細菌生長的pH為4.0～6.5，產甲烷菌適宜的pH值為6.8～7.2。餐廚垃圾兩相厭氧消化，調節初始pH值為7時，水解酸化效率最高。另一方面，酸化過程發酵類型也可通過pH值體現[1]：（1）pH值為3.4～4.5，酸化過程發酵類型為乙醇型，末端產物為乙醇和乙酸;產酸相乙醇型發酵最佳pH值為4.0～4.4;（2）pH值為4.8～6.6，酸化過程發酵類型為丁酸型，末端產物為丁酸和乙酸;（3）pH值為5.5左右發生丙酸型發酵;（4）pH值>6，往往發生丁酸型發酵。

若pH值過低，可在反應器中加入適量的石灰、NaHCO3[2]。系統啟動前，需投加NaHCO3使得初始堿度達到1800mg（CaCO3）/L。若pH值過高，可投加新鮮的消化基質和水來調節水解酸化過程的pH值，可獲得更高的水解速率數和VFA產率，并且產生更低的乳酸濃度。

1.3 C/N

餐廚垃圾中有機氮含量較高，在有機負荷較高的情況下，會導致系統內氨氮濃度過高，對產甲烷菌的活性有一定影響，進而影響厭氧消化過程的產氣量及產氣率。C/N過高，可能出現酸的積累，產生酸抑制;同時N元素缺乏，出現甲烷菌的生長抑制，產甲烷量減少。C/N過低，可能發生氨抑制。研究表明，氨氮濃度低于1050mg/L，利于產甲烷菌的生長繁殖;一般氨氮濃度超過1500mg/L，系統就開始受到抑制;超過2000mg/L就會產生明顯的抑制。

抑制氨氮濃度，可采用出水稀釋氨氮濃度和進料縮短垃圾收運時間以避免有機氮向氨氮轉化等方式;可采取停止進料，加水稀釋、菌種回流等步驟，逐步降低氨氮和VFAs累積。同時采取甲烷相出水離心回流固相，提高系統內微生物的數量[2]。

1.4 VFA[3][4]

水解酸化是整個過程的限速階段。短鏈脂肪酸VFAs的產量可間接反映系統的產氣性能，其濃度反映了厭氧發酵系統酸化進行的程度。VFA主要由乙酸、丙酸、丁酸組成，是產甲烷菌群主要利用底物，VFA濃度變化變化可以反映發酵過程產酸速率，當產酸速率>產甲烷速率時，VFA會積累，使得pH值降低;VFA累積濃度隨物料含固率的增加而提高。VFA濃度（以乙酸計）一般要求低于3000mg/L。VFA濃度低于2000mg/L，利于產甲烷菌的生長繁殖。VFA濃度超過2000mg/L時，會對產甲烷菌產生毒性抑制，導致產氣量下降。

1.5 VFA/堿度

VFA/堿度是監測系統穩定性的重要指標;VFA/堿度在0.1～0.2之間，系統耐酸堿沖擊的能力較強。VFA/堿度<0.3～0.4時，表明系統的穩定性較好;0.40.8時，表明系統處在不穩定的狀態;VFA/堿度>0.8、碳酸氫鹽堿度/總堿度<0.4時，系統緩沖能力極小。

1.6 Na+

產甲烷菌對鹽類極其敏感，較低的鹽度有利于微生物的生長，反之則抑制其生長。研究發現[5]，產甲烷菌最適宜的鈉鹽濃度為350mg/L;濃度在3500～5500mg/L時對中溫產甲烷菌產生中等抑制作用;Na+濃度為8000mg/L時會產生強烈的抑制作用，導致VFA無法作為底物被利用，從而發生大量累積，致使pH下降。餐廚垃圾連續厭氧消化過程中，隨著負荷的提高和運行天數的延續，反應體系中Na+不斷累積，其累積速率也逐漸升高。可向餐廚垃圾中加入膨潤土、白云石粉、粉煤灰、輕燒MgO等礦物材料來降低Na+含量。

1.7 有機負荷[6]

為了提高厭氧消化的效率，一般都會提高系統的有機負荷率，但有機負荷率不是越大越好，必須維持在一個合適的范圍，以避免出現有機酸累積過多導致系統崩潰的現象。有機負荷過大則產甲烷菌（世代周期長，繁殖慢）受到的酸抑制就越明顯，氣化速率大大降低，有機物的去除率就大大降低。反之，當有機負荷較小時，有機物的去除率相對較高。單相發酵有機負荷一般不超過5kgVS/（m3·d），為2.5～3.0 kgVS/（m3·d）。兩相發酵最佳有機負荷為7.1kgCOD/（ m3·d），COD去除率可達75%。

2 總結

荊門市靜脈產業園餐廚垃圾、市政污泥聯合發酵優勢明顯：（1）調節發酵底物的有機營養成分;（2）產生的VFA與氨氮等中間產物進行部分中和反應，可維持系統pH值穩定;（3）提高了污泥的降解速率，縮短了整個發酵周期。

在既定工藝下，溫度、pH值、有機負荷、C/N、Na+、VFA、VFA/堿度等是影響聯合發酵系統的穩定、高效、安全與否的重要因素，在調試、運行中需制定周密的參數監測、調節方案。

參考文獻

[1]張棟，葉正祥，陳銀廣，等.兩相厭氧產氫產甲烷工藝的最新研究進展[J].中國給水排水，2012，28（06）：33-36.

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[3]何清明，李蕾，彭緒亞，et al.餐廚垃圾單相厭氧酸化系統恢復參數[J].環境工程學報，2015（3）：1427-1432.

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[5]劉研萍，王瑋，陳雪，袁海榮，鄒德勛，朱保寧，李秀金.鹽分對餐廚垃圾厭氧消化的影響[J].中國沼氣，2016，34（02）：53-57.

[6]夏元亮，劉程，呂丹，et al.有機負荷對餐廚單相厭氧消化產甲烷的影響[J].環境衛生工程，2014，22（6）：66-68.

收稿日期：2020-01-05

作者簡介：柳超（1986-），男，漢族，碩士研究生學歷，注冊環保工程師、注冊環境影響評價工程師，研究方向為固廢處理處置。