厨余垃圾湿式厌氧发酵无害化处理技术研究

摘要：湿式厌氧发酵无害化处理是处理厨余垃圾的重要技术手段，但是现行技术水平比较低，处理效果不佳，为此提出厨余垃圾湿式厌氧发酵无害化处理技术研究。采用分选制浆装置对厨余垃圾进行物料输送、浆化筛选、除砂除杂、油水分离预处理，以粪便、污水作为厨余垃圾浆液发酵材料，通过材料调配在厌氧发酵罐内进行湿式厌氧发酵，将厨余垃圾分解为沼气和沼渣回收利用，实现厨余垃圾湿式厌氧发酵无害化处理。试验结果表明，所提技术的厨余垃圾含固率最高仅为14%，有机质去除率在96%以上，可以实现对厨余垃圾的高质量处理。

关键词：厨余垃圾；湿式厌氧发酵；无害化；分选制浆；粪便污水；沼气

中图分类号：TQ920.6 文献标识码：A 文章编号：1008-9500（2024）09-00-04

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Research on Harmless Treatment Technology of Kitchen Waste through Wet Anaerobic Fermentation

WANG Shufeng

（Zhongdian International New Energy Hainan Co.， Ltd.， Chengmai 571924， China）

Abstract： Wet anaerobic fermentation harmless treatment is an important technical means for treating kitchen waste， but the current level of technology is relatively low and the treatment effect is poor. Therefore， research on wet anaerobic fermentation harmless treatment technology for kitchen waste is proposed. Using a sorting and pulping device for material transportation， pulping screening， sand and impurity removal， and oil-water separation pretreatment of kitchen waste， feces and sewage are used as fermentation materials for kitchen waste slurry. Through material blending in anaerobic fermentation tanks， wet anaerobic fermentation is carried out to separate kitchen waste into biogas and biogas residue for recycling， achieving harmless treatment of kitchen waste through wet anaerobic fermentation. The experimental results show that the proposed technology has a maximum solid content of only 14% for kitchen waste， and an organic matter removal rate of over 96%， which can achieve high-quality treatment of kitchen waste.

Keywords： kitchen waste; wet anaerobic fermentation; harmless treatment; sorting and pulping; fecal wastewater; methane

随着城市化进程的加快和生活水平的提高，城市垃圾问题日益凸显。厨余垃圾是城市垃圾的重要组成部分，具有含水率高、有机质含量高以及易腐烂等特点，给垃圾处理和环境保护带来了极大的挑战。因此，开展厨余垃圾的无害化处理技术研究，对于促进城市可持续发展、改善环境具有重要意义。厨余垃圾的无害化处理技术主要包括物理法、化学法和生物法等。其中，湿式厌氧发酵技术以其高效、环保、资源化利用等优点，在厨余垃圾处理领域受到了广泛关注。在国内，随着环保意识的提高和垃圾处理技术的不断进步，厨余垃圾湿式厌氧发酵无害化处理技术也得到了快速发展。一些城市已经建立厨余垃圾处理设施，采用湿式厌氧发酵技术处理厨余垃圾。同时，很多科研机构和高校也开展了相关研究，并取得了一系列成果。

李天水[1]分析了湿式与干式厌氧发酵技术在厨余垃圾处理中的应用，阐述了处理流程和关键技术。刘学忠[2]通过试验分析了厨余垃圾厌氧发酵技术，并提出了技术优化策略。尽管湿式厌氧发酵技术在厨余垃圾处理领域具有显著优势，但在实际应用过程中仍面临一些挑战。厌氧发酵过程需要一定的反应时间和温度条件，容易受到外界环境因素的影响，导致处理效果并不理想，为此提出厨余垃圾湿式厌氧发酵无害化处理技术研究。

1 厨余垃圾自动分选制浆

考虑到厨余垃圾无法直接进行湿式厌氧发酵处理，湿式厌氧发酵要求进料粒径小于6.5 mm，含固率低于35%，含油率小于1.5%，含杂率小于10%。为了保证处理质量，采用分选制浆装置对厨余垃圾进行预处理。分选制浆装置由物料输送、浆化筛选、除砂除杂及油水分离单元组成。

集料斗的主体为钢制，底部设有4根平行排列的无轴螺旋，左右各2根螺旋，用于将厨余垃圾送入搅拌机。在集料斗的底部设有一块过滤板，使厨余垃圾在重力作用下流到底槽中。在集料斗的上方装有液压传动的密闭盖，在不放物料的情况下，该盖子闭合，在里面保持较低的负压。接受料斗和上部的封条以及卷帘门将整个卸料室变成一个密闭的空间，并且还安装了集臭器，以避免恶臭外溢。在接收罐的旁边安装有高压水炮，在厨余垃圾卸载完毕后，用高压水炮将其冲洗干净，然后将清洗的水送入收料斗。

厨余垃圾经过高压水枪冲洗后送入浆化筛选单元，在该处理单元中将厨余垃圾粉碎浆化。浆化筛选单元由传动装置驱动，利用圆筒中的转动刀盘和破碎刀粉碎厨余垃圾[3]。刀盘转速为2 000 r/min，采用间歇给料方式。在给料过程中，使用三相分离器分离出的热液、低槽收集的沥水和车间生产用水调配原料。将厨余垃圾粉碎为粒度小于7.5 mm的碎料，粉碎后的厨余垃圾经出料口排出。厨房垃圾含有稳定、不易破碎的重物质，以及体积大的轻物质（塑料、纤维、竹木等），这些物质在浆化过程中落入磨浆机的底部，并从出渣口排放到除渣器中，集中收集。

浆化后的厨余垃圾送入旋流除砂器中进行除砂除杂，去除有机浆液中的杂质，如贝壳、玻璃、瓷器及沙子。除沙之后，使用椭圆机对有机浆液进行进一步的固-液分离，去除残留在有机浆液中的细小固体物质，从而达到高效去除固体物质的目的。完成除砂除杂后，厨房垃圾被泵送至专门的加热槽[4]。加热过程将垃圾加热至80～85 ℃，形成易于处理的浆料。加热处理后的浆料被泵送到三相分离器中进行油水分离，厨余垃圾油水分离参数如表1所示。

在此过程中，油、固体废物和水被分离出来，分离出的粗油会被直接收集到油暂存罐中，随后再由泵将其转移至外部的粗油储存罐。分离的细渣被引导至匀浆槽中，并在匀浆槽内进行调质处理。在固液两相分离后，液相部分被收集至热液暂存槽。其中，一部分热液用于前端的浆料筛分系统。另一部分经过热量交换后，被输送到均浆调质罐中，再经过泵送入厌氧供料罐，为后续的厌氧消化过程提供原料。

2 垃圾浆液湿式厌氧发酵

利用湿式厌氧发酵技术对垃圾浆液进行无害化处理，对产生的能量和产物进行二次回收利用[5]。为了保证整个处理过程的无害化和绿色化，选择动物粪便作为微生物原料，代替传统的化学试剂。垃圾浆液湿式厌氧发酵流程如图1所示。

如图1所示，将厨余垃圾浆液与粪便污水一同输送到湿式厌氧进料管中，进料要满足

（1）

式中：U为粪便污水进料量，S为待发酵的厨余垃圾浆液量，ρ为厌氧罐容积[6]。

按照式（1）确定粪便污水用量，在厌氧进料罐中调配粪便污水和厨余垃圾浆液，随后输送到厌氧发酵罐中。为了确保物料能够均匀进入厌氧发酵罐，采用螺杆泵输送设备。物料放入发酵罐后，需要控制发酵温度、pH值及发酵时间，为微生物提供理想的生长环境。其中，发酵温度控制在60 ℃左右，pH值控制在4.5左右，发酵时间不少于25 d[7]。在这样的环境条件下，甲烷菌等厌氧微生物会降解物料中的有机物，并产生沼气。沼气产生后，会聚集在厌氧发酵罐的顶部[8]。沼气从罐体顶部排出，经过去除杂质、调节气体成分等流程，最终得到纯净、可利用的沼气。剩余的沼渣经过脱水后集中收集，可以作为农作物的肥料，以此实现厨余垃圾湿式厌氧发酵无害化处理。

3 试验论证

3.1 试验准备与设计

以某垃圾处理站为试验环境，选取该垃圾处理站收集的8 t厨余垃圾为试验对象。厨余垃圾成分如下：含固率为32.42%，有机质含量为75.61%，塑料含量为6.35%，骨头含量为5.63%，金属含量为0.25%，布料含量为0.34%，贝壳含量为6.42%。利用湿式厌氧发酵技术对收集的厨余垃圾进行无害化处理。

根据《城市生活垃圾分类及其评价标准》

（CJJ/T 102—2004）中的规定，含固率低于1%、有机质去除率高于90%的垃圾达到二次利用标准。根据此要求对厨余垃圾处理后的含固率和有机质去除率进行检测，验证所提技术的性能。

3.2 结果与讨论

为确保试验的有效性，将所提技术与文献[1]提出的技术和文献[2]提出的技术进行对比。厨余垃圾处理后的含固率如表2所示，厨余垃圾的有机质去除率如表3所示。

从表2、表3可以看出，所提技术的厨余垃圾含固率最高仅为14%，有机质去除率在96%以上，优于文献[1]提出的技术和文献[2]提出的技术，并且符合《城市生活垃圾分类及其评价标准》（CJJ/T 102—2004）。试验结果表明，利用所提技术能够实现对厨余垃圾的高质量处理。

4 结论

厨余垃圾湿式厌氧发酵无害化处理技术的研究，不仅是对环境保护领域的一次重要探索，更是对未来可持续发展道路的一次深刻思考。该技术不仅能够高效、环保地处理厨余垃圾，减少环境污染，还能将厨余垃圾转化为可再利用的资源，实现废物的资源化利用。经过测试，该技术可以使厨余垃圾的含固率保持在14%以内，有机质去除率在96%以上。然而，厨余垃圾湿式厌氧发酵无害化处理技术的研究与应用仍面临诸多挑战。如何进一步提高处理效率、降低能耗、优化副产物利用等，仍需要不断深入研究与探索。

参考文献

1 李天水.厨余垃圾干式厌氧发酵与湿式厌氧发酵技术分析[J].中国资源综合利用，2024（3）：49-53.

2 刘学忠.厨余垃圾干式厌氧发酵的颗粒沉降实验分析及改进对策[J].广州化工，2023（14）：85-87.

3 袁文典，于麒麟，张耀斌.白腐菌与厌氧污泥共培养强化秸秆湿式厌氧发酵[J].能源环境保护，2024（1）：76-84.

4 宋 波，包海军，詹偶如，等.规模化秸秆厌氧发酵预处理技术研究及工程实践[J].环境工程，2023（增刊1）：415-419.

5 陈严华，曾 蒸，廖德荣，等.厨余垃圾干式厌氧发酵酸化失稳调控及微生物群落分析[J].皮革制作与环保科技，2022（18）：116-118.

6 穆震宇.规模化沼气工程湿式发酵工艺发酵罐搅拌器选择[J].设备管理与维修，2022（2）：83-84.

7 李晨彬，陈慧慧，刘玉坤.蔬菜废弃物湿式厌氧发酵机械预处理系统对比[J].生物化工，2021（6）：158-160.

8 肖扬帆，孙仕善，李昭君，等.餐厨垃圾中温湿式厌氧发酵产沼气的研究[J].中国资源综合利用，2021（6）：32-34.