山西省高速公路站區(qū)廚余垃圾特征分析及處理工藝運(yùn)行效果研究

秦 敏

（山西省交通環(huán)境保護(hù)中心站（有限公司），山西太原 030032）

0 引言

高速公路站區(qū)生活垃圾來源及成分較為單一，除紙張、塑料及金屬器皿等可回收垃圾外，主要為餐廚垃圾[1]。由于距離城鎮(zhèn)建成區(qū)較遠(yuǎn)，很難納入城鎮(zhèn)環(huán)衛(wèi)系統(tǒng)集中儲(chǔ)運(yùn)，而二次轉(zhuǎn)運(yùn)成本較高，且容易對(duì)站區(qū)造成二次污染。高速公路站區(qū)屬于相對(duì)封閉的區(qū)域，為便于管理，在做好生活垃圾分類后，紙張、塑料、金屬等可回收垃圾通過市場(chǎng)化途徑予以妥善處置，而餐廚垃圾產(chǎn)生量較大，且不易存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)運(yùn)，并容易對(duì)站區(qū)造成二次污染，屬于該課題重點(diǎn)研究對(duì)象，研究將餐廚垃圾就地處置且資源化利用，對(duì)廚余垃圾成分特征進(jìn)行分析，處理工藝運(yùn)行效果進(jìn)行優(yōu)化，為高速公路站區(qū)廚余垃圾資源化循環(huán)利用提供數(shù)據(jù)支撐，對(duì)于助力綠色公路站區(qū)建設(shè)具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 廚余垃圾成分研究分析方法

廚余垃圾特征分析見表1 所示。

表1 廚余垃圾特征分析方法

1.1 工藝概況

針對(duì)國內(nèi)現(xiàn)有有機(jī)垃圾就地處理設(shè)備存在能耗高、運(yùn)行費(fèi)用高、占地面積大、投料困難、衛(wèi)生條件差、不能聯(lián)系運(yùn)行等問題，該研究通過優(yōu)化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)、培育自有菌種、有效的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和菌種配置組合等，解決了傳統(tǒng)設(shè)備存在的問題，將預(yù)處理、發(fā)酵單元、二次污染控制單元等多單元集成于一體化設(shè)備內(nèi)，節(jié)約50%占地面積和投資。具體工藝流程如圖1 所示。

圖1 廚余垃圾處理工藝流程圖

1.2 工藝運(yùn)行效果分析

采用控制變量法，將活化后的復(fù)合菌劑均勻混入餐廚垃圾中，通過研究不同溫度（20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃和80 ℃）、初始含水量（30%、40%、50%、60%、70%）、復(fù)合菌劑接種量（1%、3%、5%、7%、9%）、初始碳氮比（10∶1、20∶1、30∶1、40∶1、50∶1）、投加菌劑類型（復(fù)合微生物菌劑、EM、無菌劑）等因素[2]下有機(jī)質(zhì)的最大降解率，進(jìn)而確定最優(yōu)的工藝運(yùn)行參數(shù)組合。

2 高速公路站區(qū)廚余垃圾物化成分分析

該研究對(duì)山西省某高速管理站區(qū)產(chǎn)生廚余垃圾的物化特性進(jìn)行了取樣和監(jiān)測(cè)，結(jié)果見表2。從表中可知，該管理站廚余垃圾含水率在76.58%左右，溶液總體上接近中性，主要有機(jī)成分為蛋白質(zhì)、脂肪、總糖，平均含量分別為12.32%、15.32%和4.81%，平均鹽分含量為1.45%左右，因此廚余垃圾具有較高的含水率和高鹽分的特征。

表2 廚余垃圾主要物化特征

3 工藝運(yùn)行效果研究

3.1 不同溫度下垃圾處理效果

溫度是影響好氧菌群微生物生長的重要影響因素之一[3]。在接種量為9%、初始含水量為60%、pH=7、初始C/N 為30∶1 條件下，改變廚余垃圾處理工藝的溫度，分別為20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃和80 ℃。采用間隔0.5 h 測(cè)定其中有機(jī)質(zhì)的含量，連續(xù)測(cè)定4 h，并計(jì)算有機(jī)質(zhì)的降解率，具體結(jié)果如表3 所示。

表3 廚余垃圾有機(jī)質(zhì)降解率隨溫度和反應(yīng)時(shí)間的變化情況一覽表 單位：%

由表3 可以看出，連續(xù)處理4 h 內(nèi)，當(dāng)反應(yīng)溫度由20 ℃增加到80 ℃時(shí)，廚余垃圾中有機(jī)質(zhì)的降解率顯著增加，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間達(dá)到4 h，且環(huán)境溫度為80 ℃時(shí)，其有機(jī)質(zhì)降解率達(dá)到最大值為78.0%。因此，該研究選取80 ℃為最適宜的溫度。

3.2 不同濕度下垃圾處理效果

生物降解中水分的主要作用在于不僅可以參與微生物的新陳代謝還能調(diào)節(jié)降解溫度[4]。在溫度80 ℃、接種量為9%、pH=7、初始C/N 為30∶1 條件下，設(shè)置廚余垃圾的濕度分別為30%、40%、50%、60%、70%。采用間隔0.5 h 測(cè)定其中有機(jī)質(zhì)的含量，連續(xù)測(cè)定4 h，并計(jì)算有機(jī)質(zhì)的降解率。具體結(jié)果如表4 所示。

表4 不同濕度的廚余垃圾不同時(shí)間有機(jī)質(zhì)的降解率 單位：%

由表4 可以看出，廚余垃圾有機(jī)質(zhì)的降解率隨著濕度從30%增加到60%時(shí)持續(xù)增大，在濕度為60%時(shí)達(dá)到最大值，此時(shí)降解率為74.6%。當(dāng)濕度增大到70%時(shí)，有機(jī)質(zhì)的降解率顯著降低，可能是因?yàn)樗趾枯^高時(shí)，水環(huán)境微狀態(tài)變?yōu)閰捬醐h(huán)境，使菌株大量死亡。因此，該研究選取60%濕度作為較優(yōu)水平。

3.3 不同接種量下垃圾處理效果

控制初始溫度80 ℃、初始含水量60%、pH=7，初始C/N 為30∶1，按1%、3%、5%、7%、9%的菌種量加入到處理工藝中。采用間隔0.5 h測(cè)定其中有機(jī)質(zhì)的含量，連續(xù)測(cè)定4 h，并計(jì)算有機(jī)質(zhì)的降解率。具體結(jié)果如表5所示。

表5 廚余垃圾有機(jī)質(zhì)的降解率隨接種量和反應(yīng)時(shí)間的變化情況一覽表 單位：%

由表5 可知，隨著復(fù)合菌劑接種量的增大，廚余垃圾中有機(jī)質(zhì)降解率逐漸增加，當(dāng)連續(xù)反應(yīng)4 h 且復(fù)合菌劑接種量為9%時(shí)，此時(shí)有機(jī)質(zhì)降解率達(dá)到最大為77.9%。因此，9%為復(fù)合菌劑最佳接種量。

3.4 不同C/N比下垃圾處理效果

控制初始溫度80 ℃、接種量9%、初始含水量60%、pH=7 的條件下，設(shè)置初始C/N 為10∶1、20∶1、30∶1、40∶1、50∶1。采用間隔0.5 h 測(cè)定其中有機(jī)質(zhì)的含量，連續(xù)測(cè)定4 h，并計(jì)算有機(jī)質(zhì)的降解率。具體結(jié)果如表6 所示。

表6 廚余垃圾有機(jī)質(zhì)的降解率隨C/N和反應(yīng)時(shí)間的變化情況一覽表 單位：%

由表6 可以看出，當(dāng)初始C/N 從10∶1 變化到40∶1時(shí)，廚余垃圾中有機(jī)質(zhì)降解率呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢(shì)，當(dāng)初始C/N 為40∶1 且反應(yīng)時(shí)間在4 h 左右時(shí)，此時(shí)有機(jī)質(zhì)的降解率達(dá)到最大為77.6%。隨著初始C/N 繼續(xù)增加且大于40∶1 時(shí)，有機(jī)質(zhì)的降解率有下降的趨勢(shì)，故選擇30∶1 為初始C/N 的較優(yōu)水平。

3.5 不同菌種投加下垃圾處理效果

在相同的廚余垃圾好氧降解工藝條件下，通過添加3 種不同類型的微生物（復(fù)合菌劑、EM、無菌劑）進(jìn)行反應(yīng)4 h的有機(jī)質(zhì)降解情況的對(duì)比研究，結(jié)果如表7所示。

表7 不同菌種投加下廚余垃圾有機(jī)質(zhì)的降解率 單位：%

研究表明：與添加EM 菌劑、無菌劑相比，在廚余垃圾中添加復(fù)合菌劑有機(jī)質(zhì)的降解率最大，因此該復(fù)合菌劑具有良好的應(yīng)用前景。

4 結(jié)論

該站區(qū)廚余垃圾產(chǎn)量較小，全年平均產(chǎn)量為200 kg/d，其主要有機(jī)成分蛋白質(zhì)、脂肪、總糖的平均值分別為12.32%、15.32%和4.81%；該快速好氧降解堆肥工藝最佳工藝運(yùn)行參數(shù)為溫度80 ℃、初始含水量60%、復(fù)合菌劑接種量9%、初始碳氮比30∶1，實(shí)現(xiàn)高效的廚余垃圾減量化和資源化。