厌氧发酵技术处理餐厨垃圾产沼气研究

2017-03-04于超蓝德环保科技集团股份有限公司北京100176

化工管理 2017年3期

于超(蓝德环保科技集团股份有限公司，北京 100176)

厌氧发酵技术处理餐厨垃圾产沼气研究

于超(蓝德环保科技集团股份有限公司，北京 100176)

厌氧发酵是指有机物质在厌氧条件下因微生物的新陈代谢活动而被稳定化，并释放出甲烷和二氧化碳的过程。目前国内餐厨垃圾的处理方式主要是：厌氧发酵技术。餐厨垃圾在进行厌氧发酵技术处理时不仅可以通过微生物将垃圾进行分解，还可以释放出生态能源：甲烷，也就是俗称的沼气。

厌氧发酵；技术；餐厨垃圾；沼气研究

城市的扩张、人口的激增是餐厨垃圾数量直线增加的主要原因。餐厨垃圾虽然能给社会带来巨大的环境污染，但也可以给城市发展带来丰富的能源——沼气。另外，国家为了响应环保、节能的发展口号，也鼓励社会各界群体、机构积极选择厌氧发酵技术处理餐厨垃圾，并生产出大量沼气能源。沼气经过进一步净化处理后可用于发电或生产CNG(压缩天然气)。本文将对厌氧发酵技术处理餐厨垃圾生成沼气的工艺进行研究，探讨厌氧发酵技术产沼气的最高效的具体方法。

1 厌氧发酵技术

1.1 原理

厌氧发酵技术主要是通过微生物、有机废物对餐厨垃圾的分解、降解来产生清洁能源甲烷的一种技术。厌氧微生物降解餐厨垃圾一般分为水解、酸化、乙酸化和甲烷化这四个阶段。

1.2 对厌氧发酵有影响作用的具体因素

目前我国餐厨垃圾厌氧发酵技术处理一般都是在餐厨垃圾中加入厌氧活性污泥来对餐厨垃圾进行高效降解。但是这种降解技术仍存在一定的缺陷性，容易受有机质的数量和大小、发酵温度、氨氮、C∕N比、PH值、脂肪酸的发挥作用等影响，使其降解性能无法得到有效地控制。

1.3 厌氧发酵工艺

厌氧发酵工艺主要分为单相工艺和双相工艺。单相工艺是指厌氧发酵的工艺过程只在一个发酵罐中进行，其发酵后的有机物质被转化为沼气，废水直接被排除。单相工艺操作比较简单，使用也比较广，探究此种工艺的人相对较多。但是厌氧发酵单相工艺的稳定性较差，很容易受其他物质因素影响导致沼气产量的降低。厌氧发酵双相工艺，是把水解酸化和甲烷发酵两个阶段尽量分离在两个串联的反应器中进行。双相工艺要比单相工艺具有更高的产甲烷速率，但是其操作程序比较的复杂，投资较高，暂未被广泛推广。

1.4 混合发酵和预处理技术

混合发酵是指在餐厨垃圾中加入其他有机物资，以提高餐厨垃圾产甲烷的效率，提高沼气的产量。餐厨垃圾主要包括：食用油、蔬果、桔梗、家禽内脏和粪便等等，每种物质在餐厨垃圾发酵时发生的化学反应和作用是不同的，因此，为了提高沼气的产量和产速，工作人员在进行餐厨垃圾发酵技术处理时一般都会采取预处理技术：物理法（研磨、粉碎等）、物化法（高温、蒸汽）、化学法（酸化处理等）、生物法和混合处理方式等等。

2 对厌氧发酵的性能的探索

目前我国餐厨垃圾的处理方式中，只有厌氧发酵技术处理具有降解速度快、环境效益高的优点。但是，这种处理技术仍存在一定缺陷，为了弥补这个缺陷，本文将简要的研究如何提高厌氧发酵的性能，提高餐厨垃圾沼气产量。笔者通过对淀粉、蛋白质和脂肪建立对应的产气模型，对其单独发酵的产气规律进行了仔细的研究。发现每种物质的产气能力大不相同，葡萄糖是产气能力最大的因素，脂类的产气能力较弱；在发酵过程中厌氧体系的甲烷产率、甲烷浓度、PH值都会依据垃圾中物质含量的不同而不断的在变化。餐厨垃圾发酵产气的时间段主要集中在厌氧发酵后期，即甲烷化阶段，沼气产量能达到总产量的百分之九十以上。厌氧发酵中污泥的最佳TS（总固体）浓度为5.6%。

3 固液分离模式下发酵性能探索

在厌氧发酵作用中，不同状态的有机物产生的发酵作用是不同的，不同的有机物发酵时产生的化学反应也是不同的。在餐厨垃圾中经常会含有大量的油脂，会漂浮在发酵液的上层，其发酵效率较低，产气性能较差。而油脂下面的固体垃圾（蔬果、菜梗、家禽粪便等）的发酵效率往往会比油脂要高。因此，需要去除掉餐厨垃圾中不利于发酵的油脂。与原餐厨垃圾发酵性能相比，固定的C∕N更适合厌氧发酵，可使甲烷产量能得到较大的提高。固相的发酵技术处理的餐厨垃圾甲烷产气效率要明显高于液态的餐厨垃圾发酵技术处理的甲烷产气率。

4 在餐厨垃圾中融合牛粪等其他有机物质进行混合发酵

如果只对城市餐厨垃圾进行发酵技术处理，其产沼气的效率和数量得不到最大化。因此，在餐厨垃圾中加入牛粪一起进行发酵，控制餐厨垃圾中的C∕N数值，使餐厨垃圾在发酵处理过程中的C∕N值一直都处于最佳状态。在餐厨垃圾中加入牛粪能提高发酵体系的缓冲能力和最大有机负荷能力，强化微生物对油脂的降解能力，从而提高餐厨垃圾产沼气的性能。在实验过程中，笔者也尝试用其他物质掺入到餐厨垃圾的厌氧发酵过程中。但是实践表明，牛粪中性质成碱性，餐厨垃圾呈酸性，在餐厨垃圾中掺入牛粪能在厌氧发酵过程中发生中和作用，促使厌氧微生物的C∕N值处于15～20这个最佳区间，使餐厨垃圾中的营养物质处于均衡的状态，从而提高沼气的产量和效率。