廚余垃圾沼渣特性及資源化利用

2023年12月30日發(作者：扔實心球的技巧)

廚余垃圾沼渣特性及資源化利用

光大環保能源（杭州）有限公司 ，浙江省杭州市310000

摘要：在兩座廚余垃圾處理廠對厭氧發酵產生的沼氣進行了部分篩選，并對其主要理化性質和營養指標進行了分析。結果表明，垃圾厭氧發酵產生的pH值在7.23～8.14之間，不受堿度的影響。鹽的溶解度分別為1.78-1.85、2.62～2.91 mS/cm。NaCl的含量不高，兩廠之間的差異很明顯。有機質含量在20-30%之間，低于其他種類的甲烷。總營養素含量超過5%；As、Cd、Pb、Cr的檢出限分別為2.63、0.818、9.47～19.34、4.20～12.77 mg/kg。結果表明，廚余垃圾殘渣營養豐富，對人體毒性低，具有合理利用資源的潛力。然而，甲烷和有機殘渣的含量相對較低，直接影響其利用。較低的腐殖質和發芽率表明，經厭氧發酵處理的廚房沼氣對植物仍有較高的毒性。因此，它可以作為有機綠化的基礎，或作為生產高質量無機-有機復合材料的原料進行進一步加工和應用。

關鍵詞：廚余垃圾；沼渣；資源化

家庭廚余垃圾占濕垃圾的最大比例。厭氧發酵是城市生活垃圾處理最重要的方法，其副產物營養豐富，資源利用價值高。然而，由于早期管理階段和技術限制，生活垃圾主要與廚房垃圾混合作為生活垃圾。同時，廚余垃圾比餐廚垃圾含有更少的鹽和脂肪，便于生物處理。隨著廢物分類政策和《中華人民共和國固體廢物污染防治法》第57條要求的全面實施，到2020年，廚余垃圾回收利用和環境無害化管理的組織工作由區內外地方政府環境衛生行政部門負責。廚余垃圾的合理利用已成為研究熱點。本文分析了廚余垃圾厭氧發酵產生的生物殘渣的性質，并對其資源化利用進行了研究，為烹飪過程中產生的沼澤殘渣的利用提供了理論支持。

一、餐廚垃圾厭氧發酵處理工藝分類與流程

1.餐廚垃圾歸類為厭氧發酵過程。分析了餐廚垃圾厭氧發酵方法的分類、優缺點，總結了餐廚垃圾厭氧發酵可分為濕發酵和干發酵（取決于餐廚垃圾中的干

物質含量）、單相發酵和兩相發酵（取決于反應順序），平均溫度發酵（取決于反應器溫度）、分批發酵和連續發酵（取決于飼料）。有機物濃度可分為濕（小于15%）和干（小于20%-40%）。分為成熟的濕法工藝；廉價的加工手段和復雜的預處理；爐渣應定期清除，且對高流量水和廢水的影響敏感。干濕廢物不能分開處理；設備成本高；由于固體含量高，運輸和混合困難，尤其是混合，這是一個技術問題。該反應為單相和兩相反應，單相投資低，反應器內氧化容易控制，抑制產甲烷菌生長，影響厭氧發酵。兩相系統穩定；提高加工效率；提高給料機的緩沖能力。高投資操作和維護復雜且難以控制。反應溫度廣泛應用于平均溫度35-38℃、高溫50-60℃、常溫和平均溫度；低功耗；操作穩定，熱解時間長，消除時間短；天然氣產量略高；幾小時后，殺滅寄生卵的數量可以達到90%以上，這需要更多的熱量和更高的運行成本。氨的高溫和濃度高于氨的平均溫度，甲烷中氨的濃度高，室溫下能耗低；工藝穩定，消耗低；效率低下。

2.厭氧發酵工藝流程。由于我國餐廚垃圾含水量較高，一般采用濕法、單項、連續、中溫發酵法。該技術經濟可行，垃圾收集后，首先對系統進行預處理，這是保證后處理系統穩定運行的前提和關鍵步驟。其功能是盡可能地保持廚房垃圾中的有機雜質和脂肪，并通過將其粉碎成小顆粒來分離雜質和脂肪；分離出的有機肥料進入厭氧發酵系統，產生甲烷并提取資源。另一方面，沼氣污泥經過厭氧處理后，可按規定進入污水處理系統；正在運輸的水泥餅厭氧發酵在世界各地的餐廚垃圾處理中被廣泛應用，國外主要采用濕法發酵，從混合物中去除的有機垃圾主要用于酶干燥。

二、餐廚垃圾厭氧發酵反應器

最常見的厭氧發酵全混式厭氧反應器（CSTR）、塞流式（PFR）和內循環（IC）。CSTR在常規反應器中裝有攪拌器，使發酵物料和微生物充分混合，活性區分布在整個反應器中。該反應器用于高濃度固體懸浮液的厭氧發酵。其優點是可以作為高懸浮物的原料，原料在反應器中分布均勻。缺點是能耗高、消化池容積大目前，當反應器中產生甲烷，且反應器中的原料流處于活塞位移狀態時，會發生垂直攪拌。本實用新型無攪拌裝置，結構簡單，能耗低，缺點是促進劑易沉淀固體，前端易酸化，更適合發酵高強度有機物。然而，PFR顯示出強烈的局部

酸化，這不利于長期去除過載分解基質（如廚房垃圾）。在CSTR的基礎上，對內部IC反應器進行升級，將其內置在甲烷提升管中，以確保低流體供應。本實用新型具有節能、抗沖擊等優點。缺點是內部結構。厭氧混合脈沖也是如此。循環泵用于能量傳遞和攪拌，以促進厭氧反應器中原料和微生物的混合。厭氧發酵，適用于有機污泥和剩余污泥，效率高，功耗低，維護方便，但對漿料流動更有效。

三、材料與方法

1.材料。樣品來自于兩個濕垃圾處理廠A和B，兩者均用干式厭氧發酵處理。家庭廚房的食物殘渣和殘渣庫存是預處理系統，消除了其中的大部分物質，具有穩定和較少的有害成分。對從兩個工廠采集的三三批次沼渣的調查是廚房垃圾排放的20 d氨氧的產物。第一批樣品將于2020年7月16日采集，第二個是8月3日采集，第三個是8月28日采集。

2.儀表。410型火焰光度計，ME204、pH計，恒溫器阻尼器SHA，高速粉碎器，干燥箱裝置101A，MARS6，SX2電阻爐，電導率分析裝置HD3400，光度光學計，ICE3000吸收儀，靜電耦合。

3.試驗方法。對各種試驗指標采用各自的試驗方法和標準，每批試驗指標確定三次。

四、結果與討論

1.沼渣理化性質。圖1顯示了A，B工廠廚余垃圾沼渣的pH值。從圖1可以看出，A廠三次采樣的pH值范圍為7.23-7.77。B廠7.71至8.14范圍內pH值的平均取樣均為堿。pH差異較小，符合NY525—2012《生物肥料》的要求。A，B廠3次NaCl和沼渣中NaCl質量得分。A廠三次抽樣的NaCl質量指數為0.81%，B廠三次抽樣的NaCl質量指數為1.67%，工廠結束時NaCl質量值穩定，但兩個工廠的NaCl質量差較高。A，B兩廠的EC值。EC值用于確定沼澤相對于鹽對植物生長的影響。工廠A的三個采樣的EC值范圍為1.78 ms/cm。B的三個采樣的EC值范圍為2.62 ms/cm。如果EC值小于3.5 ms/cm，則不會影響植物的正常生長。EC值在此范圍內越大，沼澤中含有的養分就越多。該研究從工廠B采集樣品，其鹽含量和EC值均高于工廠A，主要與區域垃圾收集和飲食習慣有關。

圖1 A，B兩廠廚余垃圾沼渣的pH值

2.營養目標。20到30%的有機質量存在廚余垃圾沼渣中。養分總量超過5%，生物量和總營養能反映沼渣能微生物可用于代謝的成分比例。較高的生物量表明沼澤中可消耗的成分較多。NY 525生物肥料標準要求生物量≥45%，總養分≥5%。

檢測有機質和總養分結果，即沼渣的有機質量，一般都不足以直接用作有機肥。研究表明沼澤作為植物的基礎具有良好的物理性質，沼澤中的養分量對于樹干等植物的生長研究結果表明，沼澤與肥料的結合可以提高土壤pH值，提高玉米產量和品質。因此，預計在進一步加工廚余垃圾沼渣后，作為綠化或原料，將產生更昂貴的有機和有機堆肥。

3.沼渣腐熟指標，如表1所示。

表1廚余垃圾沼渣中腐殖質含量

腐殖質分為胡敏素、酸和富里酸。腐殖酸和富里酸的結構變化主要發生在堆肥后期，是衡量堆肥腐化程度的重要指標。兩廠廚余垃圾沼渣含有20%-30%的腐殖質，這是最低的胡敏酸含量，其次是富里酸。含量高胡敏素。腐殖酸指數HIi

是反映堆肥成熟度的最佳參數之一。高達1.6表示堆肥已腐熟。HI腐殖化的計算如下：

(1)

在(1)中，腐殖化系數FHI；胡敏酸FHA含量；富里酸FFA含量。計算結果表明，A廠和B廠的甲烷回收率較高，分別為0.20和0.27。0.25和0.44遠遠不能滿足分解要求。發芽率反映了堆肥對植物的毒性。一般來說，如果發芽率超過50%，堆肥可被視為對種子無害。發芽率為3倍，從6.58%到14.74%。厭氧發酵沼渣未腐熟仍然很高，表明其對生物廢棄物仍然具有很高的毒性。

4.重金屬含量。在兩家工廠，3批次沼渣重金屬含量較低。砷比檢出限低2.63 mg/kg，鎘比檢出限低0.81 mg/kg，鉛為9.47～19.34 mg/kg，鉻為4.20～12.77 mg/kgg。沒有發現汞或鉈。兩個工廠檢測到的重金屬均低于綠色有機基質GB/T 33891有機無機復合肥GB/T 18877的規定限值，表明干法厭氧發酵生產的沼渣燃料毒性較低，有助于更好地利用資源。

5.探討資源化方向。最近的研究表明，沼渣被廣泛用作土壤改良劑和有機肥料。結果表明，施用沼渣可以改善土壤質量，增加土壤有機碳含量，提高土壤滲透性，減少土壤體積。進一步研究表明，施用生物殘渣還可以增加土壤微生物的數量和代謝活性。對3個月內土壤養分和pH值進行了分析，結果表明，生物殘渣提高了土壤總碳、NH4和磷的水平。代謝分析表明，生物殘渣還可以改善土壤微生物結構，促進植物尤其是豆類植物對養分的吸收。通過盆栽試驗研究了有機甲烷和無機甲烷的各種殘留結果表明，有機肥和無機肥處理的土壤有機質、全氮和速效磷含量分別為12.4-26.3%、0.1-10.3%和10.1-30.1%，高于無機肥處理。此外，通過椰糠、木屑和黃心土育苗的比較，探討了利用沼渣育苗的可行性。結果表明，在植物栽培領域，沼渣EC值的價值適合育苗基質，沼渣的營養成分有利于幼苗生長。此外，重金屬和抗生素也會積聚在沼渣中。長期使用也可能導致農業生態系統污染的風險。沼液沼渣中的利用對土壤次生鹽漬化具有潛在危害。與畜禽糞便等固體有機廢物相比，餐廚垃圾具有重金屬含量低、致病微生物風險低的優點。它可以防止過量使用沼渣造成的土壤污染，這對植物的正常生長有害。

僅在這個地區，每年就產生約3.0×105 t萬噸廚房垃圾。這些廢物被加工成高質量的有機基質，用于綠化目的。因此，廚余垃圾沼渣的利用不僅減少了環境污染，而且具有很高的經濟價值，對建立資源環境合理利用的社會具有重要意義。

該研究發現，通過對基本化學物質、營養價值指標、腐蝕和重金屬含量進行干式厭氧發酵，對選擇A和B兩廠進行垃圾分類所產生的廚余垃圾進行了研究。結果表明，廚余垃圾沼渣中的生物量和營養總量一般約為30%，重金屬和pH值較適宜，沼渣具有高營養和低的生物毒性，具有很好的資源利用潛力。

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