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(guó)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(duì)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(guó)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(duì)比的是污泥無(wú)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(guò)雨水侵蝕和滲漏對(duì)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(chǎng)使用年限縮短，污泥混合填埋的處理方式無(wú)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(duì)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(zhǎng)，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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和接種微生物，通過(guò)兩者的耦合實(shí)現(xiàn)減量化、無(wú)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(guò)程。具體是指在缺氧條件下完成厭氧微生物反應(yīng)，通過(guò)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(guò)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(jiǎn)單，僅依靠單相反應(yīng)器即可完成厭氧消化制甲烷過(guò)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(lái)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(lái)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(guò)濾板堵塞等問(wèn)題，減小底物粒徑，平衡甲烷生產(chǎn)過(guò)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(guó)大部分城市的垃圾分類工作逐步開(kāi)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(guó)目前餐廚垃圾處理的主要技術(shù)之一。焚燒是通過(guò)900℃~1000℃的高溫對(duì)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(duì)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(duì)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(guò)程中，物料的含水率、粒徑、通風(fēng)情況以及溫度都對(duì)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(duì)堆肥效果的影響。結(jié)果表明：4個(gè)因素對(duì)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(wèn)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(duì)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(duì)餐廚垃圾進(jìn)行處理。為了擴(kuò)大生物蒸發(fā)處理的對(duì)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(duì)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]。