【正文】 程。 近年來，國內(nèi)研究開發(fā)了一種用于城市生活垃圾制肥的濕熱處理技術(shù)。其方法是將生活垃圾及垃圾分選后的篩下物（主要為垃圾中的廚余等有機(jī)質(zhì)）裝入密閉的濕熱反應(yīng)器內(nèi)，在 180～ 200℃ 溫度下使 其水解 2h，使垃圾徹底滅菌，去除異味，濕解后物料經(jīng)過干燥、篩分，可以作為制造肥料的原料。北京博朗、紫光泰和通等多家公司先后利用這種技術(shù)建成了幾個(gè)城市有機(jī)垃圾處理廠。雖然這種技術(shù)在工程上已有若干成功應(yīng)用的實(shí)例，但學(xué)術(shù)界對(duì)這種技術(shù)仍然存在爭(zhēng)議。 提取生物降解性塑料技術(shù) 日本學(xué)者 Shirai 提出了通過廚房垃圾發(fā)酵生產(chǎn)乳酸，進(jìn)而合成聚乳酸 制取可降解性塑料 ，為廚房垃圾的資源化和降低乳酸生產(chǎn)成本開辟了一條新的途徑 。其思路是家庭所產(chǎn)生的垃圾首先經(jīng)安裝在廚房水池下面的粉碎機(jī)粉碎，再傳送到住宅下面的排水系統(tǒng)，在那里 進(jìn)行垃圾的固液分離。分離出的液相物質(zhì)與污水一道被排放到污水處理廠進(jìn)行處理。固體物質(zhì)在貯存過程中，其中存在的乳酸菌會(huì)自然發(fā)酵（初次發(fā)酵），腐敗菌被抑制，有利于防止垃圾的腐敗。當(dāng)固體物質(zhì)累積到一定數(shù)量后，運(yùn)送到乳酸生產(chǎn)廠進(jìn)行乳酸發(fā)酵（二次發(fā)酵），發(fā)酵后通過乳酸分離、純化、聚合，可以得到生物降解性塑料（聚乳酸），發(fā)酵殘?jiān)勺鳛轱暳虾头柿?，從而達(dá)到餐廚垃圾“零排放”的目的 [2]。 綜合以上眾多的餐廚處理技術(shù)，建立 嚴(yán)格實(shí)行的生活垃圾分類制度，研究開發(fā)適合我國國情的餐廚垃圾處理技術(shù)與設(shè)備，并對(duì)其中的餐廚垃圾進(jìn)行無害化、 資源化處理，不僅可以減少城市垃圾的清理、儲(chǔ)運(yùn)量的 30％以上，降低填埋、焚燒等后續(xù)處理的負(fù)擔(dān)和成本，大大節(jié)省處理成本，同時(shí)還可以消除或減輕因餐廚垃圾產(chǎn)生的黑臭液、惡臭氣等對(duì)城市環(huán)境的影響、減少疫病的發(fā)生，具有重大的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)意義，以及良好的經(jīng)濟(jì)效益，是非常迫切的。 12 餐廚垃圾處理的發(fā)展趨勢(shì) 我國目前 對(duì)餐廚垃圾喂養(yǎng)動(dòng)物，特別是家禽、家畜的危害認(rèn)識(shí)還是不足。絕大部分城鎮(zhèn)仍然把餐廚垃圾作為動(dòng)物飼料。事實(shí)上，未加任何處理的餐廚垃圾是不能喂養(yǎng)動(dòng)物的。今后，餐廚垃圾的處理技術(shù)與應(yīng)用應(yīng)該在以下幾個(gè)方面給以重視 [2]。 （ 1）餐廚垃圾收集設(shè)備 餐廚垃圾含水率很高，又極易腐爛。因此，與一般生化垃圾一樣，餐廚垃圾也應(yīng)該日產(chǎn)日清。目前使用的普通運(yùn)輸車不適合餐廚垃圾運(yùn)輸。主要問題是密閉性差，裝卸難度大。 除了運(yùn)輸車外，餐廚垃圾容器需求量也很大。普通的容器很難清理。應(yīng)該設(shè)計(jì)專用容器，使之容易清洗，不生銹，耐用。 （ 2）餐廚垃圾處理設(shè)備 由于餐廚垃圾收集與處理問題才剛剛提出來不久，目前市場(chǎng)上還缺乏成熟的餐廚垃圾處理設(shè)備。要針對(duì)餐廚垃圾高含水率的特點(diǎn)，開發(fā)高含水率條件下餐廚垃圾的厭氧處理設(shè)備和好氧處理設(shè)備。 （ 3）餐廚垃圾脫水設(shè)備 一般采用離心機(jī)脫水。不過，普通離心機(jī)清洗難度大，易生銹。有些離心機(jī)采用塑料容器，克服生銹問題，但易老化，清洗也困難。 （ 4）餐廚垃圾處理配套設(shè)備 主要是托水處理設(shè)備、厭氧處理的沼氣凈化設(shè)備、有機(jī)肥的使用條件和范圍。 （ 5）餐廚垃圾處理公司的扶持 餐廚垃圾處理易采用集中處理與分散相結(jié)合的原則。大單位自行處理，小單位則集中處理。應(yīng)該研究區(qū)域化處理的條件。 （ 6）餐廚垃圾處理市場(chǎng) 全國每天約產(chǎn)生餐廚垃圾 20 萬噸。按照 10t/d 餐廚垃圾需要一臺(tái)餐廚垃圾處理機(jī)計(jì)算，就需要 20210 臺(tái)。根據(jù)調(diào)查，每臺(tái)售價(jià) 10 萬 元時(shí)，大多數(shù)賓館、食堂是可以接受的。因此，這個(gè)餐廚垃圾處理市場(chǎng)為 20 億人民幣。 餐廚垃圾處理技術(shù)的選擇 餐廚垃圾具有含水率高、易腐爛、營養(yǎng)豐富的特點(diǎn)，具有較高的利用價(jià)值，但必須對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，才能得到社?huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的統(tǒng)一。城市餐廚垃圾主要來自餐飲業(yè)和大型公共食堂的食物殘余 、 城市居民家庭的廚余垃圾和蔬菜水果等食品加工業(yè)和市場(chǎng)產(chǎn)生的食物垃圾 ， 是城市有機(jī)生活垃圾的主要成分 。 餐廚垃圾產(chǎn)量大 、易腐臭 ， 還可能含有各種細(xì)菌和病原菌 ， 除了必須及時(shí)清理外 ， 還需要及時(shí)處理 。 由于餐廚垃圾含水率高 （ 70%～ 90%） 并且有機(jī)質(zhì)含量高 ， 更適合采用各種生物法處理 。 13 在分析餐廚垃圾特點(diǎn)的基礎(chǔ)上 ，相比上文所述的目前餐廚垃圾處理的衛(wèi)生填埋法、焚燒法、好氧堆肥法、生物轉(zhuǎn)化法和厭氧消化法五大類，選擇厭氧消化處理技術(shù)進(jìn)行餐廚垃圾的處置更具有其優(yōu)越性。 歸納起來 [7]，利用厭氧消化的方法處理餐廚垃圾具有以下優(yōu)點(diǎn)：①可以減少動(dòng)力消耗。節(jié)約能源、減少成本；②反應(yīng)器效能高、容積小、占地面積小、可降低基建成本；③剩余污泥量少、生成的污泥比較穩(wěn)定；④ 餐廚垃圾的厭氧發(fā)酵 不僅降低處理能耗 ， 還可以回收沼氣和肥料 ， 實(shí)現(xiàn)了充分資源化 。 在能源短缺日益嚴(yán) 重的今天 ， 發(fā)展這種技術(shù)尤其重要 [8]。 餐廚垃圾厭氧沼氣處理工藝的原理及特點(diǎn) 有機(jī)厭氧發(fā)酵處理的原理 在厭氧發(fā)酵過程中 ， 有機(jī)質(zhì)被分解 ， 部分有機(jī)碳物質(zhì)轉(zhuǎn)化為 CH4和 CO2， 被分解的有機(jī)碳化物的能量大部分儲(chǔ)存在甲烷中 ,小部分氧化為 CO2 釋放出能量滿足微生物生命活動(dòng)的需要 。 厭氧發(fā)酵過程可以分為 3 個(gè)階段 。 第一階段為水解階段 ， 厭氧菌根據(jù)所分解的對(duì)象可以分為纖維素分解菌 、 脂肪分解菌和蛋白質(zhì)分解菌 ， 它們分別把多糖水解成單糖 、 蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化成肽和氨基酸 、 脂肪轉(zhuǎn)化成甘油和脂肪酸 。 第二階段為酸化階段 , 由產(chǎn)醋酸細(xì)菌例如膠醋酸菌和某些梭狀芽孢桿菌等把較高級(jí)的脂肪酸分解成醋酸和氫 ； 第一階段分解脂肪時(shí)產(chǎn)生的長(zhǎng)鏈脂肪酸如硬脂酸 , 消化蛋白質(zhì)時(shí)產(chǎn)生的芳族酸如苯基醋酸和吲哚酸 , 也被第二階段細(xì)菌分解為產(chǎn)生醋酸和氫 。 第三階段為甲烷化階段 ， 甲烷菌再把醋酸轉(zhuǎn)化為 CH4和 CO2， 或者利用 H2把 CO2還原成甲烷 ， 或者利用其他細(xì)菌產(chǎn)生的甲酸形成甲烷 。 在這一過程中不同的物質(zhì)有經(jīng)過不同的代謝過程 , 因而有不同的代謝速度 。 例如乙酸 （ 醋酸 ）、 甲酸可直接轉(zhuǎn)化為甲烷 ， 代謝只要甲烷菌參與即可 ， 轉(zhuǎn)化較快 ； 但較復(fù)雜的有機(jī)物如葡萄糖的代謝則需要兩類微生物參與 ， 速度要慢得多 。 由于產(chǎn)酸階段形成的酸性物質(zhì)有可能抑制產(chǎn)甲烷菌的活性 ， 把兩階段分開在不同的消化罐里 進(jìn)行 ， 可以加速發(fā)酵 ， 但也增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性 ， 對(duì)甲烷的產(chǎn)量也有一定影響 。 因此國內(nèi)目前的研究大多還是把兩個(gè)階段放在一個(gè)消化罐中進(jìn)行 ， 簡(jiǎn)化系統(tǒng) [8,151152]。 厭氧處理的工藝流程簡(jiǎn)介 （ 1）工藝流程 餐廚垃圾的厭氧發(fā)酵包括脫水、破碎等前處理過程、厭氧發(fā)酵、滲液處理、氣體凈 14 化及貯存等環(huán)節(jié)。首先是通過離心機(jī)等機(jī)械進(jìn)行物料的水分調(diào)節(jié)。破碎則利用破碎機(jī)對(duì)物料中的粗大物體（如骨頭）進(jìn)行破碎，有利于后續(xù)發(fā)酵單元的 順利進(jìn)行。厭氧發(fā)酵階段通過投加兼性和厭氧微生物菌種，強(qiáng)化物料中有機(jī)組分的分解，使生成較穩(wěn)定的發(fā)酵產(chǎn)品和以甲烷為主的發(fā)酵氣體。利用水處理裝置對(duì)物料脫水形成的有機(jī)廢水進(jìn)行處理，防止?jié)B濾液形成二次污染。另外，甲烷是一種有較高經(jīng)濟(jì)利用價(jià)值的氣體，通過凈化裝置處除發(fā)酵中 H2S 等雜志氣體，能提高發(fā)酵氣的利用價(jià)值，如發(fā)電等的利用 [2]。 其工藝流程圖見圖 圖 餐廚垃圾厭氧發(fā)酵處理工藝流程 （ 2）工藝特點(diǎn) 采用厭氧發(fā)酵工藝處理餐廚垃圾具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn) ： 厭氧系統(tǒng)可以處理含固率為10%～ 25%的有機(jī)廢棄物 ， 餐 廚垃圾的含固率一般在 15%～ 20%左右 ， 因此發(fā)酵前既不需加水也不需要脫水 ， 簡(jiǎn)化了前處理 ， 也節(jié)約了能耗 。 通常 ， 有機(jī)物碳氮比在 20～ 30 間最適合厭氧發(fā)酵 ， 而餐廚垃圾的碳氮比在 10～ 25 之間 ， 非常適合厭氧發(fā)酵 ； 當(dāng)然 ， 如果碳氮比過低也可以添加豬糞和污泥等碳氮比較高的有機(jī)廢棄物進(jìn)行調(diào)節(jié) 。 在厭氧發(fā)酵過程中會(huì)有大量沼氣產(chǎn)生 ， 除供發(fā)酵廠本身的使用外 ， 多余能源還可外供 ； 而采用好氧發(fā)酵需要大量的額外能耗 。 厭氧發(fā)酵采用全密封系統(tǒng) ， 占地少 、 發(fā)酵過程的全面監(jiān)控實(shí)施容易 ； 對(duì)環(huán)境造成的負(fù)面作用小 ， 發(fā)酵周期短 ， 能夠及時(shí)處理不斷產(chǎn)生的餐廚 垃圾 ； 特別適合環(huán)境要求高的城市 。 厭氧發(fā)酵可以在處理餐廚垃圾時(shí) ， 同時(shí)處理其它的可腐有機(jī)物 ， 如糞便 、 污泥等 ， 并根據(jù)各種需求添加相應(yīng)的添加料 ， 制造特種 15 肥料 ， 提高產(chǎn)品的附加值 [8]。 （ 3） 厭氧處理工藝的主要優(yōu)缺點(diǎn)見 [2]表 表 厭氧處理工藝的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 工藝穩(wěn)定 減少補(bǔ)充氮、磷的費(fèi)用 貯存能量并具有生態(tài)和經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)點(diǎn) 可以降解好氧過程中不可生物降解物質(zhì) 水處理中減少剩余污泥處理費(fèi)用 反應(yīng)器內(nèi)生物量啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng) 對(duì)堿度要求高，有時(shí)需補(bǔ)充一定量堿度 低溫下動(dòng)力學(xué)速率低，處理低濃度有機(jī)質(zhì)不能實(shí)現(xiàn)能 量平衡無尾氣污染 甲烷菌對(duì)環(huán)境條件敏感 厭氧發(fā)酵工藝因素及控制 對(duì)餐廚垃圾進(jìn)行厭氧發(fā)酵處理時(shí)，由于餐廚垃圾的含水率、有機(jī)物含量較高，在反應(yīng)過程中對(duì)一些因素必須嚴(yán)格控制，如含水率、 PH值、堿度等。過高的含水率會(huì)影響反應(yīng)的升溫過程，從而直接影響反應(yīng)周期，同時(shí)高的含水率也降低了反應(yīng)器的容積負(fù)荷，降低了反應(yīng)器的效率。因此，對(duì)餐廚垃圾的水分調(diào)節(jié)，提高含固率也是必要的。在餐廚垃圾厭氧發(fā)酵中，有機(jī)物的酸化過程產(chǎn)生大量有機(jī)酸的積累， PH值下降，保持足夠的堿度才能保證產(chǎn)甲烷過程的正常進(jìn)行。另外，餐廚垃圾氮、硫量亦 較高，一定濃度的游離NH H2S 對(duì)甲烷菌有抑制作用，可視具體情況，通過控制適當(dāng)?shù)?PH值和投加調(diào)理劑對(duì)其進(jìn)行控制。 從有機(jī)廢物固體階段發(fā)酵工藝可見，在發(fā)酵理論和發(fā)酵控制上，固體發(fā)酵和液體發(fā)酵是相同的。厭氧發(fā)酵的特性和效能取決于三個(gè)方面的因素：作用者（厭氧微生物）、作用對(duì)象（有機(jī)物）以及作用條件（環(huán)境條件、接觸傳質(zhì)等）。有機(jī)廢物厭氧處置工藝，即是從工程化的角度，去創(chuàng)造最佳的適合厭氧微生物生存的環(huán)境條件和作用條件，以取得最大的有機(jī)物降解效果。其基本的運(yùn)行控制和優(yōu)化條件有：相分離、溫度、含水率、基質(zhì)條件以及預(yù)處理 促進(jìn)等。 16 餐廚垃圾厭氧沼氣處理的必要性 作為國內(nèi)餐廚垃圾問題最為嚴(yán)重的城市之一 ， 重慶市在政府領(lǐng)導(dǎo)和相關(guān)技術(shù)專家的推動(dòng)下，重慶環(huán)衛(wèi)集團(tuán)于 2021 年在國內(nèi)最先開始建設(shè)餐廚垃圾厭氧發(fā)酵熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目。 該 項(xiàng)目采用先進(jìn)的“厭氧消化、熱電聯(lián)產(chǎn)”工藝， 日處理餐廚垃圾能達(dá)到 500 噸。同時(shí)配套建設(shè)包括專用運(yùn)輸車和專用收集桶的收運(yùn)系統(tǒng)。 其項(xiàng)目采用的工藝流程如下： 圖 1 餐廚垃圾處置工藝流程圖 從以上餐廚垃圾處置工藝流程圖可看出，沼氣處理是位于厭氧發(fā)酵和發(fā)電機(jī)組之間的一個(gè)環(huán)節(jié)。對(duì)整個(gè)餐廚項(xiàng)目來說，這只是一個(gè)占投 資總額不到 5％ 的小環(huán)節(jié)，但卻是必不可少的一環(huán)。餐廚垃圾厭氧沼氣主要成分是甲烷與二氧化碳，但同時(shí)也存在 H2S、H2O等對(duì)燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)組平穩(wěn)運(yùn)行有影響的物質(zhì)。厭氧沼氣具體成分和參數(shù)參考下 [9]表 表 餐廚垃圾厭氧沼氣主要成分及特性 成分 甲 烷 二氧化碳 氮?dú)? 氧氣 硫化氫 固體顆粒雜質(zhì) 數(shù)值 45～ 60% 40～ 60% 2～ 5% ～ % 600～ 5000ppm ～ 1% 厭氧沼氣其他參數(shù) 壓力 溫度 含水率 高熱值 —— —— 數(shù)值 1～ 2kPa ～ 飽和 ～ —— —— 17 以上表格所列的沼氣成分中，對(duì)后端發(fā)電機(jī)組影響比較大的有： （ 1） 水蒸氣的危害 ： 厭氧沼氣含有大量的水份，而水對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的影響主要表現(xiàn)為：發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火困難；降低燃燒室溫度，降低內(nèi)燃機(jī)的效率；水蒸氣將增大內(nèi)燃機(jī)尾氣排氣量 ， 從而降低了內(nèi)燃機(jī)效率；由于水蒸氣等無功氣體的存在 ， 增壓耗功增大，降低內(nèi)燃機(jī)的效率；降低燃燒室溫度，導(dǎo)致了二惡英等劇毒物質(zhì)生成的可能性大幅度上升，嚴(yán)重污染環(huán)境；水蒸氣與其他酸性物質(zhì)的化合產(chǎn)生中間產(chǎn)物，對(duì)機(jī)組機(jī)本身產(chǎn)生腐蝕，縮短設(shè)備的使用壽命，降低裝置的可靠性。 由于發(fā)動(dòng) 機(jī)內(nèi)部中冷器的存在，過高的水蒸氣含量可能會(huì)導(dǎo)致氣體露點(diǎn)過高，水蒸氣會(huì)在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部凝結(jié)、積水，造成設(shè)備故障 ， 降低設(shè)備壽命和可用率。 （ 2） 硫化物的危害 ： 硫化氫是無色、有臭雞蛋氣味的毒性氣體。硫化氫及其燃燒生成的產(chǎn)物二氧化硫有毒性，危害人體，同時(shí)硫化氫對(duì)鋼材可引起氫脆和硫化物應(yīng)力腐蝕 ， 對(duì)潤滑油的性能也會(huì)產(chǎn)生一定的影響。 硫化氫的燃燒反應(yīng)式如下： 2H2S+O2= 2S+2H2O， 2H2S+3O2=2SO2+2H20。 在厭氧沼氣中，硫化氫是一種易燃易爆 、 并具有強(qiáng)烈惡臭的污染物質(zhì)，即使被人體少量吸入，也會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈不 適。沼氣中的硫化物與發(fā)動(dòng)機(jī)組的潤滑油系統(tǒng)接觸，導(dǎo)致潤滑油乳化，增加機(jī)組磨損，降低設(shè)備使用壽命。設(shè)備潤滑不暢 ， 導(dǎo)致機(jī)組震動(dòng)加大，嚴(yán)重威脅人員及設(shè)備的安全；硫化物在氧化作用下，產(chǎn)生二氧化硫，排放后與大氣中的水蒸氣作用，是形成酸雨的主要來源，將嚴(yán)重污染大氣； 另一方面，亞硫酸 (H2SO3 H→ SO2 + H2O)在低溫條件下 (發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管尾部 )對(duì)設(shè)備具有強(qiáng)烈的腐蝕性，嚴(yán)重影響設(shè)備的可靠性和使用壽命。 （ 3） 固體雜質(zhì)的危害 ： 厭氧發(fā)酵罐中的固體顆粒物質(zhì)也可能隨著氣流進(jìn)入燃?xì)夤艿?，這些顆粒物是發(fā)動(dòng)機(jī)明確限制的雜質(zhì)，它主 要影響在于：堵塞管路，流通不暢，加大壓損，增加運(yùn)行費(fèi)用；增大機(jī)械磨損，降低設(shè)備使用壽命。 該 餐廚項(xiàng)目中沼氣處理的必要性，在于除了要消除沼氣中以上 （ 1）（ 2）（ 3） 所描述的對(duì)發(fā)電機(jī)組有害的因素外，還需要根據(jù)發(fā)電機(jī)組的進(jìn)氣要求