餐廚垃圾厭氧消化預處理工藝探究

陳靜霞 牧蘭

摘要：餐廚垃圾的成分十分復雜，并含有大量的有機物、油脂與鹽分，為寄生蟲、病原微生物、霉菌毒素等有害物質(zhì)提供了有利的生存環(huán)境，因此餐廚垃圾十分容易發(fā)酵、腐爛、變質(zhì)和發(fā)臭。隨著人們生活水平、物質(zhì)條件的改善，我國的餐飲業(yè)飛速發(fā)展，餐廚垃圾已經(jīng)成為主要的城市生活垃圾。盡管餐廚垃圾中含有大量的有害物質(zhì)，但也可以通過提取其中的油脂加以回收和利用，轉(zhuǎn)化為沼氣等能源。本文探討了預處理工藝在餐廚垃圾中的應(yīng)用和價值。

關(guān)鍵詞：餐廚垃圾;厭氧消化;預處理工藝;應(yīng)用

隨著城市餐飲行業(yè)的不斷壯大，餐廚垃圾的產(chǎn)量也在持續(xù)增加，如果沒有科學、有效的處理措施，餐廚垃圾將會對城市環(huán)境造成嚴重破壞和污染。餐廚垃圾的主要特點是含水量多、高油脂，極其容易腐爛和變質(zhì)，為各種細菌、病毒的滋生與傳播提供了良好環(huán)境。發(fā)達國家基本已經(jīng)實現(xiàn)了法制化的餐廚垃圾處理，歐盟國家嚴令禁止填埋餐廚垃圾;日本主要采用厭氧消化技術(shù)來處理餐廚垃圾;韓國專門針對餐廚垃圾建立了回收機制，通過厭氧消化-生物氣回收和生物反應(yīng)器進行處理。2003年開始，歐洲各國主要通過厭氧消化技術(shù)來處理餐廚垃圾，中國作為發(fā)展中國家，還未建立完善的餐廚垃圾處理工藝，圍繞這一課題展開探究，具有深刻的理論與現(xiàn)實意義。

一、餐廚垃圾的特點與厭氧消化的影響參數(shù)

餐廚垃圾中含有的成分比較復雜，既包含大分子有機物，比如脂肪、淀粉、蛋白質(zhì)和纖維素等;又包含有機酸、無機鹽，此外還有許多微量元素。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，餐廚垃圾十分適合厭氧微生物的生長和繁殖，因此厭氧消化預處理工藝成為研究焦點，厭氧消化主要分為四個步驟，分別是水解、酸化、產(chǎn)乙酸與產(chǎn)甲烷。多種因素都會對厭氧消化的效果產(chǎn)生影響，比如PH、長鏈脂肪酸、發(fā)酵溫度、VFA、碳氮比等。厭氧消化最重要的因素是發(fā)酵溫度，在30～40℃的中溫和50～60℃的高溫環(huán)境下最適合厭氧消化。發(fā)酵溫度會對厭氧消化過程中產(chǎn)生的酶的活性造成影響，繼而影響甲烷的產(chǎn)量以及厭氧消化最終的處理結(jié)果。PH值同樣會影響厭氧消化的效率，產(chǎn)甲烷菌在PH值6.5～8.2的環(huán)境中，活性最強，最適合的PH值是7.0，所以在連續(xù)進料反應(yīng)器的啟動階段就應(yīng)該加入NaOH與NaHCO3調(diào)整PH值。但也有觀點認為，最適合的PH值會根據(jù)底物的種類以及消化工藝而發(fā)生改變。在厭氧消化過程中會產(chǎn)生VFA，VFA也是產(chǎn)甲烷菌的底物，隨著VFA的不斷積累，PH值會降低，甚至還會反應(yīng)失敗。在丙酸與乙酸比>1.4，或者乙酸的含量>0.8g/L的情況下，厭氧消化的失敗率很高。餐廚垃圾中的長鏈脂肪酸的含量高達5.0g/L，長鏈脂肪酸可以吸附在細胞壁、細胞膜上，并傳遞阻礙代謝過程中產(chǎn)生的物質(zhì)。碳源是餐廚垃圾中微生物能量的主要供應(yīng)源，氮源可以促進細胞的增殖，但餐廚垃圾中并沒有很多的氮元素，可通過添加畜禽類的糞便、尿素等物質(zhì)來補充氮源。

二、餐廚垃圾的厭氧消化預處理工藝

1、分選破碎聯(lián)合濕熱水解工藝的應(yīng)用

①接料：運送餐廚垃圾的車輛進廠后，把垃圾卸載到料坑中，通過貝殼形的抓斗把餐廚垃圾轉(zhuǎn)移到斗式提升機中，提升機可以把液相和固相物料運送到分選設(shè)備內(nèi)。

②分選破碎：通過旋篩分離餐廚垃圾中的雜物，再把雜物外運。有機物料需要轉(zhuǎn)移到專用的破碎機內(nèi)，并且破碎為漿狀，物料充分破碎后，再使用專用泵運送到濕熱水解系統(tǒng)。

③濕熱水解：濕熱水解裝置具有攪拌功能，還配備了夾套式的換熱器，可利用蒸汽間接對物料加熱。濕熱水解的溫度為120℃，水解的時間為2h。通過濕熱水解可以讓餐廚垃圾中的油脂充分溶出，在高溫蒸煮下，一部分固相有機物會液化，并提高液相中有機物的含量。

④油水分離：經(jīng)濕熱水解后，漿料會進入三相離心機。漿料中的油相會在碟式離心機的作用下對油脂提純，固相是制作飼料的主要原料，含有大量有機質(zhì)的水相會進入均質(zhì)池內(nèi)，并成為厭氧消化的底物。

分選破碎+濕熱水解的預處理工藝能夠讓餐廚垃圾中的大分子有機物充分水解，成為小分子有機物，有效提高了厭氧消化的效率。同時，濕熱水解會改變油脂的形態(tài)，有助于固相油脂的浸出、液化與上浮，還能改善固相油脂的分離特點，提高出油率。缺點是餐廚垃圾中的一部分有機物料會進入飼料生產(chǎn)環(huán)節(jié)，所以我國在這方面有了嚴格的限制。

2、粗分選聯(lián)合自動分選制漿一體機工藝的應(yīng)用

①接料：收集餐廚垃圾的專用車將物料傾倒進料斗內(nèi)，料斗的底部設(shè)計了螺旋輸送機，底部的開孔還具有瀝水功能，輸送泵把瀝水運送到分選制漿一體機。

②分選：這一環(huán)節(jié)由粗分選機、分選制漿一體機以及除砂機三部分組成。螺旋輸送機把餐廚垃圾運送到粗分選機，根據(jù)粒徑，粗分選機對餐廚垃圾進行分選，分出粒徑>60mm的物料，然后再經(jīng)螺旋運輸機運送到專用拉臂箱中。粒徑<60mm的餐廚垃圾會被運送到制漿分選一體機，內(nèi)部設(shè)計了高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)錘，會把餐廚垃圾制作成漿液，并分離出塑料和骨頭等雜物。物料被充分漿化后，通過除砂裝置分離物料中的貝殼和砂石，然后泵送到后續(xù)的加熱分離環(huán)節(jié)。

粗分選+自動分選制漿一體機工藝的優(yōu)勢在于：制漿的同時可以分離餐廚垃圾中的雜質(zhì)，而且分離效率高。缺點是制漿分選一體機是一種旋轉(zhuǎn)速度極快的轉(zhuǎn)錘式破碎機，如果餐廚垃圾中含有大量雜質(zhì)，很容易加重轉(zhuǎn)錘的磨損程度。

3、分選破碎一體機聯(lián)合淋濾水解工藝的應(yīng)用

①接料：參考“粗分選+自動分選制漿一體機工藝”。

②分選：分選破碎一體機會把餐廚垃圾破碎為漿液，并且分離出其中的輕物質(zhì)以及一部分的重物質(zhì)。原理同制漿分選一體機，區(qū)別是分選破碎一體機分離出的物料粒徑比較大，還需要后續(xù)處理，才能進入?yún)捬跸到y(tǒng)。

③固液分離：使用加熱器把漿液狀的物料加溫到80℃，促進物料中的固態(tài)油脂分離，提高除油率。經(jīng)過升溫后，物料進入擠壓脫水和固液分離環(huán)節(jié)，然后運送到油水分離系統(tǒng)。固態(tài)的物料進入淋濾水解器，泵入適量的厭氧消化罐回流水，淋濾水解器具有攪拌功能，物料和厭氧反應(yīng)器可以充分接觸兩三天。固態(tài)物料內(nèi)含有的有機物會在堿性厭氧細菌的作用下水解和酸化，其中的大分子固態(tài)物質(zhì)會分解成小分子的液態(tài)物質(zhì)，水解完成后，淋濾水解器中的物料主要為無機物，可以直接填埋，液相物質(zhì)會被泵送到厭氧系統(tǒng)。

④油水分離：該系統(tǒng)通過三相離心機分離漿料中的油脂成分，分離完成后，固相和水相會一并進入?yún)捬跸到y(tǒng)。

分選破碎一體機+淋濾水解工藝最大的優(yōu)點是：微生物淋濾水解的成本較低;缺點是淋濾水解反應(yīng)器的水解時間較長，餐廚垃圾越多，占地面積就越大。

結(jié)束語

綜上所述，厭氧消化預處理工藝不僅成本低，而且具有節(jié)能減排的優(yōu)勢。餐廚垃圾中的成分復雜，而且極不穩(wěn)定，在預處理的過程中，應(yīng)重視對各環(huán)節(jié)的監(jiān)管與控制，加大進場垃圾的管控力度，保證預處理工藝的順利開展。

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