餐厨垃圾强化城市污泥处理方法研究

餐厨垃圾强化城市污泥处理方法研究
资环学院环境科学专业1202班王正阳2012054020215
摘要：为了提高城市污泥的处理效率，使其更适于进行厌氧消化处理，目前实验向其中加入餐厨垃圾，二者相辅相生，形成的混合污泥在各种性质方面都更易于无害化减量化和资源化。

本法是基于传统的污泥处理处置方法的，从而探究了一种更经济合理的新型处理技术，本文意在展开对污泥处理的未来发展趋势的研究，并从各种可控条件来完善研究。

关键词：餐厨垃圾、城市污泥、厌氧消化、强化
引言：随着城市人民生活质量日益提高，产生的城市生活垃圾量也渐成围城之势。

其中最不容小觑的部分来自于城市污泥和餐厨垃圾。

如何能将二者联合起来共同处理，成为了城市处理垃圾的关键问题。

1.餐厨垃圾概述
1.1餐厨垃圾来源与组成
餐厨垃圾主要包括食物加工的下脚料和剩余的食物，来源于家庭、食堂和饭店这类用餐场所[1]。

餐厨垃圾最大的特点是含水率和有机物含量很大。

其中有机物主要来自主食中的淀粉、肉蛋奶中的蛋白质、油脂和蔬菜中的纤维素[2]，因此其易被生物降解，同时也易腐烂发臭，加大了运输储存难度。

此外，餐厨垃圾富含各种营养元素和金属元素，具有较高的再利用价值。

1.2餐厨垃圾的处理技术
1.2.1粉碎直排法
利用食物处理机粉碎餐厨垃圾，将固体废物随厨房用水一同排到下水道，此法快速有效，但增加了污水处理的难度，且易产生二次污染[2]
1.2.2焚烧法
由于餐厨垃圾含水率高，焚烧前必须先脱水，又因元素复杂，焚烧后会排出有毒废气。

考虑到经济成本和安全环保，焚烧法不适用于处理此类固废。

[2]
1.2.3卫生填埋法
填埋处理是目前餐厨垃圾的主要处理方式。

但垃圾填埋过程中不可避免的产生渗滤液，其成分复杂而多为有毒有害物质，加大了处理难度。

常见的堆肥方式有蚯蚓堆肥和高温好氧堆肥。

[3]
1.2.4厌氧消化法
厌氧消化法可以将餐厨垃圾中的能量高效再生，而且可以简单有效的减少和稳定餐厨垃圾，来产生人类需要的能源—如沼气。

但餐厨垃圾中缺少一些微量元素，不利于甲烷菌的生长代谢。

如何改善此法越来越成为研究的重点和热点。

[1]
2.污泥的厌氧消化
2.1厌氧消化过程
污泥的厌氧消化可将污泥中的有机物转化为甲烷，并有效的降低污泥含水率，是实现污泥的稳定化和资源化的重要方法。

厌氧消化有四个阶段：水解、酸化、产酸和产甲烷，前两个阶段为产酸阶段，后两个阶段为产气阶段。

在广泛使用的两步厌氧发酵工艺中，两个阶段成为两个独立的处理单元，产酸菌在第一个单元里将有机物分解转化为
H2,CO2,和挥发性脂肪酸。

而挥发性脂肪酸进入第二个单元里，产甲烷菌将其进一步转化为甲烷和CO2。

[1]
2.2污泥厌氧消化的问题
污泥中营养成分较少，热值低；而且C/N比低于消化时最佳要求，在处理过程中PH值容易上升；有毒有害成分多，会对厌氧消化中的微生物有毒害作用。

这些原因造成污泥的厌氧消化效率和甲烷气的产量低，而厌氧消化的投资高，单位投资每吨污泥达到40万元。

因此，厌氧消化遭遇到推广难的瓶颈。

2.3共厌氧消化的影响因素及调节
2.3.1 C/N比
厌氧消化中最适宜的C/N比是10-20，而城市污泥的C/N比仅为5-9，单独进行处理会因C/N比太低，含氮量过高，微生物会将多余的氮转化为氨气释放，导致PH下降，而且铵盐的积累也会对有机物的降解有抑制作用。

餐厨垃圾的C/N比通常为15-20，但单独进行处理时由于缺少大量的微量元素，不利于产甲烷菌的生长代谢，而城市污泥中有大量微量元素。

由此可见，将城市污泥与餐厨垃圾进行混合，再一同厌氧消化，可以加快有机物的降解，同时提高产甲烷量[4]。

实验表明，污泥与餐厨垃圾共厌氧消化，可提高反应的碱度，使其可以在更高的氨氮和高挥发性脂肪酸（VFA）浓度下稳定运行。

而且，当混合底物中污泥的比例增加时，可以明显缓解VFA的抑制作用，使得甲烷气产量增加。

对餐厨垃圾和污泥的高温共厌氧消化的研究表明在不延长污泥停留时间的前提下，厌氧消化中的固体浓度仍可上升。

在另一个餐厨垃圾与污泥的中温共厌氧消化实验中，结果表明在相同的污泥停留时间条件下，当增加餐厨垃圾的比例时，挥发性固体去除率和甲烷气的产率也随之增加[5]。

2.3.2 pH值与氨氮
厌氧消化的适宜pH在6.6-7.8之间，而餐厨垃圾加入比例越大，pH值则会下降更多，原因是餐厨垃圾极易酸化产生大量脂肪酸，这就需要人工通过加入碱性物质（如氢氧化钠）来调节PH值。

值得注意的是，合适的C/N比也对维持适宜的pH值有积极作用，因其促进有机氮的分解，从而释放出氨氮与二氧化碳反应，同时甲烷菌对脂肪酸也有降解作用，使得pH值能缓慢上升。

氨氮浓度一般在消化初期都很低，原因是虽然餐厨垃圾中有机氮含量很高，但其水解产生大量脂肪酸，系统中发生缓冲作用消耗了大量氨氮。

当系统经过了酸化水解期后，氨氮含量明显上升，pH值也随之上升[4]。

2.3.3温度
通过对三种温度下（常温、中温和高温）厌氧消化的效果进行比较得出，高温下的最大产气量明显高于另外两种温度。

高温厌氧消化于第二天会出现一个很明显的产气高峰，但之后产气量急速下降。

中温厌氧消化于第一天和第三天出现产气高峰，但产气量在三种温度里最少。

常温厌氧消化在第一个产气高峰后两天会出现另一个小的产气高峰，产气量中等。

原因是高温会大大加快有机物的水解速度，能促进细菌利用被分解的有机物进行新陈代谢，而接种污泥中常温菌群较多，所以常温产气量是高于中温产气量的[4]。

2.3.4总固体
高固体浓度的厌氧消化即提高消化器的进泥固体浓度，首先这可以使消化器容积减少，加热能耗降低。

通过对污泥进行高温的预处理，同时加入适当比例的餐厨垃圾，实验结果表明，随着总固体浓度增加，容积甲烷产率显著增加。

而且虽然高固体浓度增大了消化的有机负荷，但在相同污泥停留时间下，它与传统厌氧消化的有机物去除率基本一样，所以高固体浓度的厌氧消化更经济合理。

[4]
3.餐厨垃圾与污泥的其他应用
3.1堆肥法处理污泥
就安全处理有机固废的技术而言，蚯蚓生物堆肥技术是目前一种新型的可持续环保技术。

这种技术利用蚯蚓和环境微生物协同作用，加快分解和转化有机物。

蚯蚓堆肥研究表明，城市污泥可以应用于农用堆肥，但C/N比较低，有机质并不丰富，导致适口性不佳，含水率高和透气性差的特点导致污泥不适于单独堆肥。

而餐厨垃圾含丰富有机质和营养元素，适口性好。

因此，将餐厨垃圾与城市污泥共同作为堆肥基质，既可以提高蚯蚓堆肥的效率，又可将污泥中有毒物质稀释，拓宽了堆肥产品的安全使用范围。

进一步实验结果表明，与单独处理污泥相比，加入餐厨垃圾后蚯蚓的生长繁殖速率显著提高，混合后的污泥降解速率也显著提高，而且蚓粪的生产速率也明显提高[6]。

3.2襄阳的应用
湖北襄阳市每天产生约200吨污泥，针对这一大型污染源襄阳市的处理方法是：用污泥制沼气，将沼气提纯作为出租车燃料的天然气，污泥的沼渣经处理后制成肥料，从而实现无害化资源化利用。

襄阳市区有两座污水处理厂，每日产生的200吨污泥受垃圾填埋场容量的制约而只能露天堆置在汉江边，对水体和空气都造成了二次污染。

最终，襄阳建委与武汉华电环境工程公司合作，引进了目前国际上无害化最彻底、减量化最显著、资源化程度最高的工艺--高温热水解和高浓度厌氧消化以及土地综合利用的联合处理工艺。

此工艺的具体操作为：先将污泥集中收运，采用高温热水解工艺进行预处理，再使用高浓度中温厌氧消化使其产生沼气，将沼气压缩提纯后可以达到国家车用天然气的要求。

从2013年起，襄阳又开始对餐厨垃圾进行厌氧消化，并将其与城市污泥混合处理，由于餐厨垃圾富含有机质，使天然气的提取量大大提高。

据统计，襄阳城区日餐厨垃圾产生量为150吨，产生的天然气可供500辆出租车使用一天。

除了对天然气的应用，襄阳市对沼渣进行了深加工处理，每天生产出含丰富营养物质的生物碳土，可广泛应用于园林绿化和土地改良。

同时，襄阳市种植了一万颗移动森林于封场后的生活垃圾填埋场，可对受污染土地进行修复。

目前，襄阳应用餐厨垃圾和城市污泥的典例已向全国各大中城市推广[7]。

结论：污泥与餐厨垃圾相互混合后会促进厌氧消化，使产气量和有机物去除率明显增加，分别进行C/N比、
pH、温度、总固体的调节，达到最优处理效果。

同时，蚯蚓好氧堆肥也可以应用混合污泥来加强效果，襄阳模式则是提供了具体的共厌氧消化工艺流程，为进一步的推广提供了依据。

参考文献：
[1]龚咏梅等.餐厨垃圾与污泥联合两步厌氧发酵产酸阶段条件优化实验.环境化学.2011， 30-(4):857-852
[2]欧阳文翔.《餐厨垃圾与脱水污泥联合厌氧消化产甲烷实验研究》.大连理工大学硕士学位论文.2013
[3]王丹丹等.餐厨垃圾渗滤液强化城市污泥消化作用研究.环境科学学报.2014-10： 2566-2573
[4]廖燕.《市政污泥与餐厨垃圾混合共厌氧消化性能研究》.广西大学硕士学位论文.2012
[5]王广启等.城市污泥高固体浓度厌氧消化的研究进展.中国沼气.2013,31-（6）：9-12
[6]刘顺会等.利用餐厨和绿化垃圾提高蚯蚓堆肥效率处理剩余污泥的研究.生态环境学报.2012，21-（1）：140-145
[7]柯善北等.让污泥和餐厨垃圾变废为宝.中华建设.2014,(2):75-77。