餐厨垃圾厌氧消化技术研究现状及展望_李晨曦.pdf

2022 年12 月Dec.2022第 46 卷 第 6 期Vol.46,No.6热 带 农 业 工热 带 农 业 工 程程TROPICAL AGRICULTURAL ENCINEERING餐厨垃圾厌氧消化技术研究现状及展望李晨曦1)赵宇彭1)兰珊1)吴春东1)杜萌洁2)秦德煜1)王铭娅1)（1 黑龙江八一农垦大学工程学院 黑龙江大庆 163319；2 东北石油大学土木建筑工程学院 黑龙江大庆 163318）摘要 餐厨废弃物资源化已广泛应用厌氧消化工艺，但反应器设备存在不足。LBR反应器比CSTR反应器更为简易、便捷、高效，可通过添加填充物、减小受质粒子孔径等方法，改变LBR反应器内部结构以及渗筛液循环，缓解产酸和产甲烷阶段的不均匀问题，从而达到餐厨废弃物无害化、资源化利用，促进高效循环经济的良性发展。关键词 餐厨垃圾；废弃油脂；厌氧消化；反应器中图分类号 X799.3 Research Status and Prospect of Anaerobic Digestion Technology of Kitchen WasteLI Chenxi1)ZHAO Yupeng1)LAN Shan1)WU Chundong1)DU Mengjie2)QIN Deyu1)WANG Mingya1)(1 College of Engineering,Heilongjiang Bayi Agricultural University,Daqing,Heilongjiang 163319;2 School of Civil Engineering and Architecture,Northeast Petroleum University,Daqing,Heilongjiang 163318)Abstract Anaerobic digestion process has been widely used in kitchen waste recycling,but the reactor equipment is deficient.Compared with CSTR reactor,LBR reactor is simpler,more convenient and efficient.The internal structure of LBR reactor and the circulation of percolating liquid can be changed by adding fillers and reducing the pore size of receiving particles,so as to alleviate the uneven problem of acid production and methane production,thus achieving the harmless and resource utilization of kitchen waste and promoting the sound progress of efficient circular economy.Keywords kitchen waste;waste grease;anaerobic digestion;Reactor随着人民生活水平的不断提高，餐厨垃圾在废物中的占比逐渐加重1。我国不同地区经济水平、习俗、饮食喜好不同，餐厨垃圾的组分也存在差异，未经妥善处理的餐厨垃圾对人们生活造成巨大困扰2。因此，有必要简单阐述餐厨废弃物的性质、处理方法、处理装置以及工艺流程，分析餐厨废弃物厌氧消化存在的困难，提出相应解决办法。1 餐厨垃圾处理技术 1.1餐厨垃圾概念餐厨垃圾概念源于垃圾分类，集体餐厨垃圾是指在从事餐饮业的企事业单位集体餐厅在食品加工、膳食服务等经营活动中形成的食物残渣、食品工艺垃圾以及废弃食品油脂等3，需要注意的是废弃食用脂肪就是指不能食用的动物脂肪和油水混合物。1.2传统餐厨垃圾的处理方法1.2.1物理粉碎法物理粉碎法是指垃圾粉碎后直接排放的方式，通常用于餐厨垃圾处理，将垃圾排放到城市污水中，让城市污水部门工作人员集中处理。物理粉碎法在家庭餐厨垃圾处理应用广泛，只需在厨房 收稿日期：2022-04-12；编辑部E-mail：；责任编辑：汪全伟。李晨曦（1982），女，教授，主要从事生物质综合利用研究。通讯作者：兰珊（1992），女，讲师，主要从事生物质综合利用研究。-140李晨曦 等 餐厨垃圾厌氧消化技术研究现状及展望安装一个垃圾处理器，成本低，操作简单方便，可以大大降低餐厨垃圾量，但这种简单粗暴的方式会造成二次污染。1.2.2垃圾填埋法过去我国大部分地区餐厨垃圾使用的是垃圾填埋方法4。该方法首先要工作人员收集垃圾，然后将垃圾运送到垃圾处理中心，再由相关工作人员进行垃圾填埋处理5。虽然垃圾填埋处理费用低、技术成熟、处理量大，但会造成严重的环境污染，其垃圾渗漏液会污染地下水资源，存在极大危害。我国经济的快速发展使得餐厨垃圾数量也在增加，随着人们对餐厨垃圾无害化、资源化处理的认识，垃圾填埋法已很少使用了，甚至在许多地区禁止将餐厨垃圾进行填埋。1.2.3能源焚烧法焚烧是餐厨废弃物能量化处置的最有效方式之一。要实现餐厨废弃物能量化处置，需购置专门的焚烧装置，将餐厨垃圾燃烧转换为能量，该方法完成了餐厨废弃物无害化、资源化的最后一小步6。由于餐厨废弃物含水量较高，燃烧过程中还需添加助燃物，这无形提高了餐厨废弃物处理成本，使得推广存在一定困难，因此，有必要探索新的餐厨垃圾处理办法，保障餐厨垃圾处理无害化、资源化。2 餐厨垃圾资源化利用技术 2.1好氧堆肥堆肥处理是指在好氧环境下，利用各种微生物分解餐厨废弃物有机成分的生物化学过程7。餐厨垃圾有机成分含量较高，微生物可将餐厨垃圾中有机成分转化为腐殖质肥料8。虽然餐厨垃圾堆肥安全性较高，但肥料品质难以把控，严重阻碍餐厨垃圾堆肥技术的应用推广。因此，餐厨废弃物资源化、无害化将成为重点研究方向。2.2饲料化处理饲料化处理技术是将餐厨垃圾进行资源合理利用，通过饲料化处理后，制作成富含营养物质的饲料，该饲料具有适口性佳、吸收率高的优点9。但是餐厨垃圾制作动物饲料还存在一定安全问题，可能会导致动物饲料中存在大量病原微生物，导致动物的健康问题，从而引发食物链顶端人类的安全10。所以该技术仍需进一步完善。2.3厌氧发酵厌氧发酵是指有机化合物在厌氧条件下被厌氧菌分解为甲烷和超临界二氧化碳的过程。具体过程为在缺少氧气的环境，让餐厨废弃物中的大分子物质水解，在产酸阶段进行乙酸酯化反应，经特殊处置后再转变为甲烷，此阶段必须严格控制温度、湿度、酸碱度、细菌生长环境以及设备设置等，以避免因为外界条件改变而影响厌氧消化过程的顺利进行。与其他餐厨垃圾废弃物资源化利用技术相比，厌氧消化技术相对较为简单，传统的厌氧反应器就可以实现，图1为厌氧发酵处理餐厨垃圾工艺流程图。在厌氧消化处理技术的近年来发展中，主要以CSTR与LBR反应器为主，但CSTR反应器存在处理工艺复杂等问题，LBR反应器会出现过滤板阻塞减小底物粒径尺寸等问题。将LBR处理工艺床反应器直接与UASB的厌氧态污泥床相连。如图2所示，渗滤床式反应器（LBR）、升流式厌氧污泥床（UASB）的串联提高了餐厨废弃物产甲烷效能，在餐厨废弃物资源化利用中，对厌氧消化过程的生物降解具有促进作用。3 餐厨垃圾厌氧发酵技术案例 3.1BTA处理工艺丹麦 Helsipgor BTA/carl bro 处理厂成立于 20世纪90年代初，主要应用BTA处理工艺处理收集分类好的生活垃圾，年处理量为2万t。具体操作图 1厌氧发酵处理餐厨垃圾工艺流程图-1412022 年 12 月第 46 卷第 6 期热带农业工程流程为将分类好的垃圾转运至垃圾仓，将垃圾破袋、打碎、加热制浆、无菌化处理，得到液相和固相垃圾：液相垃圾流向消化罐，固相垃圾放入水解池，随后固相垃圾在水解池中分解为有机酸，池内剩余液相再流入消化罐11。3.2TBW Biocomp处理工艺德国Thronhofen垃圾处理厂于20世纪90年代中期开始投入使用，此垃圾处理厂主要应用TBW Biocomp处理工艺处理已收集分类好的有机物含量高的垃圾和农业生产中的液态垃圾，年处理量为 1.3万t 12。3.3Valorga处理工艺法国Steinmueller Valorga Sarl公司使用立式圆柱形反应器，应用Valorga处理工艺处理餐厨垃圾 13。该反应器中餐厨垃圾固相占比为25%左右，反应时间为1418，每吨垃圾能产80180 m3的生物气。4 结论与展望 餐厨垃圾是一种有机质和脂类含量都很高的固体废弃物，餐厨垃圾无害化资源化研究越来越受到重视。目前餐厨垃圾无害化资源化处理工艺主要包括了好氧堆肥、饲料化处理、厌氧发酵等技术，这些技术可有效实现餐厨废弃物减量化、无害性、资源化处置。其中厌氧发酵技术最成熟，国内实际应用以CSTR反应器为主，但CSTR反应器存在以下问题。（1）反应时需要消耗能量进行搅拌。（2）反应前需要进行稀释预处理。（3）反正后需要将沼渣沼液进行固液分离处理。因此，餐厨垃圾厌氧发酵反应使用 LBR 反应器，相比CSTR反应器，LBR反应器有能耗低、不需要预处理、可以直接实现固液分离等优点。然而，目前LBR反应器还存在一些问题，在国内并没有实现市场化应用，如 LBR 反应器过滤板会出现堵塞、物质输送利用率低。因此，需要添加新型填充物、减小底料孔径、改变反应器构造以及渗滤液密闭式循环系统等，以避免厌氧状态消化过程中产酸或产甲烷阶段不均匀问题产生，从而达到了餐厨废弃物的无害化资源化的问题。参考文献1 郝秋芳，韩志杰，马秀芳.推广先进垃圾焚烧技术 促进环境保护工作J.山西农经，2015（1）：100-101.2 陆近涛.城市生活垃圾焚烧灰渣作为水泥混合材的试验研究J.江西建材，2017（9）：9-13.3 北京垃圾分类新规出台 明年5月1日正式实施 EB/OL.（2019-12-07）.https：/ 张益阳.热解气化炉技术在国内垃圾焚烧发电工程中的应用J.中国金属通报，2019（10）：262-263.5 刘睿智.青岛市城阳区农村生活垃圾治理调查研究 D.成都：西南交通大学，2014.6 刘维维，欧根能，陈华君，等.浅谈餐厨垃圾资源化处理技术及运用 J.资源节约与环保，2020（10）：136-137.7 韦成健.逐步提高泔脚垃圾运行有机负荷半连续式厌氧消化试验研究D.成都：西南交通大学，2012.8 郭文远.论循环经济发展中城市垃圾的处理J.经济研究导刊，2012（31）：9-10.9 杜雪林，陈亚平，陈旭刚，等.发酵果渣作为饲料资源的应用研究J.饲料博览，2020（2）：57-60.10 周俊，王梦瑶，王改红，等.餐厨垃圾资源化利用技术研究现状及展望J.生物资源，2020，42（1）：87-96.11 王建壹，刘德军.城市生活垃圾厌氧消化技术进展 J.北京水务，2011（5）：15-17.12 乔玮.城市垃圾厌氧消化处理技术研究D.长沙：湖南大学，2004.13 李红丽.挥发酸积累对干式厌氧产甲烷发酵的影响及其动力学研究D.郑州：郑州大学，2015.图 2LBR、UASB串联式厌氧消化工艺-142