荆门市静脉产业园餐厨垃圾、市政污泥联合发酵系统主要监控指标及控制措施

柳超 关小敏

摘要：荆门市静脉产业园餐厨垃圾、市政污泥采用联合发酵工艺，结合厌氧发酵机理。本文分析了餐厨垃圾、市政污泥联合发酵系统运行过程中温度、pH值、有机负荷、C/N、Na+、VFA、VFA/碱度等关键影响因子，并提出了相应控制措施来确保联合发酵系统安全、稳定、高效的运行。

關键词：餐厨垃圾;污泥;联合发酵

中图分类号：X799.3 文献标识码：A 文章编号：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

荆门市静脉产业园城市有机废弃物处理厂采用联合发酵工艺，设计处理能力为：餐厨垃圾50t/d、市政污泥245t/d，主要产品包括：沼气12700Nm3/d、粗油脂547.5 t/a、营养土1.1×104t/a。本文结合该厂前期调试运行情况以及国内外相关工程的实际运行参数，系统分析了餐厨垃圾、市政污泥联合发酵的关键影响因素，并提出了对应的控制措施，有较强的针对性和操作性，可供同业人员参考。

1 厌氧发酵主要影响因子及控制措施

1.1 温度

厌氧反应器的最佳温度为35℃，温度的变化范围应控制在33.5～36.5℃为宜，其波动范围一般不宜超过±2℃，但一般需加热保持这个温度。加热一般分为发酵设施内部加热、外部加热两种方式，从设备维护、检修便利性分析一般采用外加热方式。因此在实际工程中，应采取增设备用锅炉系统和备用汽水混合旁路，以保证能源稳定供应。

1.2 pH值

pH值对餐厨垃圾水解酸化存在影响，适合产氢细菌生长的pH为4.0～6.5，产甲烷菌适宜的pH值为6.8～7.2。餐厨垃圾两相厌氧消化，调节初始pH值为7时，水解酸化效率最高。另一方面，酸化过程发酵类型也可通过pH值体现[1]：（1）pH值为3.4～4.5，酸化过程发酵类型为乙醇型，末端产物为乙醇和乙酸;产酸相乙醇型发酵最佳pH值为4.0～4.4;（2）pH值为4.8～6.6，酸化过程发酵类型为丁酸型，末端产物为丁酸和乙酸;（3）pH值为5.5左右发生丙酸型发酵;（4）pH值>6，往往发生丁酸型发酵。

若pH值过低，可在反应器中加入适量的石灰、NaHCO3[2]。系统启动前，需投加NaHCO3使得初始碱度达到1800mg（CaCO3）/L。若pH值过高，可投加新鲜的消化基质和水来调节水解酸化过程的pH值，可获得更高的水解速率数和VFA产率，并且产生更低的乳酸浓度。

1.3 C/N

餐厨垃圾中有机氮含量较高，在有机负荷较高的情况下，会导致系统内氨氮浓度过高，对产甲烷菌的活性有一定影响，进而影响厌氧消化过程的产气量及产气率。C/N过高，可能出现酸的积累，产生酸抑制;同时N元素缺乏，出现甲烷菌的生长抑制，产甲烷量减少。C/N过低，可能发生氨抑制。研究表明，氨氮浓度低于1050mg/L，利于产甲烷菌的生长繁殖;一般氨氮浓度超过1500mg/L，系统就开始受到抑制;超过2000mg/L就会产生明显的抑制。

抑制氨氮浓度，可采用出水稀释氨氮浓度和进料缩短垃圾收运时间以避免有机氮向氨氮转化等方式;可采取停止进料，加水稀释、菌种回流等步骤，逐步降低氨氮和VFAs累积。同时采取甲烷相出水离心回流固相，提高系统内微生物的数量[2]。

1.4 VFA[3][4]

水解酸化是整个过程的限速阶段。短链脂肪酸VFAs的产量可间接反映系统的产气性能，其浓度反映了厌氧发酵系统酸化进行的程度。VFA主要由乙酸、丙酸、丁酸组成，是产甲烷菌群主要利用底物，VFA浓度变化变化可以反映发酵过程产酸速率，当产酸速率>产甲烷速率时，VFA会积累，使得pH值降低;VFA累积浓度随物料含固率的增加而提高。VFA浓度（以乙酸计）一般要求低于3000mg/L。VFA浓度低于2000mg/L，利于产甲烷菌的生长繁殖。VFA浓度超过2000mg/L时，会对产甲烷菌产生毒性抑制，导致产气量下降。

1.5 VFA/碱度

VFA/碱度是监测系统稳定性的重要指标;VFA/碱度在0.1～0.2之间，系统耐酸碱冲击的能力较强。VFA/碱度<0.3～0.4时，表明系统的稳定性较好;0.40.8时，表明系统处在不稳定的状态;VFA/碱度>0.8、碳酸氢盐碱度/总碱度<0.4时，系统缓冲能力极小。

1.6 Na+

产甲烷菌对盐类极其敏感，较低的盐度有利于微生物的生长，反之则抑制其生长。研究发现[5]，产甲烷菌最适宜的钠盐浓度为350mg/L;浓度在3500～5500mg/L时对中温产甲烷菌产生中等抑制作用;Na+浓度为8000mg/L时会产生强烈的抑制作用，导致VFA无法作为底物被利用，从而发生大量累积，致使pH下降。餐厨垃圾连续厌氧消化过程中，随着负荷的提高和运行天数的延续，反应體系中Na+不断累积，其累积速率也逐渐升高。可向餐厨垃圾中加入膨润土、白云石粉、粉煤灰、轻烧MgO等矿物材料来降低Na+含量。

1.7 有机负荷[6]

为了提高厌氧消化的效率，一般都会提高系统的有机负荷率，但有机负荷率不是越大越好，必须维持在一个合适的范围，以避免出现有机酸累积过多导致系统崩溃的现象。有机负荷过大则产甲烷菌（世代周期长，繁殖慢）受到的酸抑制就越明显，气化速率大大降低，有机物的去除率就大大降低。反之，当有机负荷较小时，有机物的去除率相对较高。单相发酵有机负荷一般不超过5kgVS/（m3·d），为2.5～3.0 kgVS/（m3·d）。两相发酵最佳有机负荷为7.1kgCOD/（ m3·d），COD去除率可达75%。

2 总结

荆门市静脉产业园餐厨垃圾、市政污泥联合发酵优势明显：（1）调节发酵底物的有机营养成分;（2）产生的VFA与氨氮等中间产物进行部分中和反应，可维持系统pH值稳定;（3）提高了污泥的降解速率，缩短了整个发酵周期。

在既定工艺下，温度、pH值、有机负荷、C/N、Na+、VFA、VFA/碱度等是影响联合发酵系统的稳定、高效、安全与否的重要因素，在调试、运行中需制定周密的参数监测、调节方案。

参考文献

[1]张栋，叶正祥，陈银广，等.两相厌氧产氢产甲烷工艺的最新研究进展[J].中国给水排水，2012，28（06）：33-36.

[2]邵琳，朱光灿.餐厨垃圾厌氧消化工艺的影响与优化[J].环境科技，2008，21（06）：56-59.

[3]何清明，李蕾，彭绪亚，et al.餐厨垃圾单相厌氧酸化系统恢复参数[J].环境工程学报，2015（3）：1427-1432.

[4]李晓帅，张栋，戴翎翎，等. 污泥与餐厨垃圾联合厌氧消化产甲烷研究进展[J].环境工程，2015，33（09）：100-104.

[5]刘研萍，王玮，陈雪，袁海荣，邹德勋，朱保宁，李秀金.盐分对餐厨垃圾厌氧消化的影响[J].中国沼气，2016，34（02）：53-57.

[6]夏元亮，刘程，吕丹，et al.有机负荷对餐厨单相厌氧消化产甲烷的影响[J].环境卫生工程，2014，22（6）：66-68.

收稿日期：2020-01-05

作者简介：柳超（1986-），男，汉族，硕士研究生学历，注册环保工程师、注册环境影响评价工程师，研究方向为固废处理处置。