不同厌氧发酵工艺对餐厨垃圾进料负荷的影响研究

杨研通

（瀚蓝环境股份有限公司，广东 佛山 528000）

餐厨垃圾包括餐饮垃圾和厨余垃圾。餐饮垃圾是指餐馆、饭店、单位食堂等的饮食剩余物以及后厨的果蔬、肉食、油脂、面点等的加工过程废弃物；
厨余垃圾是指家庭日常生活中丢弃的果蔬及食物下脚料、剩菜剩饭、瓜果皮等易腐有机垃圾[1]。数据表明，中国城市餐厨垃圾每年的产生量约为6×107t[2]。然而,在一些人口密集的一线城市,餐厨垃圾的日产量达到甚至超过1 000 t[3-4]。

传统的餐厨垃圾处理方法主要有干化焚烧、生物饲料、卫生填埋和好氧堆肥，在对传统技术的不断改进之下,厌氧发酵技术成为处理餐厨垃圾的主流方法。餐厨垃圾经过厌氧发酵处理后,可产生供二次利用的清洁能源,实现废弃物再利用[5]。

餐厨垃圾因高易腐有机质的特性，使得其在单独厌氧消化时水解酸化速率过快，容易出现酸化抑制的现象，影响产沼气效果[6]。研究表明，污泥协同厌氧消化技术可以调节底物碳氮比，平衡消化底物营养成分，稳定厌氧消化过程，缓解酸化抑制等问题，从而提高产气能力[7-8]。

本文将基于餐厨垃圾的中温湿式厌氧、中温干式厌氧、污泥协同干式厌氧3 种厌氧消化（厌氧发酵）方式，探究其酸化前的最大承受负荷及其产气情况。

3.1 实验材料

餐厨垃圾取自瀚蓝绿电南海餐厨处理厂三相离心机渣相和液相，剩余污泥取自瀚蓝绿电南海污水处理厂，进料原料性质见表1。

表1 进料原料性质

3.2 实验装置

图1 为实验工艺流程图。图1 中反应装置为CSTR 厌氧反应器，总体积为2.6 m3，有效容积为2.3 m3。反应器顶部设有进料口，罐壁有出料口，反应器搅拌转速为25 r/min，利用加热片加热保温，反应温度为36 ℃±0.5 ℃。

图1 实验工艺流程图

3.2 实验设计

实验共分为3 组，实验分组情况见表2。

表2 实验分组情况

3.3 分析项目与检测方法

表3 为分析项目和检测方法。

表3 分析项目和检测方法

4.1 不同厌氧发酵方式耐受负荷情况

pH 值是影响厌氧消化过程的重要因素，许多研究结果和实际运行经验表明，厌氧消化需要一个相对稳定的pH 值范围，宜控制在6.5～7.8[1]。酸碱比即VFA/TAC 和沼气中CH4 含量是判断消化系统是否稳定的重要指标，正常运行时，VFA/TAC 一般小于0.3。当VFA/TAC 大于0.3 并继续升高时，预示系统运行可能出现异常，VFA 将会不断升高，随之pH 值出现下降[9]。

图2 为反应过程中随着负荷的提升，不同厌氧发酵方式的反应器pH 值变化情况。

图2 反应过程中不同厌氧发酵方式pH 值变化情况

图3 为反应过程中3 种不同厌氧发酵方式VFA/TAC 变化情况。当VS 容积负荷达到4.50 kg/（m3·d）时，中温湿式厌氧反应器VFA/TAC 提升至0.50 以上，并继续升高，pH 值也随之下降至6.01，表示此时中温湿式厌氧反应器已经酸化。当VS 容积负荷达到6.0 kg/（m3·d）时，中温干式厌氧反应器VFA/TAC 提升至0.67，并继续升高，pH 值也随之下降至6.44，表示此时中温干式厌氧反应器已经酸化。污泥协同干式厌氧在试验结束时，VS 容积负荷已提升至10.0 kg/（m3·d），VFA/TAC 仍稳定保持在0.40 以下，pH 值也稳定保持在7.50 以上，说明系统未出现酸化。

图3 反应过程中3 种不同厌氧发酵方式VFA/TAC 变化情况

4.2 不同厌氧发酵方式VS 产气率变化情况

图4 为反应过程中3 种不同厌氧发酵方式单位VS 产气率变化情况。由图4 可以看出，在VS 容积负荷为4.50 kg/（m3·d）以下时，中温湿式厌氧平均单位VS 产甲烷率为0.62 m3/kg，中温干式厌氧为0.38 m3/kg，污泥协同干式厌氧为0.43 m3/kg。说明在VS 容积负荷在4.50 m3/kg 以下时，中温湿式厌氧产甲烷能力更强，较中温干式厌氧高63.15%，较污泥协同干式厌氧高44.19%。随着负荷的提升，污泥协同干式厌氧在VS 容积负荷为8.00 kg/（m3·d）时，单位VS 产气率达0.61 m3/kg，说明污泥协同干式厌氧不仅能耐受更高VS 容积负荷，还能达到中温湿式厌氧在低负荷时的高效厌氧。

图4 反应过程中3 种不同厌氧发酵方式单位VS 产气率变化情况

1）餐厨垃圾采用中温湿式厌氧发酵方式在VS容积负荷为4.50 kg/（m3·d）时系统开始酸化，采用中温干式厌氧发酵方式在VS 容积负荷为6.00 kg/（m3·d）时系统开始酸化，采用污泥协同厌氧发酵方式在在最高试验负荷10.00 kg/（m3·d）时系统仍未开始酸化。

2）采用中温湿式厌氧发酵方式，在VS 容积负荷4.50 kg/（m3·d）以下时，平均单位VS 产甲烷率最高，达0.62 m3/kg。

3）采用污泥协同干式厌氧发酵方式，在VS 容积负荷为8.00 kg/（m3·d）时，厌氧产气效率达到最高，单位VS 产气率达0.61 m3/kg。

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