餐厨垃圾厌氧处理的工艺特点分析

张再起，陈 杰，陈可金

(1.湖北省农业科学院植保土肥研究所，武汉 430064;2.湖北省农村能源办公室，武汉 430070)

1 引言

餐厨垃圾是指由家庭产生的厨房有机垃圾和食品加工，饮食服务，单位供餐等活动中产生的废弃食用物质。随着社会经济发展和生活水平的不断提高，餐厨垃圾正成为我国政府面临的新问题。餐厨垃圾中含有大量病菌，如用来喂猪，极易引发同源疾病的传播，特别是近来禽流感的爆发及欧洲国家爆发的二口恶英和口蹄疫事件，引起了各国政府的高度重视，发达国家已纷纷立法，严禁用餐厨垃圾作饲料来喂猪，也严禁将其焚烧易产生二口恶英)。我国近年也开始重视此问题，各大城市如北京、上海、广州、杭州、深圳等纷纷制定《餐厨垃圾管理办法》。但大多数城市的餐厨垃圾被近郊的一些养殖户收购去作饲料用于喂猪及提炼潲水油，少数通过发酵做为饮料，极少数通过厌氧发酵制沼气，还有部分进入生活垃圾被填埋［1］。

目前我国餐厨垃圾的收集还很不规范，也没有相关的规范约束，具有以下特殊性:一是形状不规范，材质较为特殊的大块杂物可能会混杂在垃圾之中;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杂质含量较多;四是垃圾中水分及有机物含量较高，垃圾在短时间内即呈现酸性。

2 处理特征

2.1 具有显著的废物和资源的二重性

资源性:我国餐厨垃圾富含淀粉、脂肪、蛋白、纤维等有机物质，氮、磷、钾、钙以及各种微量元素;有毒有害化学物质(如重金属等)含量很少，营养丰富，是制作动物饲料和有机肥的丰富资源，用来作为厌氧发酵的底物还可以产生清洁能源沼气。

废物性:餐厨垃圾易腐烂变质，易携带滋生病菌。直接利用和使用不当的处理会造成病源菌的传播和感染。不法分子利用潲水油、地沟油制造加工食物油，重返餐桌直接危害人类健康。

2.2 处理难度大

餐厨垃圾作为城市有机生活垃圾的主要成分，因其高水分、高油脂、高盐分以及易腐发臭、易生物降解等特点。在较高温度下，餐厨垃圾腐烂变质速率很快，如果产生到处理的时间长会使其可回收利用价值降低;由于我国餐厨垃圾其成分复杂且含量远远高于国外，所以国外的工艺并不适用，这就加大了处理难度［2］。

3 餐厨垃圾的厌氧处理工艺流程

针对我国餐厨垃圾处理利用的特点要求，其厌氧处理工艺流程见图1。

图1 餐厨垃圾厌氧处理工艺流程图

4 餐厨垃圾的厌氧处理工艺特点

厌氧降解过程主要是指在无分子氧存在的条件下，通过厌氧微生物(或兼氧微生物)的作用将有机物分解转化为沼气(主要是甲烷)的过程［3］。其过程是在密闭的反应器(发酵罐)中进行的，因此反应器的运行参数会直接影响到厌氧发酵过程。按照反应器运行的技术参数，厌氧工艺可分为:中温工艺与高温工艺(按照反应器内温度划分);湿法工艺与干法工艺(按照垃圾中干物质含量划分);单相工艺和两相工艺(按照厌氧降解阶段划分);序批次工艺与连续式工艺(按照进料方式划分)。

工业化厌氧处理厂的工艺选择主要依据厌氧降解阶段采用的工艺来确定。本文以湿法中温工艺为例，分析餐厨垃圾厌氧处理的一些工艺特点，探讨适合中国餐厨垃圾厌氧处理的工艺技术。

4.1 预处理工艺特点

采用湿法工艺时，要求进入厌氧降解容器内的物料中干物质含量小于20%。超出这一范围，须选用干法工艺。湿法厌所降解工艺对预处理的要求是，去除餐厨垃圾原料中会影响有机物厌氧降解的物质。如金属、玻璃、沙石、塑料等。同时调节物料中干物质含量至20%以下。目前我国餐厨垃圾的收集不规范，垃圾中可能混有的杂质种类繁多，厨具、餐具、包装物品等都有可能会随着垃圾进入到处理厂内，这就增加了预处理的难度。根据目前国内的情况看，预处理阶段的问题主要集中在餐厨垃圾中大块杂质较多，会对预处理阶段的设备产生损害，进而影响处理效果。因此在工艺设计中，必须事先考虑到这种可能，增加必要的破碎机设备，最大限度地去除其中的大块杂质。

另外，采用湿法工艺时要求对垃圾原料进行粉碎，使物料颗粒小于12mm，便于厌氧菌吸附，加快厌氧降解进程。餐厨垃圾中可能含有玻璃，金属、木制品等，对粉碎机的要求较高，能够连续稳定地将颗粒粉碎至要求的大小。粉碎后物料中混杂的小颗粒重物质，如金属、沙石、玻璃等，如果进入厌氧发酵罐内，长时间运行时会形成堆积，减少发酵罐的有效容积，削弱厌氧降解效果。因此在预处理阶段的设计中，应选用恰当设备实现生物质的去除，来保证后阶段厌所降解阶段的顺利进行。

4.2 油脂回收工艺特点

餐厨垃圾中含有大量的动植油，它们对厌氧消化过程有一定的抑制作用，因此需要单独考虑油脂的回收工艺。废弃的油脂需要从垃圾中分离出来，再进一步地加工成可再次利用的高附加值产品，如生物柴油等。从餐厨垃圾中分离油脂的工艺相对成熟，可先将其中的液体部分滤出，再对液体部分进行油水分离。利用自然沉降的方式。近年来出现了湿热除油法，通过高温蒸煮的方式，尽可能地将垃圾中含有的固态油脂转化为液态油脂，然后再采用油水分离出油脂，以增加油脂分离的比例。

4.3 厌氧降解工艺特点

厌氧降解是餐厨垃圾厌氧处理利用的核心工艺部分，影响厌氧降解过程的因素主要有物料的PH值，温度和搅拌效果等。

厌氧降解阶段经常出现的问题是发酵罐酸化。酸化是由于有机物降解时产生有机酸的速度极快，罐内环境呈酸性。酸性环境抑制甲烷菌的生长，进而影响厌氧降解过程。目前工艺技术上可以解决发酵罐酸化的问题，采用两级降解的方式。由于有机酸化过程极快，可在厌氧发酵罐前设置一个水解酸化罐，人为的将厌氧降解过程分为两个阶段。先将有机物转化为有机酸，再将有机酸导入发酵罐中，通过选择合适的罐体大小以及合适的搅拌方式，避免发酵罐内出现酸化现象。所以，采用二相技术，工艺上更易控制，沼气中甲烷含量更高。

中温发酵是指发酵温度一般在30℃ ～40℃范围之间，中温发酵加热量少，发酵容器散热较少，反应和性能较为稳定，可靠性高，如果物料有较好的前处理，会提高反应速度和气体产量;同时中温时发酵罐内的氨氮物质浓度较低，对厌氧菌的抑制作用较小，厌氧降解过程较为稳定。

搅拌的目的是使罐内的物料、温度、PH值能够均匀分布，保证厌氧降解过程的进行。搅拌的方式主要有气体搅拌、泵循环搅拌及机械搅拌。通常大型发酵罐多采用机械搅拌方式。机械搅拌在罐内可形成较好的流场，实现物料、温度、PH值的均匀分布。同时结合物料进出罐的位置与方式，避免罐内出现生物质堆积沉淀以及浮渣［4］。

4.4 “三沼”的处理工艺特点

沼气:餐厨垃圾经过厌氧反应器产生的沼气是含有饱和水蒸气的混合气体，除含有CH4和CO2外，还含有H2S气体和悬浮的颗粒状杂质。因此新产生的沼气还需经脱硫、气水分离等净化处理后才能作为发电机组的燃料。通过发电机的余热回收锅炉产生的蒸气，用于厌氧罐的保温和增温，可实现热量自给，实现能量最大化利用和提高容积产气率，减少投资成本和经营成本。

沼渣和沼液:由于沼渣和沼液中含有N、P、K和多种微量元素，利用沼渣生产生物有机肥，将沼液制作浓缩合成液，应用在有机、绿色生态农业和畜禽、水产养殖业，实现资源循环再利用。

5 结论

厌氧消化技术处理餐厨垃圾能够最大限度地实现对有用物质及能量的回收和利用，在处理过程中避免了造成二次污染的有害有毒气体和液体的排放，做到真正的无害化，减量化和资源化处理。另外，厌氧发酵处理后的残留物无论是作肥料还是作饲料，都可取得较好的经济效益。

在餐厨垃圾厌氧消化处理的工程应用方面，目前我国还处于起步阶段，还没有商业化的餐厨垃圾厌氧消化处理工程投入实际运行。究其原因，除经济因素外，其中一个重要的方面是缺乏对餐厨垃圾厌氧消化工艺技术的系统研究和掌握。寻找适合我国餐厨垃圾组分与特点的厌氧处理工艺，解决其厌氧消化过程中水解速度慢、厌氧发酵过程中的酸抑制和氨氮抑制、甲烷产量低、发酵后的沼液及沼渣处置等难题，并保证厌氧消化系统的运行稳定，降低运行管理难度及费用是当前亟待解决的关键技术问题。

［1］沈剑山，颜晓英，蒋宏华.餐厨垃圾厌氧消化及综合利用技术.云南师范大学学报，2011(9):220～224.

［2］张庆芳，杨林海，周丹丹.餐厨垃圾废弃物处理技术概述.中国沼气，2012，30(1):22 ～26.

［3］徐晓军，管锡君，羊依金.固体废弃物污染控制原理与资源化技术.冶金工业出版社，2007.

［4］刘国治，尤宇嘉.中国餐厨垃圾厌氧处理工艺难点.中国沼气，2011，29(6):33 ～34.