本文摘要：摘要：厭氧發(fā)酵是餐廚垃圾無害化和資源化處理的重要技術(shù)手段，而溫度是影響厭氧發(fā)酵的重要參數(shù)。西安市餐廚垃圾資源化利用和無害化處理項目(一期)的厭氧工段采用優(yōu)化發(fā)酵條件，著重介紹了中溫和高溫過渡區(qū)發(fā)酵溫度為3~45℃時的餐廚垃圾厭氧發(fā)酵技術(shù)，并對項
摘要：厭氧發(fā)酵是餐廚垃圾無害化和資源化處理的重要技術(shù)手段，而溫度是影響厭氧發(fā)酵的重要參數(shù)。西安市餐廚垃圾資源化利用和無害化處理項目(一期)的厭氧工段采用優(yōu)化發(fā)酵條件，著重介紹了中溫和高溫過渡區(qū)發(fā)酵溫度為3~45℃時的餐廚垃圾厭氧發(fā)酵技術(shù)，并對項目穩(wěn)定運行期的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行分析總結(jié)。結(jié)果表明，采用中溫和高溫過渡區(qū)厭氧發(fā)酵技術(shù)，有機負荷率高，垃圾揮發(fā)性固體(VS)產(chǎn)氣率達到170tVS，全混發(fā)酵CSTR發(fā)酵裝置容積產(chǎn)氣率達3./(以上，取得了良好運行效果。
關(guān)鍵詞：餐廚垃圾;溫度;厭氧發(fā)酵;沼氣
隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展及城鎮(zhèn)化的推進，城市生活垃圾清運量不斷增長。根據(jù)中國統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)，2018年全國城市生活垃圾清運總量為22801.8×10，其中濕垃圾占比為36.5%~76.0%。濕垃圾主要組分是食品、餐飲垃圾等，整體呈現(xiàn)有機物含量高、營養(yǎng)物質(zhì)豐富、易降解、易腐敗等特性。厭氧發(fā)酵是實現(xiàn)濕垃圾減量化、無害化及資源回收的重要手段，目前被廣泛用于城市濕垃圾處理。
溫度是影響厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷效率的重要因素之一，會影響產(chǎn)甲烷相關(guān)微生物的代謝速率和底物供應(yīng)。一般認為，從對溫度的適應(yīng)性方面，可將厭氧細菌分為高溫菌和中溫菌兩大類，即厭氧發(fā)酵可分為高溫發(fā)酵(50~55℃)和中溫發(fā)酵(35~40℃)兩大類，43~45℃被稱為過渡區(qū)，既不屬于中溫范圍，也不屬于高溫范圍，常規(guī)理論認為，厭氧微生物在此溫度范圍內(nèi)活性較低，是低速厭氧區(qū)。
但Nuruol等關(guān)于污泥厭氧處理的研究結(jié)果表明，45℃條件下厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷效率與35℃相比未出現(xiàn)大幅下降，且45℃條件下的產(chǎn)沼氣效率要高于55℃。李美群在研究薯類酒糟厭氧發(fā)酵時發(fā)現(xiàn)，45℃條件下厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣率最高，且測得厭氧產(chǎn)酸菌、厭氧氨化菌和厭氧纖維素菌生長、繁殖的速度最快。2018年杭能環(huán)境對餐廚垃圾、牛糞、酒糟、秸稈等多種原料在中溫、中高溫過渡區(qū)及高溫條件下的厭氧發(fā)酵進行了系列試驗研究，發(fā)現(xiàn)這幾類物料在中高溫過渡區(qū)條件下產(chǎn)沼速率較中溫和高溫發(fā)酵條件下均有明顯提升。
2019年公司將該研發(fā)成果10在維爾利環(huán)保科技集團股份有限公司投資運營的西安、常州等幾個大型餐廚沼氣項目上進行了驗證。以西安市餐廚垃圾資源化利用和無害化處理項目(一期)為案例，介紹了中溫和高溫過渡區(qū)發(fā)酵溫度下，厭氧發(fā)酵技術(shù)在該餐廚垃圾沼氣工程中的應(yīng)用情況，并對項目019年月22日—2020年月日期間穩(wěn)定運行的數(shù)據(jù)進行監(jiān)測和分析，以期為學術(shù)界研究溫度對厭氧發(fā)酵效率的影響提供參考。
1項目概況
西安餐廚垃圾資源化利用和無害化處理項目(一期)廠址位于福銀高速以西八興灘村，占地2.5hm，設(shè)計處理規(guī)模為餐廚垃圾200t、地溝油20t，采用維爾利環(huán)�？萍技瘓F股份有限公司的預(yù)處理技術(shù)及杭州能源環(huán)境工程有限公司的中高溫厭氧發(fā)酵技術(shù)，噸原生垃圾沼氣產(chǎn)量不小于71m³，設(shè)計產(chǎn)沼氣量約15000m/d。該項目于2019年月開始啟動調(diào)試，已穩(wěn)定運行兩年。
1.1工藝流程
該項目采用機械分選、提油預(yù)處理中高溫厭氧消化沼氣凈化發(fā)電沼渣脫水處置工藝路線。餐廚垃圾運輸車到達現(xiàn)場后首先過磅，然后駛進卸料大廳并將餐廚垃圾倒入接料裝置的卸料斗，料斗底部濾液進入漿料加熱及除砂系統(tǒng)。料斗中的物料輸送至后續(xù)自動分選制漿系統(tǒng)，自動分選機的主要功能是對餐廚垃圾中的塑料、織物及硬質(zhì)不易破碎的無機物(如金屬等)進行分離，同時通過特殊設(shè)計的轉(zhuǎn)錘對食物殘渣進行漿化處理，產(chǎn)生的有機粗漿料通過漿料輸送泵送入漿料加熱機。
漿料加熱機對有機粗漿料進行加熱，加熱后的漿料及瀝液經(jīng)惰性物分離裝置和除砂處理后由泵輸送至三相提油機進行提油，而提油過程中分離的有機漿液經(jīng)換熱器降溫后進入后續(xù)厭氧系統(tǒng)進行厭氧發(fā)酵。預(yù)處理后的物料漿液泵入CSTR厭氧消化系統(tǒng)，進行中高溫過渡區(qū)發(fā)酵溫度44±℃厭氧消化，所產(chǎn)沼氣經(jīng)生物脫硫凈化后暫存于雙膜干式貯氣柜，部分沼氣用于鍋爐燃燒生產(chǎn)蒸汽，為預(yù)處理三相提油增溫提供熱量，剩余沼氣用于熱電聯(lián)產(chǎn)，電能并網(wǎng)，余熱用于其他供熱。發(fā)酵液經(jīng)固液分離后，沼液進入廠內(nèi)污水處理系統(tǒng)處理，達到《黃河流域(陜西段)污水綜合處理排放標準》(DB61/224—2011)的二級標準后排入附近污水處理廠進一步處理，固渣外運填埋。
2厭氧系統(tǒng)運行狀況
2.1厭氧發(fā)酵基本參數(shù)
餐廚垃圾經(jīng)前端分選篩分預(yù)處理及三相提油后的漿料溫度超過65℃，為了滿足過渡區(qū)發(fā)酵溫度要求(44±)℃，漿料在進入?yún)捬豕拗巴ㄟ^冷卻塔降溫處理。厭氧發(fā)酵系統(tǒng)采用杭州能源環(huán)境工程有限公司研發(fā)的餐廚垃圾高效厭氧CSTR優(yōu)化技術(shù)。為了提高厭氧轉(zhuǎn)化效率，同時節(jié)省漿料降溫能耗，厭氧發(fā)酵在傳統(tǒng)中溫厭氧發(fā)酵基礎(chǔ)上進行了一系列優(yōu)化。
2.2厭氧罐進料及沼氣產(chǎn)量
受垃圾收運量的影響，運行期間厭氧罐進料量存在一定范圍的波動。進料量在108~211t之間波動，平均進料量為175.6t;隨著進料量的波動，沼氣產(chǎn)量也在12500~25000m范圍內(nèi)波動，平均沼氣產(chǎn)量為18527m。據(jù)此計算，餐廚漿料產(chǎn)氣量可達105.5m/t。
2.3厭氧發(fā)酵過程的TS去除率
厭氧發(fā)酵過程的TS去除率變化。運行期間厭氧罐進料TS濃度在8.8~14.6%范圍內(nèi)波動，大部分時間為11~12%，平均值為11.35%;出料TS濃度在4.3~5.6%范圍內(nèi)波動，平均值為4.8%;TS去除率波動范圍為52~72%，平均值為63%，優(yōu)于李靖等11研究結(jié)果(35±1)℃條件下，TS最大去除率為43.6%。
3高溫過渡區(qū)厭氧發(fā)酵技術(shù)的優(yōu)勢
3.1提高厭氧轉(zhuǎn)化效率
由西安餐廚垃圾資源化利用和無害化處理項目(一期)厭氧系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)可知，在同等有機負荷條件下，采用過渡區(qū)發(fā)酵溫度發(fā)酵處理餐廚垃圾，其VS產(chǎn)氣率及容積產(chǎn)氣率均高于中溫厭氧發(fā)酵。分析原因主要是在過渡區(qū)內(nèi)中溫菌群仍繼續(xù)保持厭氧活性，在37~45℃下甲酸甲烷桿菌、索氏甲烷絲菌等中高溫厭氧菌群快速增殖，使中高溫菌優(yōu)勢充分顯現(xiàn)，高溫菌群開始增長繁殖發(fā)揮作用，產(chǎn)甲烷菌的中溫厭氧菌群與高溫厭氧菌群實現(xiàn)了共存協(xié)同，即氫營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷和乙酸營養(yǎng)性產(chǎn)甲烷兩條途徑同時存在，加強了厭氧轉(zhuǎn)化效率。
3.2降低預(yù)處理漿料降溫能耗及氨抑制風險
由于餐廚垃圾預(yù)處理階段提油后漿料的溫度約為65℃，與傳統(tǒng)中溫(35~38℃)厭氧發(fā)酵相比，采用中高溫過渡區(qū)(43~45℃)厭氧發(fā)酵可在預(yù)處理階段節(jié)省22%的降溫能耗;此外，由于餐廚垃圾氮含量相對較高，與高溫(50~55℃)厭氧發(fā)酵相比，采用中高溫過渡區(qū)發(fā)酵溫度厭氧發(fā)酵不易出現(xiàn)氨氮抑制問題。
環(huán)境論文范例： 環(huán)境規(guī)制與交通運輸業(yè)綠色創(chuàng)新
4結(jié)論與建議
由西安市餐廚垃圾資源化利用和無害化處理項目(一期)運行情況可看出，在中高溫過渡區(qū)發(fā)酵溫度下(43~45℃)，餐廚垃圾產(chǎn)氣效率并沒有出現(xiàn)明顯下降，其產(chǎn)氣效率顯著優(yōu)于同類中溫和高溫研究報道。鑒于溫度影響產(chǎn)甲烷相關(guān)微生物的代謝速率和底物供應(yīng)，后續(xù)將針對不同溫度條件下的產(chǎn)甲烷微生物的種群結(jié)構(gòu)及代謝類型進行深度研究;對于大型厭氧沼氣工程，可針對不同發(fā)酵原料的特性，選擇經(jīng)濟合理的厭氧發(fā)酵溫度，以達到最優(yōu)處理效果和最低的項目運行成本。
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作者：李月中，譚婧，宮亞斌，壽亦豐
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