餐廚垃圾濕式厭氧消化工藝難點分析及解決方案探討

盧艷娟 張文靜

摘 要：“垃圾圍城”已成為影響當前城市發展的路障，餐廚垃圾處理亦被公認為是當前垃圾處理處置的重點環節。隨著人口的增加、餐飲業的持續快速發展，餐廚垃圾產生量也將逐年增長，增速預計將在10%以上。餐廚垃圾若處理不善則會對水體、大氣產生污染，若餐廚廢油回流餐桌，則會對居民身體健康造成損害。對餐廚垃圾進行處理已成燃眉之急。

關鍵詞：餐廚垃圾;厭氧消化難點

一、厭氧消化已成為我國餐廚垃圾資源化利用主流技術路線

餐廚垃圾處理主要有四種工藝路線：生產飼料、好氧堆肥、厭氧消化、制造生物柴油。據相關統計，在國家首批的33個試點城市中，擬使用厭氧消化作為技術路線的項目占總數的2/3以上。在已建成項目中，雖然其他工藝亦得到一定的使用，但厭氧消化仍是主流工藝。餐廚垃圾有機物含量高，厭氧消化可產生大量沼氣，沼氣經凈化可并入燃氣管道，也可制成車用燃氣，亦可燃燒發電，且所發電可享受上網電價補貼。厭氧消化工藝產品銷路好，且處理成本不高，現在及將來都是餐廚垃圾處理的主流技術。

按照消化對象的固體含量，厭氧消化又可分為濕式厭氧消化和干式厭氧消化。由于干法消化的原料輸送和攪拌困難、造價高，目前國內外餐廚垃圾厭氧消化處理多采用濕法工藝，該工藝技術成熟度高，實際運行案例較多，是經受了市場和實際工程檢驗的工藝技術。

二、餐廚垃圾的特點

餐廚垃圾主要來源于餐飲服務業、家庭和企事業單位食堂等產生的食物加工下腳料（廚余）和食用殘余 （泔腳）。根據其物理及化學性質，具有如下特點：

1）含固率較高，可達15%～ 20%;

2）有機物含量高，主要為蛋白質、纖維素、淀粉、脂肪等;

3）油脂含量較高，垃圾呈粘稠狀;

4）雜質含量高，如廢餐具、塑料、包裝物等多種其他垃圾，分選困難;

5）易腐爛、變質、發臭、滋生蚊蠅。

三、餐廚垃圾厭氧消化基本工藝及難點分析

餐廚垃圾的厭氧消化一般包括破碎制漿、雜質分選等前處理過程、厭氧消化、沼渣沼液處理、氣體貯存、凈化及利用等環節。根據實際情況，可增設油脂分離系統以提高厭氧處理廠的經濟效益。結合我國餐廚垃圾處理利用的要求，厭氧處理廠的基本處理流程見圖1：

1）餐廚垃圾含固率高，傳統厭氧消化技術需要對物料進行大量稀釋后再處理，導致消化后后沼液產量較高，增加污水處理廠的運行負荷;

2）餐廚垃圾雜質含量及含油量較高，呈粘稠狀，這就提高了輕、重物質雜質分選的難度。傳統的雜質分離工藝對這種特殊性狀垃圾的分選效果不好，油脂、輕物質雜質進消化罐后在液體表明形成浮渣，嚴重影響消化罐溢流出料和沼氣的釋放。重物質雜質進到消化罐內會形成沉淀并對設備造成磨損。國內餐廚垃圾厭氧消化多為集中處理模式，厭氧消化罐規模比較大，這就促使液面結渣及罐底沉砂更難以清除，嚴重者將導致消化罐的清罐。

3）厭氧消化是水解酸化菌和產甲烷菌活性達到平衡狀態的反應過程。餐廚有機質含量高，易腐爛、變質。若消化罐中的有機質快速酸化形成大量有機酸，而反應速度較慢的產甲烷菌還來不及消化，便會導致系統pH值降低，從而抑制產甲烷菌的活性，最終導致消化罐的酸化及清罐;

4）厭氧消化產生的沼氣中硫化氫含量較高，一般在2000～3000ppm的范圍，對管路及設備腐蝕性強，在利用前需要對沼氣進行脫硫預處理至滿足使用要求。傳統脫硫方法成本較高。

四、解決方案探討

本文對國內外餐廚垃圾進行充分調研，引進歐洲專業針對餐廚垃圾處理工藝技術及專有設備，并結合我國餐廚垃圾特性進行優化設計，探尋中國餐廚垃圾厭氧消化難點的解決方案。

1.全系統高含固率運行

傳統厭氧消化預處理技術對類似于餐廚垃圾的粘稠狀垃圾處理效果有限。若要提高處理效果就必須使用大量清水或采用沼液回流的方式對物料進行稀釋，以降低物料的粘度。而過高的消化液回流比會引發甲烷化過程與酸化過程的失衡，引起氨氮和揮發性脂肪酸的積累問題，從而破壞系統的穩定性。

高含固率（16%以下）運行的優點體現在：

1）可顯著降低回流水或清水的使用量，減少有害物質的累積，提高系統的穩定性;

2）減少液體輸送量，節省能耗，降低處理系統投資與運行成本;

3）減少沼液產量，降低污水處理系統的投資與運行成本。

2.專業的預處理系統

餐廚垃圾厭氧消化的關鍵在預處理。而預處理的關鍵在于破碎制漿、雜質分離等環節。制漿及雜質分選的效果直接影響后續厭氧消化的產氣效果。破碎制漿分選系統可采用錘式破碎的原理將餐廚垃圾破碎成粒徑在10 mm以下的漿液，同時將餐廚垃圾中的塑料等輕物質及不易破碎的重物質雜質分選出來，輕物質去除率不低于90 %，分離物應含水率低且有機物損失小。此外破碎制漿分選設備的入口處還應設置加水系統，必要時可以調整漿液濃度。破碎制漿、調漿、分選一體化設備結構緊湊、制漿及雜質分選效果好，同時還易于管理控制，節能環保。

除砂系統應采用專業針對餐廚垃圾設計的水力旋流器代替傳統的除砂方式。旋流器產生的離心力可以有效去除有機漿液中的貝殼、玻璃、瓷片、砂石等重物質雜質。通過往復循環除砂及洗砂設計，保證重物質去除率不低于80 %且有機質損失小。

2.專業的厭氧消化系統

本文考慮到餐廚垃圾成分的特殊性以及目前國內餐廚垃圾處理尚處于起步階段，運營商經驗不足，需提高處理系統的穩定性和可靠性。專業的餐廚垃圾厭氧消化系統應采用兩相厭氧消化工藝，將厭氧消化的水解產酸過程在單獨的水解罐內完成，避免對主消化罐的酸化影響，提高系統的穩定性。

主消化罐通過立軸式中央攪拌器的特殊設計，可破除表面浮渣，并使破除的浮渣進入攪拌流場，避免浮渣的形成。同時通過出料口位置和罐底結構的特殊設計達到主動除砂的目的，保證消化罐正常運行10年無需清罐處理。

3.多功能罐優化方案

多功能罐設于厭氧消化系統之后，為膜頂結構的消化罐體。該反應器集消化后產物儲存、再消化、沼氣儲存、沼氣脫硫于一身。可提高系統10～15%的產氣效率，節省單獨建設儲氣柜和沼氣脫硫設備的面積，減少沼渣的產量，輸出沼氣硫化氫含量在300ppm以內，極大降低沼氣脫硫設備的投資和成本。是現代厭氧消化系統的良好補充和優化。

五、結語

餐廚垃圾的厭氧資源化利用在我國還是一個新的課題。盡管相關的理論研究已經進行了，但實際的工程應用還處在起步階段。如何進一步優化我國的餐廚垃圾厭氧處理工藝和技術，仍需要不斷的研究與實踐。本公司愿與同行們共同探討研究，并在項目實踐中不斷累積經驗，以提升我國餐廚垃圾厭氧處理的工藝技術水平。

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