蒙 艳 刘彤宙

（1深圳市宝安区环境监测站 广东深圳 518000 2哈尔滨工业大学（深圳） 广东深圳 518055）

引言

2017年全国的生活垃圾清运量达到2亿多吨，其中家庭厨余垃圾占比达到50%以上[1]，并且厨余垃圾总量也有逐年增加的趋势。厨余垃圾主要包括丢弃的菜叶、剩菜、剩饭、果皮、蛋壳等，主要特点为含水率高、易腐败发臭、有机物含量高，处理难度大。将厨余垃圾与其他生活垃圾混合收集并处理是目前厨余垃圾的主要处理方式。厨余垃圾有机质含量高达80~95%，粗脂肪含量高达15.2~30%，粗蛋白含量高达14~26%[3]，具有很高的资源利用价值[4]，直接焚烧和填埋是对厨余垃圾这一可利用资源的巨大浪费。因此，解决厨余垃圾的高含水率、易腐败发臭的缺点对于正确处理厨余垃圾有着极其重要的意义。

针对厨余垃圾的高含水率、易腐败发臭这两个致命缺点，本研究基于源头破碎沥水的厨余垃圾设备对家庭厨余垃圾进行处理，并探究其处理效果，分析厨余垃圾破碎沥水的减容效果、减重效果，以及产物物料的理化性质、是否会对污水管道系统造成不良影响，并进一步分析产生的固体厨余垃圾物料的厌氧发酵的潜力。

1 材料与方法

实验所用厨余垃圾来源于居民家庭。厌氧发酵接种液来源于深圳市某餐厨垃圾厌氧发酵处理厂。本试验所用厨余垃圾源头破碎沥水设备的主要处理过程如图1。

图1 家庭厨余垃圾处理装置工艺流程

厨余垃圾进入进料口，被刀组所粉碎，再经挤压沥水，实现固液分离，厨余垃圾的固体残渣经垃圾打包槽进行打包封口，挤压出的废水则流经下水道进入市政污水管道系统。

2 果与分析

2.1 减容效果和减重效果

减容率和减重率是评价厨余垃圾减量化的重要指标。测定不同厨余垃圾样品经过破碎沥水处理前后的体积和重量，即可计算源头破碎沥水处理对厨余垃圾的减容率和减重率。

经过源头破碎沥水处理后，厨余垃圾的减容率大约为40%~60%，减重率大约为15%~30%。厨余垃圾经过粉碎刀组粉碎，大块垃圾破碎成5mm左右的碎粒，再经过螺旋挤压脱水，体积减小到约为原生垃圾的一半。相比于破碎处理前，单位体积的收运容器可容纳更多的生活垃圾，不仅提高了生活垃圾收运的效率，也可降低收运成本。减重效果明显低于减容效果，主要是因为该设备的挤压沥水作用只能去除掉厨余垃圾中游离的油水部分，对细胞内的结合水或其他无法游离出来的水分并无明显脱水作用。但厨余垃圾在家庭端进行破碎沥水处理之后，可以避免在收运过程中出现油水四处滴漏的现象，污染环境。

2.2 破碎沥水后的固渣理化性质和排放的废水特征

测定厨余垃圾样品破碎沥水后的固渣理化性质和设备冲洗废水的水质参数，用以评价破碎沥水后的物料厌氧发酵处理的可行性和使用厨余垃圾破碎沥水设备产生的废水对排水系统的影响。测定处理后厨余垃圾的总固体含量（Total Solid，TS）和挥发性固体含量（Volatile Solid，VS）。

处理后的厨余垃圾TS为15~30%，均值为23%，高于大多数现有的餐厨垃圾厌氧发酵厂（≤15%），如南方某市处理能力200t/d的餐厨垃圾厌氧发酵厂的TS为15.18%[5]。如果用传统的湿式厌氧发酵工艺，则需外加大量新鲜水稀释，造成水资源的浪费，因此本试验中处理后的厨余垃圾可采用高含固率的干式发酵处理工艺。处理后的厨余垃圾物料有机质含量集中在80~90%，平均数为82%，说明厨余垃圾中可用来生物降解的部分较高，具有资源回收利用价值，适合厌氧发酵处理。

经计算后产生的废水与生活污水混合后的水量增幅仅为1%~2.3%，COD、NH4+-N、TN、TP、盐分等各项污染物浓度最大增幅分别为29.3%、4.3%、7%、5%、6.3%，水质指标中COD的增幅较大，有利于污水处理厂C/N的改善，对其他水质指标无显著影响。因此，使用该设备产生的冲洗废水对家庭生活污水无显著改变，可直接汇入生活污水管网。

2.3 生化产甲烷潜力测试

厨余垃圾在产生源头有效实现了固液分离，冲洗废水经过生活污水管道进入污水处理厂，而固渣部分将通过厌氧发酵方式进行资源化处理。以破碎沥水处理之后的厨余垃圾为发酵底物进行BMP试验测试累计产甲烷量和产气速率。

结果显示，厨余垃圾进行发酵产气过程主要集中在反应的0~20d，累积甲烷产量为330.6 mL/gVS。反应初期0~6d，甲烷含量低于40%；随着反应的进行，之后6~20d，甲烷含量逐渐升高达到55%，最终趋于稳定。累计产气持续增长，没有出现酸化抑制期，其原因可能是接种液来自于发酵稳定的餐厨垃圾厌氧发酵处理厂，具有很高的活性，且底物与接种液的VS比例为1∶2，底物进入反应器可以充分被微生物利用，因此不会出现酸化抑制期。

试验开始时产气速率高达到65.6mL（/gVS·d），表明在试验初期甲烷菌就具有较强的生物活性。第2d之后产气速率迅速降低，在第5d时降至25mL（/gVS·d），并保持此速率继续反应，直到第17d时降至5mL（/gVS·d）左右，产沼气反应进入到停滞期。

2.4 不同类型厨余垃圾产沼气潜力研究

不同有机成分会影响厨余垃圾的发酵过程，对蛋白质类、淀粉类、脂肪类、纤维素类等四类厨余垃圾进行BMP试验测定累积产气量和产气速率。

结果显示，BMP试验的累积产气量（mL/gVS）顺序为蛋白质类（681）＞淀粉类＞（626）＞脂肪类（539）＞纤维素类（514），有研究证实产沼气潜力与发酵底物的VS具有很高的相关性，VS越大，沼气产量越大[6]，蛋白质类厨余垃圾的VS含量最高（23%），因此产沼气潜力最大。

产气速率顺序为淀粉类＞蛋白质类＞纤维素类＞脂肪类。四种厨余垃圾底物总体产气速率变化趋势类似，0~5d时产气加快，第5d时达到巅峰期，随后在第6~15d时，产气速率逐渐减慢，进入低谷期，反应第15d之后，四种厨余垃圾产气反应几乎停止。与淀粉类、蛋白质类和纤维素类的底物发酵曲线变化趋势相比，脂肪类的产气速率在5d之后下降较为平和，这可能是由于脂肪类有机物的初步降解产物分子量较大，难以被产甲烷微生物利用，因此需要更长的时间适应和驯化[7]。

结语

（1）源头破碎沥水设备对厨余垃圾的处理效果很好。其中减容率40-60%，减重率15-30%。

（2）冲洗破碎沥水设备的废水不会对家庭生活污水的水质水量造成不良影响，可直接排水至下水管道系统。固渣部分的TS为15~30%，适合干式发酵处理，VS为80-90%，有较高的资源利用价值。

（3）厨余垃圾经过破碎沥水产生的固体物料有很高的厌氧发酵产气潜力，后续处理可采用厌氧发酵，进行资源回收利用。