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        好文推薦 | 基于餐廚垃圾與市政污泥特性及聯合生物處理技術分析

        分類:固廢觀察 > 污泥治理    發布時間:2021年9月21日 15:18    作者:固廢觀察公眾號    文章來源:固廢觀察公眾號

        關鍵詞:餐廚垃圾;市政污泥;生物處理技術














        引言


        餐廚垃圾主要是指從事餐飲服務、單位供餐、食品生產加工等活動的單位和個人在生產、經營過程中所產生的食物殘余、食品加工廢料和廢棄食用油脂等。餐廚垃圾產量大、易酸化、易腐爛,處理不當會造成生態環境污染。餐廚垃圾內含有大量蛋白質、有機物,可進行資源化利用,人們應采用特定處理技術,提高餐廚垃圾的利用率。隨著生態保護意識的增強,人們對綠色化餐廚垃圾處理技術尤為關注。在可持續發展理念指導下,實現餐廚垃圾資源化利用已成為新時代的重要發展內容,因此,圍繞餐廚垃圾處理技術展開研究是極有必要的。



        1、餐廚垃圾組分特性


        餐廚垃圾的組分和性質會隨季節、產生群體的飲食和生活習慣的不同有明顯差異,同時餐廚垃圾的存放和收集方式的不同也會影響餐廚垃圾的組分。這導致了我國餐廚垃圾的組分比較復雜。通常包括食物殘渣、骨頭、塑料、木頭、織物和金屬等。其中,食物殘渣、骨頭和塑料占比較大,木頭、織物和金屬等雜物較少。餐廚垃圾整體含水率較高,約為75%~85%。脂肪和蛋白占比較大,有機質含量高,約占干質量的80%~93%。油脂含量豐富,約占2%~3%,后續油脂經回收提取可產生較高的經濟效益。餐廚垃圾的鹽分含量也較高,約占0.3%~1%,且易腐爛變臭、滋生蚊蠅、傳播病菌,對人類和環境造成不利影響。因此,餐廚垃圾具有資源和危害的雙重特點。



        2、市政污泥特點及處理現狀


        隨著我國城市化進程的加快,城市污水處理覆蓋面不斷擴大,作為污水處理重要副產品的污泥也大量產生。然而,與污水處理率高形成鮮明對比的是污泥無害化處理率低。污泥具有含水率高、體積大、易腐、有異味、含有大量細菌和寄生卵等特點。未經處理的污泥隨意堆放,容易通過雨水侵蝕和滲漏對地下水和土壤造成二次污染,直接危害人體健康。

        隨著生活垃圾填埋場使用年限縮短,污泥混合填埋的處理方式無法持續使用,多地嘗試將含水率在60%~80%的污泥直接運輸至生活垃圾焚燒廠同生活垃圾混合焚燒。但混合焚燒污泥對生活垃圾焚燒廠焚燒爐造成巨大壓力,隨著摻燒污泥量的增加,飛灰產生量、煙氣處理費用隨著增長,同時發電量減少。因此必須降低污泥含水率以提高處置效率。



        3、餐廚垃圾與市政污泥聯合處理技術


        市政污泥和餐廚垃圾的聯合生物處理可以平衡營養物質和接種微生物,通過兩者的耦合實現減量化、無害化和資源化處理。    


        厭氧消化技術

        聯合厭氧消化是在厭氧條件下,由兼性細菌和厭氧細菌將城市污泥和餐廚垃圾中復雜的高分子有機物分解為二氧化碳、甲烷和水的過程。具體是指在缺氧條件下完成厭氧微生物反應,通過代謝活動降解餐廚垃圾有機物,將餐廚垃圾制成甲烷[2]。具體流程為:設置缺氧環境,水解餐廚垃圾多聚體,在產酸階段完成乙酸酯化反應,經特殊處理后轉化為甲烷,其間應嚴格控制溫度、濕度、酸堿度、微生物性能和設備條件,防止外部條件干擾厭氧消化處理過程。相較于其他餐廚垃圾資源化利用技術而言,厭氧消化流程簡單,僅依靠單相反應器即可完成厭氧消化制甲烷過程,但餐廚垃圾中存在大體積有機固體與毒性物質。因此,單相反應器厭氧消化技術易受到毒性物質及大體積固體干擾而產生不穩定性轉變,降低餐廚垃圾甲烷生成率,結合當前研究來看,可在城市污泥處理系統輔助下進行混合發酵,經多次試驗得出,餐廚垃圾與城市污泥比例維持在1:1時甲烷生產效果最佳,此外還可添加材料減少垃圾氣味,加入活性炭等材料提高甲烷生產效果。在厭氧消化處理技術的近年來發展中,人們可以將LBR滲濾床反應器及UASB厭氧污泥床串聯,如圖1所示,防止過濾板堵塞等問題,減小底物粒徑,平衡甲烷生產過程。

        圖1 LBR、UASB 串聯式厭氧消化工藝


        濾床式反應器(LBR)、升流式厭氧污泥床(UASB)串聯極大地提高了餐廚垃圾產甲烷效率,同時降低沼氣發酵壓力,在餐廚垃圾資源化利用中,厭氧消化技術資源利用效果較好。



        生物干化技術

        現階段我國大部分城市的垃圾分類工作逐步開展,但仍存在大量餐廚垃圾混雜在生活垃圾、城市污泥中一同進行焚燒或者填埋。部分餐廚垃圾處理企業將餐廚垃圾回收,經分選、固液分離、提油等預處理后,剩余的固渣也會選擇就近焚燒或者填埋。因此,焚燒技術仍然是我國目前餐廚垃圾處理的主要技術之一。焚燒是通過900℃~1000℃的高溫對餐廚垃圾中的可燃物組分進行氧化分解,從而實現餐廚垃圾的減量化。焚燒后殘余物質量只有20%左右,體積為10%左右,減量化程度較高。但若餐廚垃圾未經充分燃燒,會產生二噁英、二氧化硫、氯化氫和氮氧化物等有毒有害氣體,造成大氣的二次污染。

        由于采用焚燒法對餐廚垃圾和城市污泥可以進行高效、徹底的處理,產生的熱能可以回收利用,因此受到廣泛關注。然而,餐廚垃圾和市政污泥的高水分含量降低了燃燒熱值。因此,餐廚垃圾和污泥的干燥脫水處理非常重要。生物干化技術主要利用微生物好氧發酵產生的生物能降解有機物為動力,結合通風蒸發脫水,實現廢棄物的快速干燥。



        好氧堆肥技術

        好氧堆肥技術是利用好氧微生物在有氧條件下利用自身的代謝功能對餐廚垃圾中的有機質進行生物降解,最終形成穩定的高肥力腐殖質。在堆肥過程中,物料的含水率、粒徑、通風情況以及溫度都對堆肥效果有重大的影響。有學者進行餐廚垃圾高效好氧堆肥工藝優化實驗,以有機物降解率為試驗指標探討通風量、環境溫度、含水率、粒徑等4個因素對堆肥效果的影響。結果表明:4個因素對有機物降解的影響顯著性順序為環境溫度>含水率>粒徑>通風量,同時得出最佳堆肥方案為環境溫度40℃、含水率50%、粒徑30mm、通風量4L/min。當前環境下好氧堆肥技術較為成熟,且堆肥可以產生有機肥料,實現廢物資源化利用,同時改善了當前大量使用化肥導致的土壤退化等問題,具有極好的應用價值。



        聯合生物蒸發處理

        生物蒸發是好氧堆肥和生物干化技術的發展。對廢水中的有機物含量有很高的要求。在研究初期,主要以生物干化污泥為添加劑對餐廚垃圾進行處理。為了擴大生物蒸發處理的對象,研究人員將餐廚垃圾與一般高濃度有機廢水混合,調節有機物含量,以滿足生物蒸發處理的要求。生物干化污泥可以為餐廚垃圾和高濃度廢水提供結構支撐和接種微生物。生物蒸發技術可以同時處理餐廚垃圾、脫水污泥和高濃度廢液,實現餐廚垃圾和高濃度廢液的“零排放”。最后對剩余污泥進行衛生填埋處理,具有顯著的經濟效益和社會效益[4]。



        4、結束語


        綜上所述,餐廚垃圾作為一種資源性廢棄物,對其中的資源和能源進行回收受到了廣泛的關注。加之全球呼吁碳減排落實行動,我國“十四五”又是碳達峰、碳中和的關鍵期、窗口期,這進一步表明餐廚垃圾資源化處理處置的必要性。餐廚垃圾、市政污泥聯合生物處理可使污染物得到有效處置,促進餐廚垃圾資源化利用與綠色化處理的協同發展。


        來源 | 《科學與技術》
        作者 | 陳宏偉
        編輯 | 匡宋堯




            

        2021年10月28-30日


        江蘇·蘇州






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