（市政工程专业论文）餐厨垃圾废水中厌氧消化试验研究.pdf

b e ( h u n 如u n i v e 璐i t y ) 2 0 0 8 at h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r c m e n t sf o rm ed e g r c e0 f m 勰t e ro fe n 百n e e r i n g m u n i d p a je n 百n e e 血g i nt h e g r a d u a t es c h 0 0 l h 岫孤u n i v e r s i t y s u p e r v i s o r p r o f e s s o rk es h u i z h o u j u n e ，2 0 1 1 帅i | l f | 圳 5 6 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得 的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个 人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承 担。 作者签名：日期：俐年月g 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密彩 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名： 导师签名：爿胁 日期：矽f 年占月矿日 b 一日期：沙，年6 月夕 餐厨垃圾中温厌氧消化试验研究 摘要 餐厨垃圾废水富含碳水化合物、粗蛋白及脂类等有机物，是城市生活垃圾中 有机相的主要来源，约占整个有机生活垃圾的4 0 6 0 。其有机成分含量高、 含水率较大，且极易腐烂发臭等特性决定了餐厨垃圾废水既是一种污染物，更是 一种可回收利用的资源。为实现餐厨垃圾废水无害化、资源化、减量化的处理目 标，本试验在中温条件下，利用上流式厌氧污泥床( u a s b ) 反应器对模拟餐厨 垃圾废水进行厌氧消化降解处理，研究餐厨垃圾废水厌氧消化的工艺特性，并探 讨了进水有机浓度、水力停留时间对厌氧消化的影响，为餐厨垃圾废水厌氧消化 的工程实际应用提供试验指导。 试验结果表明：在厌氧污泥的培养及驯化过程中应保证废水中有足够的碱 度，以防止一些未酸化的污染物转化成v f a 造成p h 值下滑，从而加强系统运 行的稳定性。在考察进水有机浓度对餐厨垃圾废水厌氧消化降解的影响，发现产 气量及产甲烷量随进水有机负荷的提高迅速上升。当进水有机浓度为 1 2 0 0 0 m g c o d l 时，产气量达到最大，为1 6 5 l d ，相应的产甲烷量为8 1 0 l d ， c o d 去除率为9 7 2 9 ，出水v f a 浓度为7 8 m m o l l 。在此过程中投加的 n a h c 0 3 和蛋白质分解产生的n h 4 + 共同参与调节维持系统的碱度平衡，反应器 内p h 值基本维持在6 8 9 7 3 1 之间，反应器内微生物生长代谢状况良好。进一 步提高进水有机浓度到1 4 0 0 0 m g c o d l 时，产气量减少，出水v f a 浓度达到 1 1 9m m o l l ，此时不宜再提高有机浓度。研究不同水力停留时间( h i 玎) 对餐 厨垃圾废水厌氧消化的影响时，发现h l 玎延长，进水有机物与微生物接触更加 充分，有机物去除效果有明显改善，产气量也逐渐回升，但幅度不大。由此说 明，高浓度的餐厨垃圾废水是适合厌氧微生物的生长，在一定的有机容积负荷下 利用厌氧消化工艺降解餐厨垃圾废水具有理论可行性。 关键词：u a s b 反应器；餐厨垃圾废水；厌氧消化；中温 玎 a b s t r a c t f o o dw a s t e w a t e ri sr i c hi nc a r b o h y d r a t e s ，p r o t e i na n dl i p i d sa n d0 t h e ro r g a n i c m a t t e r a n di ti st h em a i ns o u r c e0 f0 r g a n i cp h a s eo fm u n i c i p a ls o l i dw a s t e t h e o r g a n i cw a s t ea c c o u n t sf o ra b o u t4 0 t o6 0 t h eh i g hc o n t e n to fo r g a n i c c o m p o u n d s ，w a t e rc o n t e n ta n de a s e0 fd e t e r i o r a t i o nm a k ei t b o t hap o l l u t a n ta n da r e c v c l a b l ef e s o u r c e t om a k et h ef o o dw a s t eh a r m l e s s ，r e c y c l a b l ea n dl e s si na m o u n t ， w eu s et h eu p f l o wa n a e r o b i cs l u d g eb l a n k e t( u a s b ) r e a c t o rf o rs i m u l a t i n g a n a e r o b i cd i g e s t i o n0 ff 6 0 dw a s t eo nt h ed e g r a d a t i o n0 fa n a l o gp r o c e s s i n g a n dw e d i s c u s s e dt h ei n n u e n t0 r g a n i cc o n c e n t r a t i o n ，h y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m e s i n n u e n c eo n a n a e r o b i cd i g e s t i o nf o rf o o dw a s t ea n a e r o b i cd i g e s t i o np i l o tp r o j e c t t o p r o v i d c g u i d a n c et ot h ep r a c t i c a la p p l i c a t i o n t h er e s u l t ss h o w e dt h a t ： t h ec u l t i v a t i o no fa n a e r o b i cs l u d g e a n dt h e d o m e s t i c a t i o np r o c e s ss h o u l de n s u r et h c r ei se n o u g hw a t e ra l k a l i n i t y i no r d e rt 0 p r e v e n ta c i d i f i c a t i o no ft h ep o l l u t a n t st h a ta r en o tc a u s e db yp hv a l u e0 ft h ev f a i n t od e c l i n e ，t h e r e b ye n h a n c i n gt h es y s t e ms t a b i l i t y d u r i n gt h ei n s p e c t i o n o ft h e i n n u e n c eo fi n f l u e n t0 r g a n i cc o n c e n t r a t i o n0 n t h e d e g f a d a t i o n o ff b o dw a s t e a n a e r o b i cd i g e s t i o n ，w cf b u n dt h ea m o u n to fg a sp r o d u c t i o na n dm e t h a n ep r o d u c t i o n i n c r e a s e dw i t ht h ei n n u e n t0 r g a n i cl o a di n c r e a s e dr a p i d l y 。 w h e nt h ei n f l u e n t o r g a n i cc o n c e n t i a t i o ni s1 2 0 0 0 m g c o d l t h em a x i m u mg a sp r o d u c t i o n1 6 5 l di s r e a c h e d ，t h ec o r r e s p o n d i n gm e t h a n ec o n t e n to f8 1 0 l d ，c o dr e m o v a lr a t ew a s 9 7 2 9 t h ee f n u e n tv f ac o n c e n t r a t i o no f7 8 m m o l l 1 nt h i sp r o c e s s ，t h ea d d i t i o n 0 fn a h c 0 3a n dn h 4 + f r o mt h ed e c o m p o s i t i o no fp r o t e i nt op a r t i c i p a t ei nr e g u l a t i n g t h ea l k a l i n i t yt ob a l a n c et h em a i n t a i ns y s t e m ，t h eb a s i cr e a c t o rw a sm a i n t a l n e d a t 6 8 9 7 3 1i np h m i c r o b i a lg r o w t ha n dm e t a b o l i s mo ft h e r e a c t o rw e r emg o o d c o n d i t i o n w h e n f u r t h e r i m p r o v i n g t h e i n f l u e n t o r g a n i c c o n c e n t r a t l o nt 0 1 4 0 0 0 m g c o d l ，t h eg a sp r o d u c t i o nd e c r e a s e d ，a n dt h ee f n u e n tv f a c o n c e n t r a t i o n w a s1 1 9m m o l l a tt h i st i m ei ti sn o ta p p r o p r i a t et on i s et h eo r g a n l cc o n c e n t r a t l o n b ys t u d y i n gt h ei m p a c to fd i f f e r e n th y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m e ( h r t ) o nt h ef b o dw a s t e a n a e r o b i cd i g e s t i o n ，i tw a sf o u n dt h a tb ye x t e n d i n gh r t ，i n n u e n to r g a n i cm a t t e ra n d m i c r o b i a lw o u l dc o n t a c tm o r ef u l l y ，a sar e s u l tas i g n i f i c a n ti m p r o v e m e n ti no r g a n l c m a t t e rr e m o v a lw a s0 b s e i v e da n dg a sp r o d u c t i o nh a sg r a d u a l l yp i c k e du p ， b u t m a r g i n a l l y i ts h o w e dt h a th i g hc o n c e n t r a t i o n so ff b o dw a s t ew a t e r i ss u i t a b l ef o rt h e g r o w t ho fa n a e r o b i cm i c f o o r g a n i s m sa n di t i s f e a s i b l ei nac e r t a i nv 0 l u m e0 ft h e 0 r g a n i cl o a dd e g r a d a t i o no ff o o dw a s t et 0u s ea n a e r o b i cd i g e s t i o np r o c e s s 餐厨垃圾中温厌氧消化试验研究 k e y b r d s ：u a s br e a c t o r ；f o o dw a s t e ；a n a e r o b i cd i g e s t i o n ；m e s o p h i l i c 硕士学位论文 目录 学位论文原创性声明和学位论文版权使用授权书i 摘要i i a b s t r a c t “i i i 第1 章绪论1 1 1 餐厨垃圾废水。2 1 1 1 餐厨垃圾废水的特点。2 1 1 2 餐厨垃圾废水的环境卫生影响2 1 1 3 餐厨垃圾废水的管理现状2 1 2 餐厨垃圾废水的现状处理技术3 1 2 1 餐厨垃圾废水常规处理技术3 1 2 2 餐厨垃圾废水资源化处理技术5 1 2 3 各项处理技术比较：7 1 3 餐厨垃圾废水厌氧消化处理的研究进展8 1 3 1 产气效率及潜力研究8 1 3 2 厌氧消化工艺选择。8 1 3 3 不同底物或联合消化1 1 1 4 课题的提出1 1 1 4 1 课题的提出及意义1 1 1 4 2 论文拟研究的试验内容1 3 1 4 3 试验研究的创新点1 3 第2 章餐厨垃圾废水生物处理技术及影响因素1 4 2 1 厌氧生物处理技术1 4 2 1 1 厌氧生物处理技术理论及微生物学1 4 2 1 2 厌氧生物处理技术的优点1 7 2 2 餐厨垃圾废水厌氧消化的影响因素1 8 2 2 1 预处理1 8 2 2 2 物料组成( c n ) 1 8 2 2 3p h 值1 9 2 2 4 温度1 9 2 2 5 有机负荷2 0 2 2 6 水力停留时间( h r t ) 2 0 v 餐厨垃圾中温厌氧消化试验研究 2 2 7 消化液回流2 1 第3 章试验装置及试验方法2 2 3 1u a s b 反应器。2 2 3 2 试验装置- 2 2 3 3 试验材料。2 3 3 3 1 接种污泥2 3 3 3 2 模拟废水2 4 3 4 检测项目及检测方法2 4 3 4 1 检测项目2 4 3 4 2 检测方法2 6 第4 章u a s b 反应器的启动及颗粒污泥的培养驯化2 7 4 1u a s b 反应器的启动。2 7 4 1 1u a s b 反应器的初次启动2 7 4 1 2 缩短u a s b 启动时间的新途径2 7 4 2 颗粒污泥的培养2 9 4 2 1 厌氧颗粒污泥的形成机理矗2 9 4 2 2 颗粒污泥的培养基质3 0 4 2 3 培养结果与分析3 1 4 3 颗粒污泥的驯化3 6 4 3 1 颗粒污泥的第一次驯化3 6 4 3 2 酸化污泥的恢复3 8 4 3 3 颗粒污泥的第二次驯化3 9 4 4 本章小结4 1 第5 章中温u a s b 反应器对餐厨垃圾废水消化研究”4 2 5 1 餐厨垃圾废水厌氧消化降解途径4 2 5 1 1 碳水化合物的厌氧消化途径。4 2 5 1 2 蛋白质的厌氧消化途径。4 3 5 1 3 脂类的厌氧消化途径。4 4 5 2 中温条件下餐厨垃圾废水厌氧消化试验研究4 5 5 2 1 有机负荷的变化4 5 5 2 2 进水浓度的变化影响4 5 5 2 3h l 汀的变化影响5 1 5 2 4 厌氧颗粒污泥的形态5 4 5 3 本章小结5 5 结论与建议5 7 v 硕士学位论文 第1 章绪论 餐厨垃圾废水也称为泔脚废弃物，是家庭、餐饮行业及食品加工厂抛弃的极 易变质腐烂的剩饭剩菜及厨房余物的统称。其成分复杂，主要包括大米和面粉类 的食物残余、蔬菜、肉骨、动植物油及瓜果皮等。从化学组分上看，餐厨垃圾废 水主要以淀粉、食物纤维、脂肪、蛋白质及少量的无机盐为主，是城市生活垃圾 中有机相的主要来源。 我国城市固体废弃物的组成如表1 1 所示，可见餐厨垃圾废水在我国城市固 体垃圾中所占比重较高，并随着我国经济社会的快速发展及人民生活水平的显著 提高，城市垃圾中的有机物含量将会进一步增加。据相关统计数据表明，各大主 要城市的餐厨垃圾废水在城市生活垃圾中所占比例约为：北京4 0 、天津5 0 、上海6 5 、沈阳6 2 、深圳5 7 、广州6 3 、济南4 l 【1 1 。 表1 1 中国城市固体废弃物的组成【2 】 另外，随着人们的生活饮食习惯的变化，餐桌上浪费现象日益严重，由此产 生的餐厨垃圾废水产生量呈稳步增长。在2 0 0 3 年上海市日餐厨垃圾废水产生量 为1 2 0 0 t 【3 1 ，至2 0 0 4 年已超过1 3 0 0 t 【4 】；2 0 0 3 年北京市日餐厨垃圾废水产生量为 1 0 0 0 t ，2 0 0 6 年已达到1 2 0 0 t ；国内其他大中型城市日餐厨垃圾废水产生量分别 为：广州市约为3 5 0 4 2 0 t 【5 1 ，重庆市约为6 0 0 t 【6 】，沈阳市约为4 7 0 t 1 7 】。我国餐厨 垃圾废水的年产生量已达到9 0 0 0 万吨。从以上统计资料分析，重点城市平均l 万人餐厨垃圾废水产生量约为o 8 5 0 9 5 t d 。与此同时，有机成分和无机成分在 生活垃圾中的比列也在逐年的增长和降低，大城市的部分居民小区生活垃圾中有 机物干基比例能达到9 0 。 日益增长的城市生活垃圾不仅侵占了大量宝贵的土地资源，也严重污染了地 餐厨垃j 及中温厌氧消化试验研究 下水及周边环境，严重影响了居民的人居环境和身心健康。因此，餐厨垃圾废水 如何处理及处置是我国城市发展面临的重要问题。 1 1 餐厨垃圾废水 1 1 1 餐厨垃圾废水的特点 餐厨垃圾废水的特点主要体现在以下几点： 1 餐厨垃圾废水含水率极高，一般能达到8 0 9 0 ，并且流动性大，容易 渗漏，不便于收集运输，且易降解，若处理不当容易引发二次污染； 2 餐厨垃圾废水具有粗蛋白、粗纤维、碳水化合物等有机物含量高，富含 n 、p 、k 、c a 及各种微量元素，具有很大的回收利用价值； 3 餐厨垃圾废水中油类、盐类的含量高，对资源化产品品质影响较大，需要 妥善处理； 4 餐厨垃圾废水容易腐烂变质，散发恶臭气体，且易滋生蚊蝇、病菌，容易 引起各种疾病的传播。 1 1 2 餐厨垃圾废水的环境卫生影响 餐厨垃圾废水的组成与性质随社会经济条件、地域差异、季节变化、居民生 活饮食习惯的不同存在一定的差别，主要的环境卫生影响主要有以下几点： 1 餐厨垃圾废水本身的形态，会造成人们视觉与嗅觉上的不悦，并且餐厨 废水渗入土壤，极易污染地下水，影响人们的居住环境与身心健康。 2 餐厨垃圾废水富含动植物油及固体残渣，若直接排入下水管道，容易堵 塞下水道，甚至引起爆炸。 3 由于餐厨垃圾废水极易腐烂变质，在存储及运输过程中产生大量的毒素 及病菌，若直接用作家畜饲料，易使病菌及毒素进入食物链，导致疯牛病、口蹄 疫等疾病的产生与蔓延，进而危害人体健康。我国上海、北京及青岛等城市已明 确规定，严禁使用餐厅、饭店产生的未经无害化处理的餐厨垃圾废水饲养动物。 4 进入地下污水管道的餐厨垃圾废水废弃油脂被不法商贩非法回收提炼， 制成“潲水油”，掺在食用油中出售，由于餐厨垃圾废水派生出来的“潲水油”含有 大量致癌物质一黄曲霉素，一旦被人食用，会引起食物中毒，甚至致癌，严重危 害人体健康。 由此可见，为减小餐厨垃圾废水对环境、食品公共卫生安全及人体健康的影 响，必须对厨余垃圾进行合理、有效、安全的管理与处置。 1 1 3 餐厨垃圾废水的管理现状 目前，随着餐厨垃圾废水数量的递增及人们自身环保意识的增强，城市餐饮 2 硕：t 孥位论文 垃圾所带来的负面影响正逐步被各大城市引起高度重视，一些城市已经相继制定 了相关的管理办法和政策措施对餐厨垃圾废水的使用采取了强制性规定。 上海市在2 0 0 1 年9 月2 0 日颁布施行了上海市餐厨垃圾废水处置和管理试 行办法，并于2 0 0 5 年4 月1 日又正式施行上海市餐厨垃圾废水处理管理办 法，针对上海市餐厨垃圾废水的收集、运输、处置等主要措施做出了详细的规 定，倡导餐厨垃圾废水的减量化、资源化、无害化处理，禁止餐厨垃圾废水违规 处理。这是一部较为详尽的专门针对餐厨垃圾废水的管理办法，对那些尚未实行 餐厨垃圾废水专项管理的城市是个很好的典范。北京市在2 0 0 4 年1 月开始实行 北京市动物防疫条例( 草案) ，严禁动物养殖场使用餐厅、饭店等产生的未经 无害化处理的餐厨垃圾废水饲养动物，同时也颁布实施了餐厨垃圾废水收集运 输车辆技术条件，北京地区餐厨垃圾废水收集车实行准运证制度。青岛市在 2 0 0 3 年1 月1 日颁布实施的青岛市无规定动物疫病区管理办法规定，不得 使用宾馆、酒店及餐饮行业废弃的食物、变质过期食品和饲料及国家严禁使用的 动物饲料来饲养动物。此类禁令正逐布在更多的城市得以颁布实施。 虽然，我国已制定一系列政策法规来规范管理餐厨垃圾废水，但仍处于起步 阶段，还存在很多问题，例如1 法制不健全，执法困难，由于餐厨垃圾废水产 生量大，且成分复杂，涉及的范围广，一般的地方性法规很难面面俱到，再加上 监督、执法力度不够，“垃圾猪”和“地沟油”仍屡禁不止，恶性的食物循环链和疾 病传播链仍严重威胁着消费者的身体健康。2 餐厨垃圾废水收集无序，很多餐饮 服务业和小区产生的垃圾都直接混入城市生活垃圾或混入污水中进入地下污水管 道。混合排放的生活垃圾不仅难以进行分类收集、管理和资源化回收利用，也给 垃圾处理带来巨大的困难。3 餐厨垃圾废水处理技术不完善、不成熟。目前对餐 厨垃圾废水的处理只停留在试验阶段，其大规模处理和资源化回收利用有待进一 步研究。 1 2 餐厨垃圾废水的现状处理技术 针对餐厨垃圾废水极易腐烂降解、破碎，且淀粉、粗蛋白、粗纤维及脂肪含 量高等特性，目前国内外常用的处理技术主要有粉碎直排、饲料化处理、卫生填 埋、焚烧处理。 一 1 2 1 餐厨垃圾废水常规处理技术 1 2 1 1 粉碎直排 由于厨房空间有限，餐厨垃圾废水就地减量处理是普遍居民采用的处理方 法。粉碎直排采用机械研磨装置，将餐厨垃圾废水装在内胆里通过高速运转的刀 片切碎后掺水混合排入城市污水处理系统，从而达到无害化的目的。早在2 0 世 3 餐厨垃圾中温厌氧消化试验研究 纪4 0 年代，美国就已成功研制出了家庭食物垃圾处理机，如今美国仍有9 0 以 上居民使用这种机器。大型单位、机构因餐厨垃圾废水产生量较大而设置垃圾粉 碎机和油脂分离装置，粉碎机将餐厨垃圾废水粉碎后进入油脂分离装置，碎料与 水混合排入下水道，油脂则送往相关加工厂( 如制皂厂) 加以回收利用，既可以避 免因油污凝结而堵塞排水管道，也可以资源回收。 餐厨垃圾废水粉碎直排具有技术简单、操作方便、且能降低城市垃圾含水 率，提高城市垃圾的热值等特点。但冲洗碎料需要大量的水，增加了污水厂的处 理量，加重了城市污水处理系统的运行负荷；碎料在城市下水道中既容易产生臭 气，滋生病菌、蚊蝇，引发疾病的传播，也容易粘结沉积，堵塞排水管道，影响 城市排水管道的排水功能；高油脂含量等特性的餐厨垃圾废水会增加城市污水处 理厂和垃圾填埋场的负荷，同时也不可避免的引发二次污染。 1 2 1 2 饲料化处理 饲料化处理技术是将餐厨垃圾废水进行粉碎、脱水、生物发酵、灭菌后，将 垃圾变为高蛋白、高能量的饲料。其最基本的要求是实现杀毒灭菌，消除病菌污 染，并在最大限度内保留营养成分的前提下达到饲料卫生标准，改善餐厨垃圾废 水饲料的饲用价值。 。 目前国内厨余再生饲料技术主要有生物法和物理法。生物法是微生物菌体通 过自身的生长繁殖和新陈代谢，积累有价值的菌体、酶及中间体参与餐厨垃圾废 水发酵，经烘干后制成蛋白饲料。施昱等【8 】利用酵母菌群、乳酸菌群、革兰氏阳 性放线菌群以及发酵系的丝状菌群等微生物对处理过的餐厨垃圾废水进行发酵试 一验，试验结果表明微生物发酵后的餐厨垃圾废水其粗蛋白质含量有所增加。邬苏 焕等【9 】通过餐厨垃圾废水与多种酵母菌和霉菌进行混合发酵，筛选出优势菌种并 进行正交试验验证。 、 物理法是将厨余垃圾经脱水处理后直接进行高温干燥消毒，粉碎后制成饲 料。物理法能够减少餐厨垃圾废水中的细菌及病毒等，但仍存在一定的安全隐 患。t h o m a s 等【l o 】在由餐厨垃圾废水制作的饲料中发现易引发疯牛病的毒枝霉 素，它很难通过高温烘干等常规消毒方法去除。另外，有些餐厨垃圾废水受到如 食品添加剂、残留的农药、苯类等许多微量有毒有害物质，其中很多物质具有生 物累积效应和环境温度性，一旦被牲畜食用后，有毒有害物质会累积在体内，继 而进入人体内，导致人体肝脏、肾脏等系统免疫功能下降。因此，许多国家都已 严令禁止使用餐厨垃圾废水饲养家禽，牲畜。 1 2 1 3 卫生填埋技术 餐厨垃圾废水中易生物降解的有机物组分含量高，产气速率快且产气量大， 生物降解时间短，且操作方便，有利于垃圾填埋场地的恢复使用，因此，餐厨垃 4 硕士学位论文 圾废水填埋是目前应用比较普遍的处理技术。但目前餐厨垃圾废水都是随城市生 活垃圾进行填埋，这不仅占用了大量宝贵的土地资源，而且餐厨垃圾废水厌氧消 化分解产生的沼气污染气体环境；产生的渗沥液不仅污染了地下水，也容易造成 土壤污染；同时造成餐厨垃圾废水营养物质的流失，因此部分国家已明确禁止餐 厨垃圾废水未经资源化、无害化、减量化处理进行卫生填埋。如2 0 0 5 年起韩国 政府禁止所有餐厨垃圾废水进行填埋处理【1 1 1 ，欧盟、美国和日本等国家也相继 提出了进一步限制进入垃圾填埋场有机物含量的规定。 1 2 1 4 焚烧处理技术 焚烧处理是将餐厨垃圾废水中的可燃成分与空气中的氧气通过高温热化学处 理燃烧成灰渣，在进行填埋处理。焚烧处理技术具有占地小、处理时间短、减量 化效果显著，处理餐厨垃圾废水减量化效果可达9 0 ，并且可回收热量和连续 操作等优点。但从技术经济角度上考虑，使用焚烧技术要求垃圾灰分少、含水率 低、低位发热量高于5 0 0 0k j k g 。而餐厨垃圾废水含水量大( 平均8 4 ) ，单位 质量餐厨垃圾废水的低位热值约2 l0 0 3 0 0 0 k j k g 一，达不到燃烧所需的热值要 求。而且燃烧产生的n o x 、s 0 2 、二嗯英等有害气体严重污染环境，危害人体健 康，且一次性投资大，运行费用高。 1 2 2 餐厨垃圾废水资源化处理技术 综合上述分析，采用常规技术处理餐厨垃圾废水均逐渐显现出弊端，也不能 体现固体废物处置”三化”原则( 减量化、资源化、无害化) 。而厨余垃圾富含粗蛋 白质、粗纤维和碳水化合物等有机物，是一种置放错地方的资源。因此，餐厨垃 圾废水的处理方式应以”三化”为导向，在此基础上逐步发展起来的资源化处理技 术有：堆肥化处理技术、厌氧生物制氢技术和厌氧消化产沼气技术等。 1 2 2 1 堆肥化处理技术 堆肥是在人为条件控制下，依靠自然界广泛存在的细菌、真菌及放线菌等微 生物氧化分解餐厨垃圾废水中有机物并趋于稳定的过程，其实质是一种发酵过 程。目前国内外堆肥技术运用普遍的是高温机械堆肥，该方法是通过高温嗜热微 生物对餐厨垃圾废水进行联合发酵，其生物处理部分的核心是高温好氧无污染生 物处理技术法( e a l r a d ) ，其发酵速度快，温度高，处理效果好。 蚯蚓堆肥是最近根据蚯蚓在自然界生态系统中具有促进有机物质转化分解功 能的基础上发展起来的一项新的生物处理技术，由于蚯蚓在其新陈代谢过程中可 分泌多种酶类物质，能吞食餐厨垃圾废水中大量的有机物质，将其转化为自身或 其他生物可以利用的营养物质，同时还能有效抑制堆肥过程中引发的气味。 虽然肥料化技术能有效处理餐厨垃圾废水回收废料能源，但是好氧堆肥占地 面积大，处理时间长，易产生臭气，且肥料的使用伴随季节性而变化。而且含水 餐厨垃圾中温厌氧消化试验研究 率大的蔬菜、水果、小区及餐饮厨余等城市生活垃圾未经预处理难以适合好氧堆 肥，再者餐厨垃圾废水的含盐量较高容易影响堆肥效果。另外，经加工浓缩后作 为肥料使用，可能会引起土质恶化，危害农作物的生长。l e e 等【l2 j 通过研究指出 厨余垃圾盐分含量较高，难以适合堆肥化处理。 1 2 2 2 厌氧生物制氢技术 厌氧生物制氢是在暗环境中通过厌氧产氢细菌( 包括专性厌氧微生物 c 1 0 s t r i d i u m ， b a c i l l u s 和m e t h y l o t r o p h s ，兼性厌氧微生物e s c h e r i c h i a 和 e n t e r o b a c t e ) 的生理代谢过程对碳水化合物等有机物进行发酵产生h 2 。其产氢途 径：葡萄糖首先经过糖酵解( e m p ) 等途径生成丙酮酸，合成a t p ，然后由c 6 “，y ，z c “所等厌氧发酵细菌将丙酮酸脱羧转化为乙酰辅酶a ( c o a ) ，同时产生氢 气和二氧化碳；此外，丙酮酸还可以通过其他途径转化为乙酰c o a 和甲酸，甲 酸极易被e s c h e r i c h i ac o l i 等厌氧发酵细菌转化为氢气和二氧化碳。厌氧生物制 氢与物理、化学法制氢相比，工艺简单，操作方便，且具有微生物比产氢速率 高，可利用有机物范围广及具有再生性，不受光照时间限制等优点。 l a y 等【1 3 】在厌氧反应器中分别对糖类、脂类、蛋白质等有机垃圾进行发酵产 氢试验，结果表明糖类垃圾的产氢能力比其余二者的大2 0 倍左右。y u 等1 1 4 】对 玉米酿酒废水进行厌氧发酵制氢时，发现氢气的比产生速率随进水c o d 浓度的 升高而上升，从3 6 1l 儋v s s 升高到8 1 2l g v s s ，但氢气产率却由1 8 m o l h 2 m o l 己糖下降到1 7 m o lh 2 m o l 己糖。赵春芳等【1 5 】利用以葡萄糖为试验底物进 行厌氧发酵产氢的试验研究试验，结果表明依靠控制反应体系的水力停留时间 h r t 和p h 值，可以得到较高的产氢量，在h i h 为6 h ，p h 为5 o 时，产氢率为 2 2 9 8 l ( l d ) ，日处理葡萄糖c o d 负荷8 7 k g 。 由此表明餐厨垃圾废水等混合底物进行厌氧发酵产氢是可行的，但影响因素 非常多且复杂，制氢反应器也不成熟。 1 2 2 3 厌氧发酵技术 厌氧发酵是在特定的厌氧条件下，通过微生物的代谢作用将餐厨垃圾废水中 的有机物质分解转化成甲烷和二氧化碳。由于餐厨垃圾废水自身的特性，厌氧发 酵技术相对与其他处理技术具有很多优势：1 餐厨垃圾废水含水率( 1 0 2 0 ) 适 合微生物的厌氧发酵，不需要进行水分调节，同时可回收利用沼气，发酵后的沼 渣和沼液中的营养物质仍可利用；2 c n 比( 1 0 2 5 ) 处于厌氧发酵的最适范围 ( 2 0 3 0 ) ；3 厌氧发酵在密闭容器内进行，不会产生恶臭气体污染空气，对周 围环境影响较小。 国内外研究人员对餐厨垃圾废水厌氧消化的技术及工艺进行了大量的试验研 究，且己逐步进入成熟阶段。李俊涛等【l6 】通过对新鲜餐厨垃圾废水特性进行分 6 硕士学位论文 析、脱水、最佳含水率、最佳接种率及最大有机负荷等一系列试验，结果表明在 接种率8 0 ，含水率9 0 及挥发性悬浮固体( s s ) 4 9 ( l d ) 的条件下，厌氧消化技 术对餐厨垃圾废水的处理具有经济可行性。张波等【1 7 1 研究p h 对餐厨垃圾废水两 相厌氧消化水解和酸化过程的影响，结果表明控制p h 为7 时，餐厨垃圾废水获 得更高的水解和酸化效率。在试验第9 天餐厨垃圾废水水解率( 以t o c 和c o d 表示) 分别为8 6 和8 2 ，在试验第4 天v f a 浓度达到3 6g l ，其产量为进行 p h 调节时的2 倍，且酸化产物中乳酸浓度低，v f a 主要以丁酸和乙酸为主。由 此可通过控制p h 为7 0 优化餐厨垃圾废水处理的两相厌氧消化工艺。 厌氧发酵技术成功的运用于各国生活垃圾的处理。美国在1 9 7 9 年建成了世 界上第一个年处理量为5 0 0 0 t 的生活垃圾发酵工厂，其工艺流程如图1 1 。我国 2 0 0 8 年1 月运行的上海普陀垃圾综合处理厂采用v a l o r g a 厌氧发酵工艺，是 目前世界上最大的垃圾厌氧处理厂。 餐厨强制通风 厂吨她卜能源回收 塑哩p 恒茴震褊 叫水处理卜达标排放 图1 1 餐厨垃圾废水厌氧发酵工艺流程f 1 8 1 1 2 3 各项处理技术比较 对目前餐厨垃圾废水的各种处理技术进行客观比较，见表1 2 。 表2 1 餐厨垃圾废水处置技术比较 从表中可以看出粉碎直排、饲料化技术等前6 硕技术均存在较为明显的缺点 与不足，相比之下，厌氧消化技术安全性高，技术也相对成熟，并可实现资源回 餐厨垃圾中温厌氧消化试验研究 收利用。 1 3 餐厨垃圾废水厌氧消化处理的研究进展 餐厨垃圾废水厌氧消化处理工艺能利用其自身富含的碳水化合物、蛋白质等 有机物质为厌氧细菌提供营养；同时在密闭反应器中处理可以避免对周围环境造 成二次污染；更为重要的是餐厨垃圾废水得到处理的同时又能回收利用生物质能 ( c h 4 h 2 ) ，这对当前能源日益紧张更具有现实意义。因此，利用厌氧消化技术处 理餐厨垃圾废水是公认最具有生态合理性及技术经济可行性的处理方法，其处理 工艺已逐渐成熟。 目前，国内外对餐厨垃圾废水厌氧消化处理的研究也不少，主要集中在餐厨 垃圾废水厌氧消化的影响因素、产气效率及潜力、消化工艺选择及不同底物或联 合消化等。 1 3 1 产气效率及潜力研究 目前，对餐厨垃圾废水厌氧消化产气效率及潜力的研究大多是采用批式试验 完成的，这种试验操作简单，通常是在血清瓶中完成，产生的气体通过排水集气 法收集。 研究者对产气效率的研究主要体现在影响因素上，如餐厨垃圾废水基本成分 比重、温度、污泥接种率及厌氧消化工艺等。c h oj 等【1 9 】在3 7 消化时间为2 8 d 的条件下，研究熟肉、新鲜白菜、米饭及混合餐厨余物的产气潜力，发现成分不 同的餐厨废弃物其产气效率差别很大，产甲烷率分别为4 8 2 l k g v s 、 2 7 7 l k g v s 、2 9 4 l - k g v s 、4 7 2 l k g v s 。k k o m e m o t o 等【2 0 】在不同温度( 15 、 2 5 、3 5 、4 5 、5 5 、6 5 ) 条件下研究餐厨垃圾废水的水解与酸化效率， 发现在3 5 和4 5 时悬浮固体去除率最高分别为7 0 0 和7 2 7 ，最大甲烷产 气率分别为6 4 7 m l g v s 。1 和6 2 7 m l - g v s 。李俊涛【m 】等研究不同接种率及含水 率对餐厨垃圾废水产气效率的影响，发现在接种率为8 0 、含水率为9 0 的条 件下产气效果较好，产气率为0 6 5 l g 。 此外，根据产气效率的影响因素，不少研究者还对如何提高餐厨垃圾废水厌 氧消化产气量进行了大量研究工作。m a d a m w a r 等【2 1 】研究投加1 0 9 l 1 的果胶对 消化产气性能的影响，结果发现产气量提高了l5 0 ，且甲烷含量为6 5 。 g s g e e t a 等【2 2 】研究n i + 等金属阳离子对产气效率的影响，发现当n i + 浓度最佳在 2 5 p p m 和5 p p m 时，可以提高5 4 的沼气产量，研究认为n i + 刺激依赖n i + 特异 酶的活性，从而促进底物的彻底甲烷化，提高产气量。 ，1 3 2 厌氧消化工艺选择 国内外诸多研究者对餐厨垃圾废水厌氧消化工艺进行大量的研究，以获得最 硕士学位论文 适餐厨垃圾废水处理的厌氧消化工艺。根据整个消化过程可分为单相和多相厌氧 消化工艺，根据消化物料的t s 浓度不同可分为干式和湿式厌氧消化工艺，根据 进料方式的不用可分为批式和连续式厌氧消化工艺，根据厌氧微生物对温度的适 应性可分为中温和高温厌氧消化工艺。当然，餐厨垃圾废水厌氧消化工艺也可依 据上述划分交叉进行。 1 3 2 1 单相及多相厌氧消化 单相厌氧消化是指所有厌氧微生物的生长与代谢及厌氧消化过程均在同一个 反应器内完成，常见的单相反应器有完全混合反应器( c s t r ) 、上流式厌氧污泥 床( u a s b ) 及厌氧生物滤池( a f ) 等。而早在1 9 7 1 年由p o h l a n d 和g h o s e 提出的两 相厌氧消化，又称两步或两阶段厌氧消化，是指整个厌氧消化过程在产酸和产甲 烷两个反应器内完成。两相厌氧消化将不同阶段的微生物( 产酸菌和产甲烷菌) 在 各自适宜的环境中生长，以便发挥各自最大的优势，提高厌氧消化的反应效率及 产甲烷率。在两相厌氧消化工艺中，它既可有效地控制产酸阶段挥发性脂肪酸浓 度( v f a ) ，避免对产甲烷菌造成抑制及产甲烷阶段的超负荷运行，又可以避免因 有毒有害物质的积累对整个反应体系的冲击，提高系统运行的稳定性。 王星等【2 3 】对餐厨垃圾废水单相及两相厌氧消化工艺性能进行对比研究，结 果发现两种工艺的累积产气量差别不大，产气率分别为1 3 5 6 6 l k g v