好文推薦 | 基于餐廚垃圾與市政污泥特性及聯(lián)合生物處理技術(shù)分析

餐廚垃圾的組分和性質(zhì)會(huì)隨季節(jié)、產(chǎn)生群體的飲食和生活習(xí)慣的不同有明顯差異，同時(shí)餐廚垃圾的存放和收集方式的不同也會(huì)影響餐廚垃圾的組分。這導(dǎo)致了我國餐廚垃圾的組分比較復(fù)雜。通常包括食物殘?jiān)⒐穷^、塑料、木頭、織物和金屬等。其中，食物殘?jiān)?、骨頭和塑料占比較大，木頭、織物和金屬等雜物較少。餐廚垃圾整體含水率較高，約為75%~85%。脂肪和蛋白占比較大，有機(jī)質(zhì)含量高，約占干質(zhì)量的80%~93%。油脂含量豐富，約占2%~3%，后續(xù)油脂經(jīng)回收提取可產(chǎn)生較高的經(jīng)濟(jì)效益。餐廚垃圾的鹽分含量也較高，約占0.3%~1%，且易腐爛變臭、滋生蚊蠅、傳播病菌，對人類和環(huán)境造成不利影響。因此，餐廚垃圾具有資源和危害的雙重特點(diǎn)。

隨著我國城市化進(jìn)程的加快，城市污水處理覆蓋面不斷擴(kuò)大，作為污水處理重要副產(chǎn)品的污泥也大量產(chǎn)生。然而，與污水處理率高形成鮮明對比的是污泥無害化處理率低。污泥具有含水率高、體積大、易腐、有異味、含有大量細(xì)菌和寄生卵等特點(diǎn)。未經(jīng)處理的污泥隨意堆放，容易通過雨水侵蝕和滲漏對地下水和土壤造成二次污染，直接危害人體健康。

隨著生活垃圾填埋場使用年限縮短，污泥混合填埋的處理方式無法持續(xù)使用，多地嘗試將含水率在60%~80%的污泥直接運(yùn)輸至生活垃圾焚燒廠同生活垃圾混合焚燒。但混合焚燒污泥對生活垃圾焚燒廠焚燒爐造成巨大壓力，隨著摻燒污泥量的增加，飛灰產(chǎn)生量、煙氣處理費(fèi)用隨著增長，同時(shí)發(fā)電量減少。因此必須降低污泥含水率以提高處置效率。

市政污泥和餐廚垃圾的聯(lián)合生物處理可以平衡營養(yǎng)物質(zhì)和接種微生物，通過兩者的耦合實(shí)現(xiàn)減量化、無害化和資源化處理。    

聯(lián)合厭氧消化是在厭氧條件下，由兼性細(xì)菌和厭氧細(xì)菌將城市污泥和餐廚垃圾中復(fù)雜的高分子有機(jī)物分解為二氧化碳、甲烷和水的過程。具體是指在缺氧條件下完成厭氧微生物反應(yīng)，通過代謝活動(dòng)降解餐廚垃圾有機(jī)物，將餐廚垃圾制成甲烷[2]。具體流程為：設(shè)置缺氧環(huán)境，水解餐廚垃圾多聚體，在產(chǎn)酸階段完成乙酸酯化反應(yīng)，經(jīng)特殊處理后轉(zhuǎn)化為甲烷，其間應(yīng)嚴(yán)格控制溫度、濕度、酸堿度、微生物性能和設(shè)備條件，防止外部條件干擾厭氧消化處理過程。相較于其他餐廚垃圾資源化利用技術(shù)而言，厭氧消化流程簡單，僅依靠單相反應(yīng)器即可完成厭氧消化制甲烷過程，但餐廚垃圾中存在大體積有機(jī)固體與毒性物質(zhì)。因此，單相反應(yīng)器厭氧消化技術(shù)易受到毒性物質(zhì)及大體積固體干擾而產(chǎn)生不穩(wěn)定性轉(zhuǎn)變，降低餐廚垃圾甲烷生成率，結(jié)合當(dāng)前研究來看，可在城市污泥處理系統(tǒng)輔助下進(jìn)行混合發(fā)酵，經(jīng)多次試驗(yàn)得出，餐廚垃圾與城市污泥比例維持在1：1時(shí)甲烷生產(chǎn)效果最佳，此外還可添加材料減少垃圾氣味，加入活性炭等材料提高甲烷生產(chǎn)效果。在厭氧消化處理技術(shù)的近年來發(fā)展中，人們可以將LBR滲濾床反應(yīng)器及UASB厭氧污泥床串聯(lián)，如圖1所示，防止過濾板堵塞等問題，減小底物粒徑，平衡甲烷生產(chǎn)過程。

圖1 LBR、UASB 串聯(lián)式厭氧消化工藝

濾床式反應(yīng)器（LBR）、升流式厭氧污泥床（UASB）串聯(lián)極大地提高了餐廚垃圾產(chǎn)甲烷效率，同時(shí)降低沼氣發(fā)酵壓力，在餐廚垃圾資源化利用中，厭氧消化技術(shù)資源利用效果較好。

現(xiàn)階段我國大部分城市的垃圾分類工作逐步開展，但仍存在大量餐廚垃圾混雜在生活垃圾、城市污泥中一同進(jìn)行焚燒或者填埋。部分餐廚垃圾處理企業(yè)將餐廚垃圾回收，經(jīng)分選、固液分離、提油等預(yù)處理后，剩余的固渣也會(huì)選擇就近焚燒或者填埋。因此，焚燒技術(shù)仍然是我國目前餐廚垃圾處理的主要技術(shù)之一。焚燒是通過900℃~1000℃的高溫對餐廚垃圾中的可燃物組分進(jìn)行氧化分解，從而實(shí)現(xiàn)餐廚垃圾的減量化。焚燒后殘余物質(zhì)量只有20%左右，體積為10%左右，減量化程度較高。但若餐廚垃圾未經(jīng)充分燃燒，會(huì)產(chǎn)生二噁英、二氧化硫、氯化氫和氮氧化物等有毒有害氣體，造成大氣的二次污染。

由于采用焚燒法對餐廚垃圾和城市污泥可以進(jìn)行高效、徹底的處理，產(chǎn)生的熱能可以回收利用，因此受到廣泛關(guān)注。然而，餐廚垃圾和市政污泥的高水分含量降低了燃燒熱值。因此，餐廚垃圾和污泥的干燥脫水處理非常重要。生物干化技術(shù)主要利用微生物好氧發(fā)酵產(chǎn)生的生物能降解有機(jī)物為動(dòng)力，結(jié)合通風(fēng)蒸發(fā)脫水，實(shí)現(xiàn)廢棄物的快速干燥。

好氧堆肥技術(shù)是利用好氧微生物在有氧條件下利用自身的代謝功能對餐廚垃圾中的有機(jī)質(zhì)進(jìn)行生物降解，最終形成穩(wěn)定的高肥力腐殖質(zhì)。在堆肥過程中，物料的含水率、粒徑、通風(fēng)情況以及溫度都對堆肥效果有重大的影響。有學(xué)者進(jìn)行餐廚垃圾高效好氧堆肥工藝優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，以有機(jī)物降解率為試驗(yàn)指標(biāo)探討通風(fēng)量、環(huán)境溫度、含水率、粒徑等4個(gè)因素對堆肥效果的影響。結(jié)果表明：4個(gè)因素對有機(jī)物降解的影響顯著性順序?yàn)榄h(huán)境溫度>含水率>粒徑>通風(fēng)量，同時(shí)得出最佳堆肥方案為環(huán)境溫度40℃、含水率50%、粒徑30mm、通風(fēng)量4L/min。當(dāng)前環(huán)境下好氧堆肥技術(shù)較為成熟，且堆肥可以產(chǎn)生有機(jī)肥料，實(shí)現(xiàn)廢物資源化利用，同時(shí)改善了當(dāng)前大量使用化肥導(dǎo)致的土壤退化等問題，具有極好的應(yīng)用價(jià)值。

生物蒸發(fā)是好氧堆肥和生物干化技術(shù)的發(fā)展。對廢水中的有機(jī)物含量有很高的要求。在研究初期，主要以生物干化污泥為添加劑對餐廚垃圾進(jìn)行處理。為了擴(kuò)大生物蒸發(fā)處理的對象，研究人員將餐廚垃圾與一般高濃度有機(jī)廢水混合，調(diào)節(jié)有機(jī)物含量，以滿足生物蒸發(fā)處理的要求。生物干化污泥可以為餐廚垃圾和高濃度廢水提供結(jié)構(gòu)支撐和接種微生物。生物蒸發(fā)技術(shù)可以同時(shí)處理餐廚垃圾、脫水污泥和高濃度廢液，實(shí)現(xiàn)餐廚垃圾和高濃度廢液的“零排放”。最后對剩余污泥進(jìn)行衛(wèi)生填埋處理，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[4]。