第三节厨余垃圾传统处理技术概述

1、实用标准文档第三节厨余垃圾传统处理技术概述一、破碎处理与饲料化处置（一）破碎处理技术破碎直排处理是欧美国家处理少量分散厨余垃圾废物的主要方法， 如家庭产 生的少量餐厨厨余垃圾废物，在厨房安装一台破碎机，将饮食垃圾切碎，用水冲 到市政下水管网中，与城市污水合并进入城市污水处理厂进行集中处理。破碎法对于少量分散产生的厨余垃圾废物， 如家庭厨余垃圾处理，具有价格 便宜，技术简单的优势，能降低城市垃圾的含水率，减少收集量，利于提高城市 垃圾的热值品位。但其不足的方面有：（1）需要采用较多的水进行冲洗，增大城 市污水的产生量和处理量；（2）在污水管网中，易沉积、发臭，增加病菌、蚊蝇 的滋生和疾病的传播；

2、（3）废物中有机组分不能得到资源利用，同时增加了城市 污水处理厂的处理负荷；（4）不利于大规模的厨余垃圾废物的处理处置。由于我 国的城市污水收集和集中处理还处于发展阶段，我国目前的城市污水收集、处理率水平较低，厨余垃圾废物的破碎处理在我国的推行应用具有现实的难度。（二）饲料化处置技术厨余垃圾废物是食品废物的一种，营养成分丰富，厨余垃圾废物的饲料化处 置，能充分利用厨余垃圾中有机营养成分， 厨余垃圾的饲料化处置主要有以下三 种形式。第一种方式，厨余垃圾废物直接作为动物饲料，由于其不能达到环境安全的 要求，国外多数国家均严格禁止厨余垃圾的这种处置利用方式。第二种方式，厨余垃圾废物饲料化必须经过适当

3、的预处理，消除病毒污染， 然后才能制成动物饲料，进行资源化利用。具预处理手段主要针对厨余垃圾废物 中的细菌、病毒等污染物的控制，常用的预处理手段有：高温干化灭菌、高温压 榨等。日本对厨余垃圾废物采用明火加热煮沸的方式，进行厨余垃圾消毒； M.N.Nijmeh等采用太阳能干化器处理食品废物制造饲料；国内郝东青等亦采用 分选、蒸煮、压榨、脱油工序进行了厨余垃圾处理生产蛋白饲料的技术研究工作。高温、压榨等处理手段对减少厨余垃圾废物的细菌、 病毒污染具有明显的效 果，但仍然存在一定的安全隐患。Timothy R.Kelley 等进行厨余垃圾压榨处理 后的病原性试验结果表明，该法能显著减少食品废物中的大

4、肠菌群等致病菌数量，但不能完全消除废物中的病原菌以及其他残存的微生物。另有从厨余垃圾废物中检出易引发疯牛病的毒枝霉素的研究报道， 而毒枝霉素很难通过高温等常规 消毒手段消除；止匕外，大量报道表明，厨余垃圾废物中存在许多微量的有毒有害 物质，如作物的农药残留、食品添加剂等，其中许多物质具有很强的环境稳定性 和生物累积效应，因此，利用厨余垃圾废物直接作为动物饲料，并以很短的周期 和途径再次进入食物链的循环，对动物和人类的健康安全均带来不利影响，存在 不可确定的安全隐患。第三种方式，是采用厨余垃圾饲养特定非食物性生物， 然后进行转化物质的 提取应用。耿士锁等20世纪80年代即进行了厨余垃圾等食品垃圾

5、饲养蚯蚓提取 动物蛋白的生产性试验。该方法通过厨余垃圾得到动物蛋白， 应该说，相比厨余 垃圾直接应用为动物饲料，进入食品循环，具有较高的环境安全性，但在蚯蚓饲 养过程中存在环境影响的控制，蚯蚓蛋白的进一步利用途径及安全性等，尚需进一步的研究确认。二、好氧生物处理美国、爱尔兰等将包括厨余垃圾废物在内的有机废物统一收集，在有机废物处置厂进行分类堆肥或其他的资浮利用。 韩国通常采用堆肥以及饲料化的处置方 式，由于饲料化存在潜在的有害影响，堆肥日益成为处置厨余垃圾废物的主要途 径，Jae-J ung Lee等以化学肥料为参照，研究了厨余垃圾废物堆肥对土壤微生 物、土壤活性以及茵苣生长的影响， 在4到6

6、周的试验中，施用厨余垃圾堆肥的 新鲜茵苣收获重量达到控制样的 34倍，土壤微生物数量以及活性明显提高， 并有利于植物氮素的吸收利用。但在技术上，单一厨余垃圾堆肥存在着较大的技术难点，含水率高、有机质 含量高，导致堆肥升温慢、容积效率较低，而且易腐、颗粒机械稳定性差的特性， 需要特殊的填充物提高空隙率、大量的填充剂调理含水率，此外厨余垃圾中含有 的大量油脂和盐分会进一步影响微生物对有机物的分解速率。Sung-Hwan Kwon等研究指出，由于受厨余垃圾物料特性的影响，厨余垃圾堆肥的有机物转化率低 于城市生活垃圾（MSW）转化率。Yao-Wu He等研究了厨余垃圾等食品废物好氧 堆肥过程中CH以及

7、N2O等温室气体的排放，结果表明，初期产生 N2O的排放高 峰，两天后逐步回复到大气环境的本底值， 而在牛粪调理的情况下，在堆肥的全 过程均产生N2O的排放，并形成两次排放高峰，同时，排放尾气中检出 CH,这 说明，即使在强制通风的情况下，厨余垃圾颗粒内部存在缺氧和厌氧环境， 厌氧 菌的加入，使得甲烷气的产生。由于厨余垃圾废物堆肥处理的技术复杂性， 有研究者尝试进行了厨余垃圾废 物强制导热通风的高温氧化处理研究。 吕凡、何品晶等进行了餐厨垃圾高温好氧 生物消化工艺研究.实验结果表明，控制反应在高温条件下（5565C）可以达到 最大减量率，减容率达到40%X±O高温妤氧工艺处理厨余垃圾

8、，有机物转化率 高，反应残余可作为有机肥料。但反应过程要保持较高的温度，消耗大量的能量， 同时由于物料中有机物含量极高，需氧量大，充足、高效的供氧设备及其充氧效 率是反应成功的关键，大量的排放尾气中含有较多的挥发性有机物。总体上，高温好氧工艺运行成本较高，对环境产生较大的影响，不利于大规模的厨余垃圾废 物的处理。三、厌氧发酵处理由于厨余垃圾饲料化、好氧处理的技术缺陷，很多学者将厨余垃圾处理的方 向转向厌氧生物技术。厌氧微生物能强化厨余垃圾中油类的分解，耐盐毒性较强； 此外，不需供氧，节省能耗，因此，从技术分析上，厨余垃圾废物的厌氧发酵处 理具有节能、高效、资源回收的优势，但亦存在发酵周期长、初

9、期投资大的不足。目前，有机废物的厌氧发酵处埋技术，可分为两大类：其一，是进行低固体 的浆料或液态发酵，技术相对成熟；其二，进行厨余垃圾废物原生态或适当调理 的高固体或半固体厌氧发酵技术。 高固体技术在系统投资、设备效率、发酵物料 的综合利用等方面具有明显的优势， 在发酵理论上亦较成熟，但随着固体浓度的 提高，物料中毒性物质以及流态、传质等因素的影响加强，在具体技术应用上尚 存在较多的不确定性和难度；发酵工艺以及参数的确定、反应器的构建以及过程 的控制等方面是其研究的重点。厨余垃圾废物含水率在80%E右，物料组成复杂，酸化速率极快，高有机物 含量以及盐分影响，易对厌氧微生物，尤其是甲烷相微生物的

10、活性产生抑制， 因 而，采用大量加水稀释的方式进行，可以减少物料对微生物的抑制影响， 提高反 应进程，能实现厌氧物料的流态化；在工艺的组合（温度、负荷等）、生物相的分离（单相、两相）、高效反应器（如UASB ASB曲）的构建应用等方面具有明 显的优势。但大量稀释水的增加，造成反应器体积庞大，投资和运行费用大幅提 高，同时，大量发酵后的液体含有较高的 COD?环境污染物，需进一步处理才能 达标排放。保持厨余垃圾原有基质状态或适当调理，进行厌氧发酵处置，相比以上方法， 具有阴显的优势，符合厨余垃圾处理产业化的要求，但目前国内进行厨余垃圾废 物高固体或较高固体发酵处理的试验研究很少， 国外的少量研究

11、成果可以用以借 鉴。Jae Kyoung等进行了厨余垃圾废物的甲烷化潜力（BMP）W究，结果表明，厨 余垃圾废物具有较大的厌氧甲烷化潜力，肉食、纤维素、米饭、卷心菜和混合废 物的甲烷化潜力分别为（每克 VS）482 mL/g、356 mL/g、294 mL/g、277 mL/g、 472 mL/g,厌氧可生物降解性分别为 0.82、0.92、0.72、0.73、0.86 ,但长期 稳定试验效果不佳，产气率远达不到 BMP研究结果；M.Mure Wang Yusheng等 进行了厨余垃圾废物与市政污泥等的联合发酵试验表明，在一定的比例下，厨余垃圾发酵可以顺利进行。在厨余垃圾高固体发酵过程中，物料

12、的酸化过程是影响发酵启动和稳定性的 主要原因。Kang等研究得出结论，厨余垃圾废物在发酵的初期迅速产生大量的 挥发酸（VFAs） .引起系统pH值的急剧下降，抑制甲烷化的进行，进一步的研究 表明，即使保持系统pH值在中心范围，在接种率 30%勺条件下，厨余垃圾厌氧 发酵亦未能达到甲烷化过程；对应的厨余垃圾酸化液厌氧毒性试验（ATA）表明，厨余垃圾酸化液是抑制厨余垃圾废物甲烷化进程的主要原因，当对系统的发酵液进行稀释时，在很短的时间内（1天）微弱恢复产气，继而系统彻底崩溃。而不 同的研究结论亦存在，Ghanem等通过研究认为，挥发酸的累积会导致系统产气的 停滞，但当减少挥发酸的浓度时，系统产气能

13、力能得到恢复，甲烷化可以继续进 行。止匕外，Q.wang等研究表明，餐厨废物中存在的乳酸发酵能抑制其他细菌生 长，进而影响到废物发酵的启动与进程，发酵菌种的驯化、系统快速启动是厨余 垃圾废物发酵的技术难点。总的说来，厨余垃圾废物高固体或半固体厌氧发酵处 理，有利于厨余垃圾废物的全面资源化，但在工艺技术上相对还不完全成熟， 有待于进一步的系统研究。四、填埋填埋由于操作简便，是目前应用比较普遍的处理方法。 厨余垃圾很适合于填 埋场气体利用技术，因为厨余垃圾的产气速度很快，稳定时间比较短，有利于垃 圾填埋场的恢复使用；厨余的有机物中可生物降解组分比例较高， 单位质量的干 垃圾的理论产气量也高于纸张。

14、但由于厨余垃圾过高的含水率导致渗滤液的增 多，符合填埋条件的土地面积的减少， 造成处理成本升高。而且厌氧分解的厨余 垃圾是填埋场中沼气和渗滤液的主要来源， 会造成二次污染。这种处理方式将损 失厨余垃圾中几乎所有的营养价值，最终厨余垃圾中的绝大部分碳将转化为沼 气。在一个精心设计的填埋场里，约有 66%勺沼气可以作为燃料重新利用，但剩 余的34%等进人大气层。而沼气对全球变暖的影响约为二氧化碳的25倍。五、厨余垃圾处理机厨余垃圾处理机主要分三种类型：第一种就是将厨余垃圾破碎后，直接排 A 下水道，并没有深层次的处理；第二种以减量化为主，也称消化型，采用加热器 使水分蒸发，减小垃圾体积；第三种以资

15、源化为主，也可称作生化式，是先利用 细菌将有机物分解之后，再将剩下的残渣作为肥料使用。厨余垃圾处理机的优势 在于没有二次污染，占地小，运行成本低，操作方便，既可用于居民厨房，也可 用于厨余垃圾产生量比较大的单位部门。日本在厨余垃圾处理机的生产、销售和推广方面已经形成了比较完善的市场 体系。政府出台了 一些优惠政策并运用财政帮助其在居民或厨余垃圾产生单位的 推广。文案大全第四节厨余垃圾的堆肥化处理一、堆肥化定义依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，人为地促进可生物降 解的有机物向稳定的腐殖质生化转化的微生物过程叫做堆肥化。 堆肥化的产物称 作堆肥。二、堆肥作用和用途堆肥还田，能够增加土

16、壤中稳定的腐殖质，形成土壤的团粒结构，改善土壤 物理的、化学的、生物的性质，使土壤环境保持适于农作物生长的良好状态。腐 殖质又有增进化肥肥效的作用。总之，使用堆肥主要具有以下两种作用。(1) 堆肥的改土作用。堆肥对土壤的作月不同于化肥，它是优良的土壤改良 剂。堆肥施入土壤可以明显地降低土壤容重，增加土壤的空隙率，使固相下降， 液相和气相增加；提高了土壤的保水能力、通气性和渗水性。腐殖质的增加提高 了土壤的阳离子交换能力，有利于保持肥效；腐殖化的有机物具有调节植物生长 的作用，也有助于根系发育和伸长，即有助于植物扩大根部范围；最后，堆肥使 用增加了土壤中的微生物数量。微生物分泌的各种有效成分直接

17、或间接地被植物 根吸收而起到有益作用，故堆肥是昼夜有效的肥料。(2) 堆肥的增产作用。国内外的许多试验表明，堆肥具有明显的增产作用。 有试验表明，连续使用堆肥23年后土壤空隙度增加2.1%4%田间持水量增 加1.4%3.5%,有机质增加0.05%0.17%,增产幅度最高达15%但一个应该 予以重视的问题是，不同的堆肥原料、堆肥品质对农作物的影响是不一样的，堆肥使用于不同的场地，其使用方法和使用量都有区别。三、堆肥的原料要求堆肥原料特性(CJ/T3059-1996):(1)密度。适用于堆肥的垃圾密度一般为 350650 kg/m3;(2)组成中(湿重)有机物含量不少于 20%(3)含水率。适合堆

18、肥的垃圾含水率为 4006 60%(4)碳氮比(C/N)。适合堆肥的垃圾碳氮比为(20: 1)(30: 1)。四、堆肥的产品质量和卫生要求堆肥产品质量(以干基计)：(1)粒度。农用堆肥产品粒度不大于 12 mm山林果园用堆肥产品粒度不大 于 50 mm;(2)含水率不大于35%(3) pH 值为 6.58.5 ;(4)全氮(以N计)不小于0.5%;(5)全磷(以B05计)不小于0.3%;(6)全钾(以K20计)不小于1.0%;(7)有机质(以C计)不小于10%(8)重金属含量。总镉(以Cd计)不大于3mg/kg;总汞(以Hg计)不大于 5mg/kg;总铅(以Pb计)不大于100 mg/kg;总

19、铭(以Cr计)不大于300 mg/kg; 总神(以As计)不大于30 mg/kg o堆肥无害化卫生要求：(1)堆肥温度(静态堆肥工艺)大于 55 C :持续5d以上；(2)蛔虫死亡率为95%- 100%(3)粪中大肠菌值为10-110-2。五、堆肥原理和堆肥化过程好氧堆肥是在有氧的条件下，借好氧微生物(主要是好氧菌)的作用完成的。 在堆肥过程中，厨余垃圾中的溶解性有机物质透过微生物的细胞壁和细胞膜而为 微生物所吸收，固体的和胶体的有机物先附着在微生物体外，由生物所分泌的胞外酶分解为溶解性物质，再渗入细胞一微生物通过自身的生命活动一一氧化、还原、合成等过程，把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机

20、物，并放出生物生 长活动所需要的能量，把另一部分有机物转化为生物体所必需的营养物质，合成新的细胞物质，于是微生物逐渐生长繁殖，产生更多的生物体，图 11 - l可以 简单地说明这个过程。厂厂合成 细胞物质+腐箝物质 厨余垃圾中有机物+0升微生物- 一氧化 HQ、如九P0二、：SO-一能量排入环境 释放能量转移为热图l1 一 l有机物的好氧堆肥分解一般情况下，可以利用堆肥温度变化来作为堆肥过程的评价指标。 一个完整 的堆肥过程由四个堆肥阶段（升温阶段、高温阶段、降温阶段、腐熟阶段）组成。 在堆肥初期，堆层基本呈中温，嗜温性微生物较为活跃，并利用堆肥中可溶性有 机物旺盛繁殖，它们在转换和利用化学能

21、的过程中， 一部分变成热能，堆温不断 上升。适合于中温的微生物种类极多，主要有细菌、真菌和放线菌。细菌特别适 应水溶性有机物，真菌和放线菌对于纤维素和半纤维素分解具有特殊功能；当温度升高到45c后，进入高温阶段，此时主要由嗜热性微生物起作用，复杂的有 机物开始强烈分解；温度进一步升高到 70c以上时，微生物大量死亡或进入休 眠期，与此同时，堆肥中有机质大量消耗，堆肥物质逐步进入稳定化状态，高温 阶段，有机物质的分解较快，且高温对杀灭病原菌、寄生虫、虫卵、抱子等有利。 在堆肥后期，温度逐渐下降，堆肥进入腐熟阶段，腐殖质不断增多且稳定化。总 之，在堆肥的每个阶段拥有不同的细菌、放线菌、真菌和原生动

22、物。微生物利用 废物和阶段产物作为食料和能量的来源，这种过程一直进行到稳定的腐殖物质形 成为止。六、厨余垃圾堆肥的要素厨余垃圾有机物含量高，营养无素全面，C/N较低，是微生物的良好营养物 质，非常适于作堆肥原料。厨余垃圾中含有大量的微生物菌种， 易于堆肥过程的 正常进行。另外，厨余垃圾中惰性废物（如废塑料等）含量较少，利于堆肥产品 的农用。但堆肥过程应针对厨余垃圾含水率高，脱水难，含盐高、pH值低的特性进行调整，以利于堆肥过程的快速、正常进行。（一）微生物的接种厨余垃圾中，有机物含量与城市垃圾相比很高，为了保证厨余垃圾堆肥的正 常、快速进行，应加入适量的微生物，提高堆肥速率；通常可在堆肥原料中

23、接种 下水污泥，也可配以一定量专性工程菌或熟堆肥。（二）水分的调节厨余垃圾的含水率较高，在90流右。一般认为，按质量计，50除60%勺含 水率最有利于微生物分解，水分超过 70%温度难以上升，分解速度明显降低。 因为水分过多，堆肥物质粒子之间充满水，有碍于通风，从而造成厌氧状态，并 产生恶臭气体。厨余垃圾在堆肥前必须进行水分调节，降低含水率到60%£右，一般采用离心机进行脱水。（三）温度对堆肥而言，温度是堆肥得以顺利进行的重要因素， 温度的作用主要是影响 微生物的生长。高温菌对有机物的降解效率高于中温菌。在高温条件下堆肥，有利于缩短堆肥周期，同时高温还起到系菌的作用，但过高的堆温（大

24、于 70C） 将对微生物产生有害的影响。当利用堆肥过程自然升温时，应考虑到厨余垃圾易 结团的特性，原料要加入一定量的填充料（木屑、秸秆等），利于氧的传输和传 质作用。（四）碳氮比、碳磷比厨余垃圾的有机物含量较高，控制好碳氮比、碳磷比对堆肥很重要。一般认 为，碳素高，氧素养料相对缺乏，细菌和其他微生物的发展受到限制，有机物的 分解速度就慢，发酵过程就长，为了保证成品堆肥中一定的碳氮比和在堆肥过程 中有理想的分解速度，必须调整好原料中的碳氮比（25:1左右）和碳磷比（75 150）:1 左右）。（五）通风供氧控制厨余垃圾的有机物含量较高，对堆肥过程中的通风供氧有较高要求， 供氧不 足会产生厌氧和发

25、臭。通风量过高，又会影响发酵的堆温，降低发酵速度。实际 生产中，可通过测定排气中氧的含量，确定发酵器内氧的浓度和氧的吸收率， 排 气中氧的适宜体积浓度值是14%- 17%如果降到10%好氧发酵将会停止。如果 以排气中嗡的浓度为氧吸收率参数， CO的体积浓度要求为3%- 6%（六）pH值pH值对微生物的生长也是重要因素之一， 一般微生物最适宜的pH值是中性 或弱碱性，pH值太高或太低都会使堆肥处理遇到困难。厨余垃圾的 pH值偏低， 一般可加入一定量的石灰进行调节，适量的石灰投加能刺激微生物的生长。七、厨余垃圾堆肥工艺利用有机物进行堆肥已有几千年的历史， 近几十年来，堆肥原理和堆肥工艺 有了很大的

26、发展，高速机械化堆肥得到了广泛的应用。国内科研人员也对堆肥进 行了大量的研究。在我国国家科委社会发展司、建设部科技发展司的组织推动下， 经过专家评估，通过确定了一系列城市垃圾处理技术推广项目。其中，属于机械 化堆肥处理技术的有五项，简易或半机械化高温堆肥处理技术项目有六项。现代化堆肥生产，通常由前（预）处理、主发酵（亦可称一次发酵、一结发 酵或初结发酵）、后发酵（亦称二次发酵、二结发酵或次结发酵）、后处理、脱臭 及贮存等工序组成。废物堆肥化按设备流程包括下述系统： 进料烘料设备、预处 理设备、一次发酵设备、二次发酵设备、后处理设备及产品细加工设备等。目前，随着对厨余垃圾环境危害的认识，法律法规

27、的进一步严格，科研人员 在原有堆肥研究的基础上，利用好氧堆肥进行厨余垃圾处理的研究日益增多， 积 累了一定的经验，其中提高堆肥品质和堆肥速率是研究的主要方向， 并开发出一 系列的厨余垃圾好氧堆肥处理设备。 通过外加热源，提高温度，利用嗜热菌作用 快速分解厨余垃圾中有机物极高温好氧堆肥工艺， 已经开发成功并投入应用。下 面简单介绍两种厨余垃圾堆肥处理和极高温堆肥处理的工艺及流程。（一）厨余垃圾高温机械堆肥工艺厨余垃圾高温机械堆肥工艺包括厨余垃圾的前处理、一次发酵、二次发酵和 后处理等工序。1 .厨余垃圾的前处理厨余垃圾的含水率高，堆肥前需要调节水分到堆肥要求的最佳水分50%-60%然后进行破碎、

28、配料。配料时加入一定量的填充料，保证堆肥时颗粒分离 以及一定的空隙率、营养比，并进行微生物接种。前处理系统可简单表示为：厨余垃圾一自然渗沥一离心脱水一破碎一配料另外，有研究表明，厨余垃圾经过厌氧预处理 （l-2d）后，再进行好氧堆肥， 可明显缩短堆肥周期，提高堆肥效率。2 . 一次发酵和二次发酵厨余垃圾堆腮的一次发酵和二次发酵，与其他原料堆肥工艺类似。在厨余垃 圾堆肥过程中，由于厨余垃圾的有机物含量很高， 对氧的需求大，在运行参数上 有一定区别。3 .后处理厨余垃圾中杂物少，后处理主要有造粒、贮存等系统，旨在提高堆肥品质及 利用价值。厨余垃圾进入场区后首先称重计量，取样测定水分后进行脱水、配料

29、处理，调节含水率到50%-60%水分调节后通过破碎机对厨余垃圾中粗大物料进行破碎处理，再由装载机送入地面带有通风装置的一次发酵池内，强制通风1215d后进行二次发酵。二次发酵产物可作为成品肥直接销售， 为了提高堆肥产品的品 质，可对堆肥产品进行精加工，制成精品堆肥销售，可获得较好的经济效益。堆 肥工艺流程见图11-2 。物料运入厂区I原料的前处理（水分调节、破碎等）取样I计量I渗液处理 次,酵场一一强制通风出场表运二次%酵场一一添加活性微生物堆卑成品销售J储存图11-2厨余垃圾堆肥的工艺流程（二）EATADT艺由加拿大科学家（旧R）开发的高温好氧无污染生物处理法（EATAD）,对包 括厨余垃圾

30、在内的有机垃圾具有较好的处理效果。 该工艺的生化部分，采用高度 嗜热微生物进行发酵，由于发酵温度高，有利于加快发酵过程。不同的微生物耐热性不同，通常嗜热菌所具有的耐热性是因为这些微生物的 酶耐热性强，核酸也具有保证热稳定性的结构， tRNA在特定的碱基对区域内含 有较多的G=CM,可以提供较多的氢键，增加热稳定性；另外，嗜热微生物的细 胞膜结构也与普通微生物不同，这类菌通常含有更多的饱和脂肪酸和直链脂肪 酸，从而使得在高温下细胞膜还具有较好的流动性和完整性。从细胞膜的流动镶嵌模型来说，膜的流动性对于保持细胞内环境与外环境的物质交换是很重要的。该技术发酵所采用的菌种是混合菌团，能在85c的高温下

31、很好地生长。发酵周期为72 ho实行二次发酵。一次发酵，保持浆料含水为 92%固形物为8% 将浆料输送到一次发酵罐，升温到 55c接种发酵，由于在55c条件下，该嗜热 菌的酶被迅速激活，从而快速利用有机质进行新陈代谢。 一次发酵后的浆料再迅 速送人二次发酵罐，由于新陈代谢的进一步加强，代谢产生的热使温度继续上升， 直到85c时，有机质基本被降解。随后，温度有所下降。发酵完成后，其中 5% 的发酵液被用做下次发酵的种子，其他部分制成固态和液态有机肥料。EATA阪术工艺包括：分拣、粉碎、溶浆、分离、一次发酵、二次发酵、干 燥/沉淀和压制/蒸发等环节。在发酵过程中，采用闭环控制系统进行在线检测， 严

32、格控制各工艺参数，使发酵液中的有机垃圾成分最大限度地转化为目标产物一 一有机肥料。应用EATADD：艺处理厨余垃圾的工艺流程如图 11-3所示。根据资 料介绍，该技术的核心是供氧方式和速率。 由于含水率非常高，可以比较方便地 把氧气均匀地向浆状液体扩散，使有机废物与氧气充分接触；但另一方面，浆状 体中的含固率也在2妹8%黏度较大，氧气的喷射装置和喷射量也非常重要。 若能够使氧气或空气以溶气的方式进入浆状体中，可明显提高氧气的利用率。垃圾放置一特殊设计分离器一首段消化系统大型杂物二段消化系统一|残余处理系统一装瓶及贮存 造粒机一装瓶-蒸发机一干燥机、 小型杂物 沉淀槽一二过滤流-图11-3 EA

33、TAD技术工艺流程第五节厨余垃圾的厌氧发酵处埋一、厌氧发酵技术简述有机物的厌氧发酵过程就是有机物质在特定的厌氧环境下，微生物将有机质 进行分解，其中一部分碳素物质转化为甲烷和二氧化碳。在这个转化作用中，被分解的有机碳化物中的能量大部分贮存在甲烷中， 仅一小部分有机碳化物氧化为 二氧化碳，释放的能量满足微生物生命活动的需要。因此在这一分解过程中，仅 积贮少量的微生物细胞。一般认为，厌氧发酵包括四个阶段，即四阶段理论（水 解、酸化、产氢产乙酸、产甲烷阶段），每个阶段有独特的微生物菌群。在不同 的生态条件下，不一定都包括四个阶段，如在食草动物的瘤胃和人的盲肠和肠道 中，一般仅包括第一阶段和第三阶段；

34、而在温泉中，仅包括第三阶段和第四阶段。 这与不同生态环境的条件有关。厌氧生物技术，虽然在经济和节能方面具有明显的优势，厌氧处理中 1000 kgCOD专化成的甲烷相当于12X106 kJ热能，并省却了好氧充氧的费用。但长期 以来，厌氧消化被认为是一种较慢的生物处理过程， 而且仅仅适用于很有限的一 些有机物。近年来的研究表明，厌氧微生物的生物转化能力是可以与好氧微生物 的生物转化能力相比拟的，问题不在于厌氧微生物的活性而在于厌氧微生物的世 代时间。随着经济的发展、能源短缺的现实为大家普遍接受的同时， 厌氧生物技 术越来越引起人们的兴趣。Totzke报道仅19891994年全世界非塘类厌氧装置 的

35、数量从近300个增到800以上。厌氧处理的主要优缺点可见表 11-1。表11-1厌氧处理的优缺点比较优点缺点工艺稳定反应器内生物量启动时间长减少补充氮、磷的费用对碱度要求高，有时需补充一定量碱度贮存能量并具有生态和经济上的优点低温下动力学速率低，处理低浓度有机质不能实现能量平衡无尾气污染可以降解好氧过程中不可生物降解物质水处理中减少剩余污泥处理费用甲烷菌对环境条件较敏感厨余垃圾具有自身特性，含水率高，脱水性能差，有机物含量高等。采用厌 氧处理与好氧生物处理相比，有独到的优势。(1) 厨余垃圾有机物含量高，经过厌氧生物处理能回收大量氢气及甲烷气， 实现能源回收，具有较大的经济价值。(2) 好氧堆

36、肥处理厨余垃圾，产生臭气和大量二氧化碳气体，不经有效处理 能在一定程度上造成大气污染，二氧化碳气体是一种温室气体。厌氧处理尾气污 染较少，具有生态优点。(3) 厨余垃圾含水率高，脱水性能差。采用好氧处理一般必须调节水分到堆 肥所要求的50%-60%消耗大量的能量，不进行水分调节，为了提高堆肥温度， 则又要消耗更大的外源能量输入。厌氧处理时，对水分的要求无好氮条件严格， 反应温度的保持可通过回收能量的全部或部分维持，能实现能量的平衡。(4) 厌氧微生物对氮、磷等营养元素的要求比好氧微生物低，减少附加费用。 (5)发酵沼渣、沼液可作为良好的有机肥，经过适当处理后可成为动物饲料。沼气发酵残余物是一种

37、高效有机肥和动物饲料。沼渣一般含有机质36.0%49.0%,腐殖酸10.1%44.6%,粗蛋白5%4% 全氮0.8%1.5%,全磷0.44% 0.6%,全钾0.6%1.2%。用等量沼液与敞口池粪水进行肥效对比，粮食增产 6.5%15.2%,棉花增产17.5%,油菜增产0.6%.且对病虫害有防治作用。有关 试验表明，施加沼液喂猪可使育肥期缩短一个月，节省饲料80 kg;用沼渣养鱼较投放猪粪增产25.6%。二、厨余垃圾厌氧生物处理中存在的难点利用厌氧技术处理厨余垃圾，由于厌氧微生物的生物学特性，也存在一些难 点和缺陷。厌氧微生物的启动时间慢，批量发酵时，发酵周期相比好氧处理较长。 厨余垃圾固体含量

38、高，流动性能差，连续进料困难，影响厌氧微生物的接种等。厨余垃圾pH值较低，含盐量高，容易发生酸中毒，抑制微生物的正常生长，严 重时可使厌氧过程失败。另外，相比于好氧生物处理，厌氧处理存在设备复杂、 一次性投资较高的问题。为了提高厨余垃圾厌氧发酵的效率， 缩短厌氧发酵周期，通常可采用以下方 法和途径：(1) 提高含固率，可提高反应器的设备效率。研究表明，固体浓度为7.52%、10.2%、15.5%寸处理效果均良好。当固体浓度为 21.8%以上时的处理效果逐渐下 降，由于有机质生物降解率、产沼气量和产甲烷率均随固体浓度的增高而降低。固体浓度为50%寸降低幅度最大，考虑到反应器的设备效率，建议发酵固

39、体浓度 在 10%- 20%(2) 在直接厌氧发酵过程中，由于挥发性有机酸积累较快，影响产甲烷菌的 生长，使发酵效率降低，发酵周期延长，甚至酸中毒。酸中毒是高浓度发酵失败 的最常见原因，克服的方法是必须选择厌氧食物链系统完整且活力高的优良接种 物，同时要保证有足够的接种量。采用两步法发酵可显著提高氢气和甲烷产量， 还熊提高城市固体废物的生物降解率。在20%-50%Z下时高固体浓度发酵能正常产甲烷、最终pH值和挥发酸均正常。(3)采用适当预处理，用先好氧后厌氧发酵，结果表明启动快，产气量高， 处理周期短：而直接用厌氧发酵，由于挥发酸大量积累，启动困难，产气量少。 与直接厌氧消化相比，日平均产气重

40、可提高6.7倍，甲烷含量也明显增高。从好 氧发酵转为厌氧发酵，速度很快，其实质原因是厌氧微生物的数量很多。 厌氧发 酵开始时，厌氧菌的数量即达到了高峰，这主要是接种物数量充足和接种物中含 生物量高之故。(4) 提高反应温度。高温下，微生物活性高，反应速率快。(5)采用专性工程菌，一方面可提高厌氧菌群的数量；另一方面，可利用工 程菌的高效降解功能达到快速降解有机质的目的。三、厨余垃圾的厌氧发酵处理对厨余垃圾进行厌氧发酵处理时，由于厨余垃圾的含水率、有机物含量较高， 在反应过程中对一些因素必须严格控制，如：含水率.pH值、碱度等。过高的含 水率会影响反应的升温过程，从而直接影响反应周期，同时高的含

41、水率也降低了 反应器的容积负荷，降低了反应器的效率。因此，对厨余垃圾的水分调节，提高 含固率是必要的。在厨余垃圾厌氧发酵中，有机物的酸化过程产生大量有机酸的 积累，pH值下降，保持足够的碱度才能保证产甲烷过程的正常进行。另外，厨 余垃圾氮、硫量亦较高，一定浓度的游离 NH、HS对甲烷菌均有抑制作用，可视 具体情况，通过控制适当的pH值和投加调理剂对其进行控制。厌氧发酵根据工 艺、原料的特点，相的分离等，有多种分类形式，如直接发酵、两相发酵、高固 体发酵、低浓度发酵、浆料发酵等。高固体厌氧消化也称为干发酵。在传统的厌氧消化工艺中固体含量通常低于8%而高固体消化中固体含量可达到 20%-35%直到

42、目前，大规模运用的厌氧 消化都是低固体含量的，用于处理一些液体或固体含量低的泥状废物， 在处理固 体含量高的废物（如垃圾）时，需加大量的水稀释，大大增加了处理量和处理成 本。以上因素使人们开始重视高固体消化技术。 高固体厌氧消化有如下优点：单 位容积的产沼气量高；需水量低或不需水；单位容积处理量大；消化后的产品不 需脱水即可作为肥料或土壤调节剂等利用，降低了处理成本。高固体厌氧消化的概念是在1958年提出的。从1980年起，Jewell等在这 一领域作了不少工作。目前这方面的工作主要在欧美的一些国家进行。 我国对它 的研究尚少，仅江西工学院、武汉大学、清华大学、同济大学等几个单位进行了 实验室

43、规模的小试研究。研究进展一直很慢，其主要原因是随着固体含量的增加， 许多影响微生物活性的条件变得更为严格，例如：（1）氨、重金属、硫酸盐、挥发性有机酸等抑制物的含量可能会提高， 对细菌活性产生不利影响，需要有效的 措施来降低原料中对细菌有毒性的物质含量；（2）很高的固体含量给搅拌装置的 选择和动力配给带来了困难；（3）反应的启动条件苛刻，菌种驯化任务艰巨；（4） 运行中存在着很高的不稳定性。两相厌氧发酵是根据厌氧发酵的阶段理论，创造良好的微生物生活生长条 件。实际上，各种分类都是相对的，在实际应用中，常常是分不开，结合使用的。 下面对其中一些技术、工艺及其特点进行简单的介绍。四、厨余垃圾厌氧发

44、酵处理及工艺流程厨余垃圾的厌氧发酵包括脱水、破碎等前处理过程、厌氧发酵、渗液处理、 气体净化及贮存等环节。首先是通过离心机等机械进行物料的水分调节。破碎则利用破碎机对物料中的粗大物体（如骨头等）进行破碎，有利于后续发酵单元的 顺利进行。厌氧发酵阶段通过投加兼性和厌氧微生物菌种，强化物料中有机组分 的分解，使生成较稳定的发酵产品和以甲烷为主的发酵气体。利用水处理装置对物料脱水形成的有机废水进行处理， 防止渗液形成二次污染。另外，甲烷是一种 有较高经济利用价值的气体，通过净化装置去除发酵气中H2s等杂质气体，能提高发酵气的利用价值，工艺流程见图11-4 o菌种投加气体净化一能源回收进料I水一破碎L

45、厌氧发酵一发酵产品一外运（利用）水处理一达标排放图11-4厨余垃圾厌氧发酵工艺流程五、厨余垃圾厌氧发酵的其他几种可行工艺（一）美国试验工厂工艺1979年，美国建立了世界上第一个年处理量为 5000 t的试验工厂，由于经 济原因，运行4年后停转，它在4年中所取得的经验、数据为以后的研究提供了 很好的参考；其生产工艺也是以后各种不同工艺的基础。该工艺流程简图如图 11-4。所收集垃圾经破碎分选后，去除无机成分和塑料等，调节固体含量为25%左右，在55c下高温消化，机械搅拌，在反应器中停留一个月。所产生沼气处 理利用，渗滤液处理后排放，残余固体物质加工成肥料或土壤调节剂。该工艺是以后各种高固体厌氧消

46、化工艺的基础。 各国研究人员针对垃圾预处 理、搅拌方式、反应温度、进料含量、产物的加工利用、污染控制等提出了许多 不同的改进方案，形成了各具特色的工艺流程。试验工厂停止运转的主要原因是 资金困难。以后的工作者们采取各种方法来获取资金、 降低运行成本，包括收取 垃圾处理费用，溜气发电，废热利用，固体残余物加工成肥料，渗滤液制液肥等。（二）法国的Valogra工艺Valogra工艺是20世纪80年代后期开发研制的。由于其具有较好的经济效 益和环境效益，取得了较大的成功，在欧洲地区得到了一定的工业运用。 垃圾经 破碎分选后，有机组分与反应器回流液混合，调成浆状（含量不详）。在中温（35 40C）或高

47、温（5560C）下连续消化1725 d出料压缩后，进一步加工成肥料 出售；渗滤液部分回流，调节进料浓度，并起一定的接种作用，多余的渗滤液处 理后排放；所产生沼气一部分压缩后回流，起搅拌作用，另一部分输出利用。垃 圾产气量为149.6 m3/t ,其中甲烷含量54% COM除率为58%该工艺最主要 的特征是：用压缩沼气来进行搅拌，从而避免了机械搅拌带来的泄漏、机械磨损、 消耗动力高等缺点。目前荷兰的提比可垃圾处理厂（年处理量10万t）,法国的爱门司垃圾处理厂（年处理量 5.5万t）均采用了这一工艺。（三）丹麦 CarlBro工艺CarlBro工艺由丹麦CarlBro公司开发研制，已有了工业运用。

48、垃圾破碎分 选，有机组分进入一级反应器；中温 3537c停留23h,进行酸化，pH值为 6.5左右；酸化后，固液分离，固体部分进一步加工成肥料，液体部分进入二级 反应器；中温下停留12d产沼气，气液分离，所产沼气出售电厂。垃圾产气量 150175m3/t ,固体去除率60%以上。该工艺的主要特点是：（1）两阶段消化，把酸化阶段和产沼阶段分离开来， 可以节约用地，并便于管理；（2）处理时间短，仅35 d,因此可充分利用有限 的设备，降低了投资和成本；（3）渗滤液加工成液肥出售，不但减少了废水处理 量，还有一定收入。1991年丹麦的世界上第一个工业规模的城市垃圾厌氧处理 厂就采用了该工艺。该厂设计

49、处理能力为 20万t/a,初期投资为5500万丹麦 克朗，运行费为800万丹麦克朗/a,其中66豚自出售沼气。所生产固体和液 体肥料有很高肥效，销路很好。据该公司核算，垃圾处理厂费用（包括初期投资 与运行费用）低于同等规模垃圾整烧厂，但缺乏与土地填埋费用比较的数据。（四）厌氯一好氧工艺该工艺由美国加利福尼亚大学开发研制。由于厌氧消化后的产物中还含有一 定量的可生物降解物质，以及细菌等微生物，对人体和环境有一定危害，不能直 接出售或排放。因此，研究者们提出在厌氧消化后，进行好氧堆肥处理，进一步 降解有机物质，杀灭细菌。垃圾破碎分选、有机成分进入厌氧反应器，高温 （55 60C）停留2530 d,

50、厌氧消化产生沼气；再进入好氧反应器，在55c下腐熟， 彻底杀死各种病菌等微生物，最终产物性质稳定，化学组成合理，有很高的肥效 和热值，可用做肥料或电厂燃料：垃圾产气量为 800 m3/t0经两级处理后，周 体去除率为553 65%该工艺的特点是：（1）产气量高，是前几种方法的5倍左右；（2）最终产品生 物化学性质稳定，是很好的有机肥料或燃料；（3）产物对人体和环境无害，完全 符合环境标准。该工艺目前尚处于中试阶段。（五）矿化垃圾协同产氢工艺该工艺由同济大学赵由才课题组研制，主要方法是将填埋一定年限的矿化垃 圾，筛分粒径至15 mmi下。沿脚废物经食品破碎机破碎至粒径 10 mnm；下，与经水洗

51、的污水厂浓缩池污泥以一定比例混合，并采取干热灭菌的方法进行预处理，然后投加一定比例的矿化垃圾，并调节含水率至 85%在恒温条件下（36 C） 于密闭的容器内进行发酵，在 5d的反应周期内累计的氢气产率为 180 mL/gVS 以上，产氢潜力在190 mL/gVS以上，最大产氢速率 90 mL/（h - g） vs以上，最 高浓度50%Z上。工艺流程如图11-5所示。平均每吨湿沿脚（含水率 80流右） 可以产生氢气约25 rrr3,具有极大的经济效益和生态效益。产生的氢气经简单预处理后作为燃料或发电原料使用，发酵残留物可继续作 为产甲烷基质 或好氧堆肥后农用。该工艺有几个显著特点：（1）简单易控

52、制，无需外加营养元素，成本低廉； （2）氢气产量较高，无二次污染，对填埋矿化垃圾、沿脚废物和污水厂污泥进行 了有效的资源化利用；（3）固体产物性质稳定，不含病菌等微生物，是很好的农 业肥料。腐熟垃圾沿脚废物开采“风干破碎矿化垃圾沿脚废物【细斜这10师污水厂厌氧污泥 淘洗、过筛一 T卜昆合 混合物厌氧污过lOnun犷化垃圾组料5W13mm1灭菌混合联合发酵机制| 调节含水率 联台发脸机制置于恒温发酵容器.并进行氮气吹脱联合发酵机制间歇搅拌或摇晃I氨气发酵残渣, I,I i甲烷化好氧堆肥沼气沼§图11-5矿化垃圾协同产氢工艺流程示意图六、厌氧消化过程的控制与优化条件从有机废物固体阶段发酵

53、工艺可见， 在发酵理论和发酵控制上，固体发酵和 液体发酵是相同的。厌氧发酵的特性和效能取决于三个方面的因素：作用者（厌氧微生物）、作用对象（有机物）以及作用条件（环境条件、接触传质等）。有机 废物厌氧处置工艺，即是从工程化的角度，去创造最佳的适合厌氧微生物生存的 环境条件和作用条件，以取得最大的有机物降解效果。其基本的运行控制和优化 条件有：相分离、温度、含水率、基质条件以及预处理促进等。（一）相分离从厌氧发酵的微生物学机理可知，复杂物料的厌氧降解主要是由两类特性完 全不同的微生物：产酸细菌和产甲烷细茵的逐级代谢完成的。产酸细菌种类多， 世代时间短，增长快，对环境条件不太敏感；而产甲烷细菌则恰

54、好相反，种类少， 世代时间长，专一性强，对环境条件要求严格，如若将两者分开在两个反应器中， 使得两者能在自身最佳的环境条件下进行，则会有利于细菌的生长和反应的稳 定，提高容积负荷率，这就是两相厌氧工艺的理论出发点。20世纪70年代初，F. G. Pholand和S. Ghosh首次提出了两相厌氧消化系 统（TPAD）。较多的研究表明，对不同基质材料的有机废物厌氧发酵处置， 两相系 统表现出一定的优势。Ghosh等用单相和两相反应器处理城市垃圾的对比试验表 明，两相系统甲烷产量大约可以提高 20% Scherer用两相系统处理有机垃圾， 挥发性固体的降解率达到 80%产气量达到了理论产气量的 9

55、8% B. G. Yeoh对 两相厌氧消化工艺和单相厌氧消化工艺进行了对比试验表明，两相厌氧消化系统的产甲烷活性明显高于单相厌氧消化系统。Pavan认为两相消化是处理高挥发性 固体的正确选择。此外S. Gabriele对比了在中温和高温条件下一相和两相消化 的运行特性，结果表明，市政固体垃圾适宜两相厌氧发酵， 有机物质的最高转化 率可达90%虽然育关厌氧相分离的比较研究中，大部分的研究表明两相厌氧较单相系 统，在有机物降解、有机负荷的提高、气体产率和运行稳定上具有明显的优势， 但两相厌氧工艺的优越性尚存异议，也有不少研究者的研究结论表明，两种工艺 的运行特性没有太大的差别。高庭耀等采用两种工艺

56、对污泥消化的研究结论是， 对于污泥消化，两相工艺并不显示出特别的优势。 这是可以理解的，消化工艺的分相，仅仅是对微生物生存的环境条件进行改进强化，而厌氧消化的整体效能的影响因素较多，各种因素相互协同，相互作用。叶芬霞等分析了有机废物两相厌 氧消化的基质特异性认为，相分离会抑制需互养关系才能分解基质的完全生物降 解，从热力学的角度，碳水化合物的厌氧消化采用两相是适宜的， 而蛋白质和脂 肪酸的厌氧降解则可能是相反的要求。目前，在有机废物的厌氧发酵处置工艺应用上，单相工艺远多于两相工艺， 一方面可能是由于，两相工艺相对于单相工艺在效率优越性上， 还缺乏确凿的依 据；另一方面，则是由于两相工艺在投资和

57、运行控制上处于劣势。（二）温度控制在厌氧发酵工艺中，一定范围内，温度能影响微生物的生理活性，影响生物 降解的比速率，同时在不同的温度条件下，会引起不同种群优势微生物的生态演 变，有机废物的厌氧消化，一般在中温或高温下进行，以利用提高反应的进程， 缩短发酵周期，中温的最佳温度为 35c左右，高温为55c左右。大量的研究表明，高温发酵的产甲烷能J要高于中温发酵，于晓章研究了不 同纯物质（乙酸、丙酸）厌氧发酵中温度对甲烷产量的影响，结果表明，不同基 质在50c时均达到最大的产气效率；张光明通过试验表明，有机废物厌氧发酵， 高温处理能力达到中温的2.53倍。此外，基质特性对厌氧发酵中的温度作用有一定影

58、响，Ghosh等使用传统的高效反应器，观察到55c的高温比35c的处理只使甲烷产量提高了 7%另有研 究结果表明，在25c和30c时，乙酸和丙酸的产甲烷能力基本相当，当提高温 度到50c时，丙酸的产甲烷能力明显高于乙酸。Pavan等在示范规模的反应器中 采用半干单相高温厌氧消化工艺处理不同垃圾的消化试验表明：机械分选有机垃圾和源分选有机垃圾，两者具有明显不同的可消化性。一般认为，对于纤维素含量较高的基质，采用高温发酵，其生物降解性和产 气特性均有较大的提高，这是因为嗜热菌群能强烈分解纤维素等物质， 同时，在 不同的温度条件下，复杂基质的水解度是截然不同的。 Scherer等采用两相系统 来处理域市垃圾