餐厨垃圾厌氧消化处理工艺的改进和应用

李汉基

【摘 要】近年来，随着人民生活水平的不断提高，餐厨垃圾的产量也日益增加，未经处理的餐厨垃圾不仅滋生蚊虫，而且污染水体和大气。厌氧消化工艺是目前餐厨垃圾处理中常用的一种工艺，但该工艺处理中存在着餐厨垃圾消化条件难控制的问题。本文结合具体餐厨垃圾处理工程，就厌氧消化工艺进行了改进。结果表明，系统稳定运行，处理效果令人满意。

【关键词】餐厨垃圾；厌氧消化；处理；挥发性脂肪酸

随着我国社会、经济的发展，人民生活水平不断提高，城市生活垃圾也在急剧增加。据统计调查，餐厨垃圾占城市生活垃圾总量的30%～40%。餐厨垃圾包括家庭产生的易腐性厨余垃圾和饭店、单位食堂等产生的易腐性餐饮垃圾。餐厨垃圾的成分十分复杂，易腐烂变质，其在运输与处理的过程中不仅滋生蚊虫，而且污染水体和大气。厌氧消化工艺是目前餐厨垃圾处理中常用的一种工艺，但在处理过程中仍存在很多问题，如餐厨垃圾单独消化处理时极易出现酸化现象，处理效率低（负荷低）等，为此，必须对厌氧消化工艺进行改进。

1.材料与方法

1.1 材料

餐厨垃圾来自垃圾填埋场，其各项理化指标如表1所示；。其中污染物指标均满足GB4284—84《农用污泥中污染物控制标准》要求。

1.2 试验方法

将厌氧消化处理进料基质的含水量均调整为（10±2）%。厌氧消化反应器容积50L，搅拌强度、温度（35℃）、pH由智能控制系统控制，试验过程中的各指标分析均由我单位承担。试验中，厌氧系统经驯化培养运行6个月后，采取分阶段逐步提高餐厨垃圾有机负荷和提高市政污泥比例的方法，进行餐厨垃圾联合市政污泥厌氧消化试验。试验分4个阶段（表2）。

第1阶段为单一消化餐厨垃圾，有机负荷为2.34g/（L·d）条件下稳定运行约30d后提高有机负荷至3.50g/（L·d）运行约10d，因有机负荷提高后系统不能正常运行而中止第1阶段试验。为解决该问题采取了添加市政污泥的方案，在系统恢复正常后进行了餐厨垃圾与市政污泥的配比试验。将餐厨垃圾与市政污泥按质量比为2：1混合后进行第2阶段试验，此时有机负荷为3.79g/（L·d），HRT为25d；运行后期由于氨氮浓度过高重新进行了配比调整，将餐厨垃圾与市政污泥质量比调整为1：1进行第3阶段试验，有机负荷为3.77g/（L·d），HRT为25d；第4阶段餐厨垃圾与市政污泥配比不变（1：1），提高有机负荷至5.29g/（L·d），HRT为20d。

2.结果与分析

2.1 pH与挥发性脂肪酸（VFA）浓度变化

试验过程中每天监测pH，每3～4d监测一次VFA浓度，第1阶段在低有机负荷〔2.34g/（L·d）〕时，餐厨垃圾单独厌氧消化的pH和VFA浓度均较稳定；当提高餐厨垃圾有机负荷〔3.50g/（L·d）〕时，pH低于系统正常控制范围出现酸化，VFA浓度也急剧升高到近5000mg/L，说明当有机负荷提高时，酸化现象影响发酵系统不能正常运行。而在添加市政污泥后的第2、第3和第4阶段（40d以后）试验中，pH（6.80～7.60）与VFA浓度（2000～3000mg/L）基本保持在系统正常运行的范围。

为了保证反应器内有足够浓度的厌氧菌，pH通常应维持在7.0～7.5，以满足厌氧菌的最佳生长代谢环境，通常稳定的厌氧反应体系中pH可通过厌氧反应中的产酸反应和产甲烷反应平衡。但当产酸反应速率大于产甲烷化速率，则出现有机酸的积累，pH降低，而低pH抑制了甲烷化反应，加剧了有机酸的积累，形成有机酸浓度增加的恶性循环。

为维持系统稳定的pH，在应急情况下可采用加碱中和等手段。

2.2 氨氮浓度及碱度变化

餐厨垃圾市政污泥联合消化系统每3～4d监测一次氨氮浓度及碱度，其变化如图1所示。

由图1可知，随着厌氧消化系统有机质停留时间的缩短（有机负荷提高），在第2阶段（40～60d）明显检测到氨氮浓度有积累升高的趋势，从约1500mg/L升高到约2500mg/L，最终导致系统运行不正常。分析认为是由于氨氮浓度过高对厌氧菌的生物活性有抑制的作用，但抑制浓度的阈值和抑制的程度均没有一定的标准，通常认为氨氮浓度在2000mg/L时就会产生明显的抑制效果。第3和第4阶段（65～110d）在同样的有机负荷条件下，通过增加市政污泥的添加比例，氨氮浓度能有效地降低至正常的范围。

图1 氨氮浓度和碱度变化

根据研究可知，正常运行的厌氧反应器碱度为小于5000mg/L，而在该试验中，厌氧消化系统的碱度从开始的7729mg/L降到最后的6758mg/L，比正常碱度值要高出30%左右。随着有机负荷的提高，整个过程的碱度略有降低，但均比较稳定。

2.3 厌氧消化沼气变化

餐厨垃圾和市政污泥通过厌氧消化反应，其中的大部分有机碳在微生物的作用下转化成沼气（主要含二氧化碳和甲烷，占99%），沼气中常含有少量硫化氢，是由厌氧消化蛋白质产生的，沼气的产率以及沼气中甲烷浓度直接反应厌氧消化体系进程。沼气产率通过湿式流量计检测，沼气中的甲烷用碱吸收法测定，试验结果如图2所示。由图2可知，餐厨垃圾与市政污泥联合消化沼气产气量随有机负荷的增加而增加，而沼气中的甲烷浓度有所降低。

图2 厌氧系统沼气产率变化

2.4 TS浓度变化

厌氧消化基质进料和出料的固体浓度不但是厌氧反应的重要控制因素，其变化值也是厌氧消化效率高低的重要衡量指标，该试验4个阶段平均TS浓度变化如表3所示。

由表3可知，餐厨垃圾和市政污泥中的有机质浓度较高〔VS（挥发性固体）/TS达到80%以上〕，单独消化处理餐厨垃圾TS去除率可达71.70%，与市政污泥联合消化去除率约60%。通过联合消化技术，可使有机负荷从单独消化的2.34g/（L·d）提高到5.29g/（L·d）；沼气产率也可从0.78L/g提高到1.03L/g，提高了32.05%。

3.结束语

总之，采用改进后的厌氧消化工艺来处理餐厨垃圾，不仅解决了餐厨垃圾单独消化出现的酸化现象，同时有效地提高了厌氧消化系统的有机负荷率，缩短了反应停留时间，极大地提高了设备设施的利用效率，为产业化生产处理提供参考。

参考文献：

[1] 潘凤开.餐厨垃圾厌氧消化工艺的研究与应用[J].广东化工，2013年第4期

[2] 邹辉；吴刚.厌氧消化在餐厨垃圾处理中的应用[J].环境科技，2011年S2期