厭氧發(fā)酵技術(shù)在廚余垃圾資源化中的應(yīng)用分析

摘要：廚余垃圾處理是城市環(huán)境管理中的重要問題，厭氧發(fā)酵技術(shù)因其可以有效將廚余垃圾資源化的特點備受關(guān)注。深入探討厭氧發(fā)酵技術(shù)在廚余垃圾資源化中的應(yīng)用，分析相關(guān)案例，介紹厭氧發(fā)酵技術(shù)在廚余垃圾資源化中的原理和優(yōu)勢。通過實際案例，介紹干式厭氧發(fā)酵和濕式厭氧發(fā)酵技術(shù)在實際應(yīng)用中的工藝流程，進一步比選發(fā)酵后產(chǎn)生的沼氣利用方式，并給出該項最終處理效果，發(fā)現(xiàn)厭氧發(fā)酵技術(shù)可以有效處理廚余垃圾，有利于實現(xiàn)更好的環(huán)境和資源利用效益。

關(guān)鍵詞：廚余垃圾；厭氧發(fā)酵；資源化

中圖分類號：X799.3 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）06-0-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.06.063

Application and Case Analysis of Anaerobic Fermentation Technology in Recycling of Kitchen Waste

LIN Fen

（Fujian Branch of China Urban Construction Research Institute Co.， Ltd.， Fuzhou 350001， China）

Abstract： kitchen waste treatment is an important issue in urban environmental management， and anaerobic fermentation technology has attracted much attention for its ability to effectively resource kitchen waste. The application of anaerobic fermentation technology in kitchen waste resource utilization is discussed in depth， and relevant cases are analyzed to introduce the principles and advantages of anaerobic fermentation technology in kitchen waste resource utilization. Through actual cases， the process flow of dry anaerobic fermentation and wet anaerobic fermentation technology in practical application is introduced， and the utilization of biogas produced after fermentation is further compared， and the final treatment effect of the project is given， which reveals that the anaerobic fermentation technology can effectively deal with the kitchen waste， which is conducive to realizing the benefits of a better environment and resource utilization.

Keywords： kitchen waste; anaerobic fermentation; resource utilization

廚余垃圾是城市生活中產(chǎn)生的有機廢棄物，其處理涉及環(huán)境衛(wèi)生、資源利用、能源回收等多個方面。傳統(tǒng)處理方法包括填埋和焚燒，但這些方法存在環(huán)境污染、資源浪費等問題。因此，尋找一種高效、環(huán)保的處理廚余垃圾的方法至關(guān)重要。近年來，厭氧發(fā)酵技術(shù)作為一種生物處理技術(shù)，在缺氧條件下，通過微生物的作用有效降解有機廢棄物，產(chǎn)生沼氣等有價值的副產(chǎn)品，逐漸受到人們的關(guān)注。因此，厭氧發(fā)酵技術(shù)被認為是一種可持續(xù)發(fā)展的處理廚余垃圾的方法[1]。探討厭氧發(fā)酵技術(shù)在處理廚余垃圾中的應(yīng)用及相關(guān)案例分析，從原理、應(yīng)用和效果等方面進行深入研究。同時，通過分析國內(nèi)外相關(guān)案例，總結(jié)厭氧發(fā)酵技術(shù)在處理廚余垃圾中的優(yōu)勢和挑戰(zhàn)，為該領(lǐng)域的研究和實踐提供借鑒。

1 厭氧發(fā)酵工藝在廚余垃圾資源化中的原理及優(yōu)勢

厭氧發(fā)酵工藝是利用厭氧菌在缺氧條件下分解有機廢物，并產(chǎn)生沼氣和有機肥料的過程。首先將廚余垃圾進行收集和初步分類，去除雜質(zhì)和大塊物質(zhì)，如塑料袋、骨頭等，隨后將經(jīng)過預(yù)處理的廚余垃圾投入?yún)捬醢l(fā)酵罐，通過微生物在缺氧環(huán)境下分解有機廢物[2]。在發(fā)酵過程中，產(chǎn)生沼氣（主要為甲烷和二氧化碳）和發(fā)酵后的有機殘渣。生產(chǎn)的沼氣可作為生物能源用于發(fā)電、供熱或其他用途；經(jīng)過發(fā)酵的有機殘渣（沼渣）可作為有機肥料，富含養(yǎng)分，可用于改良土壤，提高土壤質(zhì)量[3]。

利用厭氧發(fā)酵工藝進行廚余垃圾資源化的優(yōu)勢在于將廚余垃圾轉(zhuǎn)化為沼氣和有機肥料，實現(xiàn)資源化利用，減少對化石能源和化肥的依賴，其生產(chǎn)的有機肥料富含養(yǎng)分，可替代化學(xué)肥料，提升土壤肥力，增加土壤有機質(zhì)含量。該工藝不僅減少填埋和焚燒對環(huán)境的污染，降低溫室氣體排放，有助于改善環(huán)境質(zhì)量，而且減少了垃圾填埋量，延長填埋場使用壽命，降低土地資源消耗。因此，厭氧發(fā)酵工藝在廚余垃圾資源化中具有重要的優(yōu)勢，包括資源化利用、減少污染、能源回收、有機肥料生產(chǎn)以及減少填埋壓力等，是一種可持續(xù)、環(huán)保的處理技術(shù)，有助于推動循環(huán)經(jīng)濟和生態(tài)保護[4]。

2 福州市某廚余垃圾處理廠建設(shè)工程案例分析

2.1 工程概況

福州市某廚余垃圾處理廠的總處理規(guī)模為800 t/d，項目分兩期建設(shè)。其中，一期工程為400 t/d、二期工程在一期工程基礎(chǔ)上擴建400 t/d，土建一次完成、設(shè)備分期安裝。本次工程的主要服務(wù)對象為廚余垃圾，不僅包括以家庭日常生活中丟棄的果蔬及食物殘渣、剩菜剩飯、瓜果皮等易腐有機垃圾為主的垃圾，還包括農(nóng)貿(mào)市場、商場和超市的腐爛或廢棄水果蔬菜等有機垃圾。同時，考慮生活垃圾分類是一個循序漸進的過程，項目啟動階段應(yīng)以農(nóng)貿(mào)市場、商場和超市的腐爛或廢棄水果蔬菜等有機垃圾為重要補充，從而保障進場垃圾量。

2.2 工藝選擇

2.2.1 發(fā)酵工藝選擇

厭氧發(fā)酵是廚余垃圾資源化處理的主流工藝，目前國內(nèi)廚余垃圾處理尚處于起步階段，厭氧工藝主要有濕式厭氧發(fā)酵工藝和干式厭氧發(fā)酵工藝。其中，濕式厭氧發(fā)酵工藝中有機固體廢物含量10%左右，干式厭氧發(fā)酵工藝中有機固體廢物含量25%左右。干式和濕式厭氧發(fā)酵工藝主要優(yōu)缺點對比如表1所示。

經(jīng)表1分析比較，本次工程以干式厭氧工藝為首選工藝，濕式厭氧工藝為備選工藝。

2.2.2 沼氣利用工藝選擇

在厭氧發(fā)酵過程中會產(chǎn)生大量沼氣，考慮處理與資源回收利用的需要，比選沼氣利用方式，比選內(nèi)容如表2所示。

經(jīng)過表2的比選可知，燃氣內(nèi)燃機發(fā)電在具有高能量利用效率的同時為厭氧系統(tǒng)物料升溫和厭氧罐保溫提供熱源，廠內(nèi)無須額外的熱源，還能夠供應(yīng)廠區(qū)自用電力，減少運營壓力，降低風險。因此，本次工程選用燃氣內(nèi)燃機發(fā)電的沼氣利用方式。

2.3 工藝流程

本次廚余垃圾處理整體技術(shù)路線主要采用“物料接受及預(yù)處理+厭氧發(fā)酵+沼氣凈化+沼氣發(fā)電”，后處理系統(tǒng)主要包括污水處理系統(tǒng)、輔助生產(chǎn)設(shè)施及臭氣處理系統(tǒng)。

干式厭氧處理廚余垃圾時預(yù)處理系統(tǒng)采用的方法為“破袋處理+彈跳風選+磁選處理+破碎制漿分選”。物料進入預(yù)處理車間后，經(jīng)過接料槽輸送至破袋布料機，輸送過程中的滲濾液經(jīng)過輸送機上的篩孔收集至暫存罐；物料經(jīng)破袋處理后進入彈跳風選單元，依據(jù)重量進行篩分，篩下物經(jīng)過磁選機分揀，磁選出的金屬物質(zhì)與篩上重物質(zhì)中的金屬一并外售處理。剩余物料由帶式輸送機輸送至粉碎機初步破碎后進入破碎制漿分選一體機，通過電機的高速旋轉(zhuǎn)，物料在被破碎的同時被推進擠壓，破碎后的有機物料在螺旋的推進擠壓下通過篩板流出并進入漿化槽。物料在漿化槽中與滲濾液收集罐中的滲濾液進行調(diào)配，調(diào)配后的物料由泵輸送至厭氧發(fā)酵系統(tǒng)，剩余雜物隨螺旋的推進輸送至自動破碎分揀機尾部排出，收集后外運處理。有機物料進入發(fā)酵罐后，在密閉環(huán)境下進行生物降解。經(jīng)過一個周期的厭氧發(fā)酵過程，其中的有機部分生物降解并產(chǎn)生沼氣，沼氣通過管道進入儲氣柜儲存。厭氧發(fā)酵后的剩余物為發(fā)酵沼渣，脫水后焚燒處理。厭氧發(fā)酵的剩余液經(jīng)板框壓濾機脫水后，分離出來的沼渣輸送機送至沼渣收集容器，最終運至焚燒廠處理，沼液排至廠區(qū)調(diào)節(jié)池。

濕式厭氧工藝處理廚余垃圾時預(yù)處理系統(tǒng)采用的方法為“破袋滾筒篩+磁選處理+制漿系統(tǒng)+擠壓脫水機+漿液預(yù)處理”。物料由垃圾抓吊機抓至板式給料機，經(jīng)皮帶輸送機提升進入障礙物監(jiān)選平臺，揀出影響后續(xù)機械設(shè)備運行的大件重質(zhì)干擾物；其他物料送至破袋滾筒篩進行篩分后，篩下物經(jīng)過磁選、干擾物監(jiān)選，進一步分揀出金屬、物料尺寸大于150 mm的長條硬物料等干擾物；物料經(jīng)過制漿系統(tǒng)后，通過螺旋輸送機輸送至擠壓脫水機進行脫水處理；制漿系統(tǒng)產(chǎn)生的有機漿液進入漿液預(yù)處理系統(tǒng)后，進行除渣除砂處理，提高漿液有機物含量；經(jīng)過分選后的廚余垃圾有機固渣經(jīng)過水解、制漿工藝，將大部分的易降解有機物轉(zhuǎn)化為漿液進行后續(xù)的厭氧發(fā)酵。廚余垃圾經(jīng)預(yù)處理產(chǎn)生的有機漿液進入水解制漿系統(tǒng)暫存、調(diào)配，以保證厭氧罐穩(wěn)定進料，有機漿液由厭氧進水泵提升進入?yún)捬醢l(fā)酵罐，經(jīng)過厭氧發(fā)酵罐充分發(fā)酵后產(chǎn)生的沼液進入水解回流泵。

厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣，首先進入雙膜氣柜存儲，進入初級過濾器（50 μm）去除較大顆粒的灰塵，經(jīng)過生物脫硫系統(tǒng)（附有旁路），將硫化氫濃度從最高7 200 mg/m3降到650 mg/m3；其次，進入換熱器進行冷凝脫水，將換熱器后端沼氣露點溫度控制在15～20 ℃，內(nèi)部飽和水汽凝結(jié)析出；再次，通過羅茨風機升壓輸送，升壓后沼氣進入精密過濾器（3 μm）進行最終過濾，有效控制氣體中的粉塵粒徑及含量；最后，滿足發(fā)電機組進氣要求后進入內(nèi)燃機，通過燃氣燃燒產(chǎn)生機械能轉(zhuǎn)化為高品位電能。

2.4 處理效果

本工程運行后，發(fā)現(xiàn)厭氧發(fā)酵可有效處理廚余垃圾，且利用發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣進行發(fā)電，機組排煙可以達到國家要求的標準，具有良好的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益，厭氧發(fā)酵發(fā)電量如表3所示。

3 結(jié)論

利用厭氧發(fā)酵技術(shù)處理廚余垃圾，產(chǎn)生的沼氣可用于發(fā)電，沼渣可生產(chǎn)有機肥料用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，從而實現(xiàn)廚余垃圾的資源化利用，減少廚余垃圾處理環(huán)節(jié)對傳統(tǒng)資源的依賴，降低垃圾處理成本，提高能源利用效率和土壤肥力，從而推動經(jīng)濟的循環(huán)發(fā)展。

參考文獻

1 李天水.廚余垃圾干式厭氧發(fā)酵與濕式厭氧發(fā)酵技術(shù)分析[J].中國資源綜合利用，2024（3）：49-53.

2 韋科陸，潘 宇，李 潔.厭氧資源化處理廚余垃圾應(yīng)用研究[J].輕工科技，2024（1）：130-133.

3 王天宇.廚余垃圾干式厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼技術(shù)的工程應(yīng)用[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2023（8）：86-91.

4 劉雪松，沈 駿，劉雪蓮.廚余垃圾資源化利用技術(shù)研究進展[J].現(xiàn)代化工，2023（4）：23-26.

作者簡介：林奮（1991—）男，福建福州人，工程師。研究方向：環(huán)境工程設(shè)計。