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基于餐厨垃圾与市政污泥特性及联合生物处理技术分析

北极星固废网  来源:《科学与技术》  作者:陈宏伟  2021/9/15 14:13:56  我要投稿  

北极星固废网讯:摘要:随着人口不断增长和生活水平的提高,城市固体废弃物总量逐年增加,其中以餐厨垃圾与市政污泥为主,餐厨垃圾是一种资源性废弃物,随着垃圾分类工作的不断推进,对餐厨垃圾进行高效资源回收与利用受到了广泛的关注。本文研究分析餐厨垃圾与市政污泥特性,进一步探讨餐厨垃圾与市政污泥特性及联合生物处理技术,提高餐厨垃圾与市政污泥的处理效率。

关键词:餐厨垃圾;市政污泥;生物处理技术

引言

餐厨垃圾主要是指从事餐饮服务、单位供餐、食品生产加工等活动的单位和个人在生产、经营过程中所产生的食物残余、食品加工废料和废弃食用油脂等。餐厨垃圾产量大、易酸化、易腐烂,处理不当会造成生态环境污染。餐厨垃圾内含有大量蛋白质、有机物,可进行资源化利用,人们应采用特定处理技术,提高餐厨垃圾的利用率。随着生态保护意识的增强,人们对绿色化餐厨垃圾处理技术尤为关注。在可持续发展理念指导下,实现餐厨垃圾资源化利用已成为新时代的重要发展内容,因此,围绕餐厨垃圾处理技术展开研究是极有必要的。

1餐厨垃圾组分特性

餐厨垃圾的组分和性质会随季节、产生群体的饮食和生活习惯的不同有明显差异,同时餐厨垃圾的存放和收集方式的不同也会影响餐厨垃圾的组分。这导致了我国餐厨垃圾的组分比较复杂。通常包括食物残渣、骨头、塑料、木头、织物和金属等。其中,食物残渣、骨头和塑料占比较大,木头、织物和金属等杂物较少。餐厨垃圾整体含水率较高,约为75%~85%。脂肪和蛋白占比较大,有机质含量高,约占干质量的80%~93%。油脂含量丰富,约占2%~3%,后续油脂经回收提取可产生较高的经济效益。餐厨垃圾的盐分含量也较高,约占0.3%~1%,且易腐烂变臭、滋生蚊蝇、传播病菌,对人类和环境造成不利影响。因此,餐厨垃圾具有资源和危害的双重特点。

2市政污泥特点及处理现状

随着我国城市化进程的加快,城市污水处理覆盖面不断扩大,作为污水处理重要副产品的污泥也大量产生。然而,与污水处理率高形成鲜明对比的是污泥无害化处理率低。污泥具有含水率高、体积大、易腐、有异味、含有大量细菌和寄生卵等特点。未经处理的污泥随意堆放,容易通过雨水侵蚀和渗漏对地下水和土壤造成二次污染,直接危害人体健康。

随着生活垃圾填埋场使用年限缩短,污泥混合填埋的处理方式无法持续使用,多地尝试将含水率在60%~80%的污泥直接运输至生活垃圾焚烧厂同生活垃圾混合焚烧。但混合焚烧污泥对生活垃圾焚烧厂焚烧炉造成巨大压力,随着掺烧污泥量的增加,飞灰产生量、烟气处理费用随着增长,同时发电量减少。因此必须降低污泥含水率以提高处置效率。

3餐厨垃圾与市政污泥联合处理技术

市政污泥和餐厨垃圾的联合生物处理可以平衡营养物质和接种微生物,通过两者的耦合实现减量化、无害化和资源化处理。

3.1厌氧消化技术

联合厌氧消化是在厌氧条件下,由兼性细菌和厌氧细菌将城市污泥和餐厨垃圾中复杂的高分子有机物分解为二氧化碳、甲烷和水的过程。具体是指在缺氧条件下完成厌氧微生物反应,通过代谢活动降解餐厨垃圾有机物,将餐厨垃圾制成甲烷[2]。具体流程为:设置缺氧环境,水解餐厨垃圾多聚体,在产酸阶段完成乙酸酯化反应,经特殊处理后转化为甲烷,其间应严格控制温度、湿度、酸碱度、微生物性能和设备条件,防止外部条件干扰厌氧消化处理过程。相较于其他餐厨垃圾资源化利用技术而言,厌氧消化流程简单,仅依靠单相反应器即可完成厌氧消化制甲烷过程,但餐厨垃圾中存在大体积有机固体与毒性物质。因此,单相反应器厌氧消化技术易受到毒性物质及大体积固体干扰而产生不稳定性转变,降低餐厨垃圾甲烷生成率,结合当前研究来看,可在城市污泥处理系统辅助下进行混合发酵,经多次试验得出,餐厨垃圾与城市污泥比例维持在1:1时甲烷生产效果最佳,此外还可添加材料减少垃圾气味,加入活性炭等材料提高甲烷生产效果。在厌氧消化处理技术的近年来发展中,人们可以将LBR渗滤床反应器及UASB厌氧污泥床串联,如图1所示,防止过滤板堵塞等问题,减小底物粒径,平衡甲烷生产过程。

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图1 LBR、UASB 串联式厌氧消化工艺

滤床式反应器(LBR)、升流式厌氧污泥床(UASB)串联极大地提高了餐厨垃圾产甲烷效率,同时降低沼气发酵压力,在餐厨垃圾资源化利用中,厌氧消化技术资源利用效果较好。

3.2生物干化技术

现阶段我国大部分城市的垃圾分类工作逐步开展,但仍存在大量餐厨垃圾混杂在生活垃圾、城市污泥中一同进行焚烧或者填埋。部分餐厨垃圾处理企业将餐厨垃圾回收,经分选、固液分离、提油等预处理后,剩余的固渣也会选择就近焚烧或者填埋。因此,焚烧技术仍然是我国目前餐厨垃圾处理的主要技术之一。焚烧是通过900℃~1000℃的高温对餐厨垃圾中的可燃物组分进行氧化分解,从而实现餐厨垃圾的减量化。焚烧后残余物质量只有20%左右,体积为10%左右,减量化程度较高。但若餐厨垃圾未经充分燃烧,会产生二噁英、二氧化硫、氯化氢和氮氧化物等有毒有害气体,造成大气的二次污染。

由于采用焚烧法对餐厨垃圾和城市污泥可以进行高效、彻底的处理,产生的热能可以回收利用,因此受到广泛关注。然而,餐厨垃圾和市政污泥的高水分含量降低了燃烧热值。因此,餐厨垃圾和污泥的干燥脱水处理非常重要。生物干化技术主要利用微生物好氧发酵产生的生物能降解有机物为动力,结合通风蒸发脱水,实现废弃物的快速干燥。

3.3好氧堆肥技术

好氧堆肥技术是利用好氧微生物在有氧条件下利用自身的代谢功能对餐厨垃圾中的有机质进行生物降解,最终形成稳定的高肥力腐殖质。在堆肥过程中,物料的含水率、粒径、通风情况以及温度都对堆肥效果有重大的影响。有学者进行餐厨垃圾高效好氧堆肥工艺优化实验,以有机物降解率为试验指标探讨通风量、环境温度、含水率、粒径等4个因素对堆肥效果的影响。结果表明:4个因素对有机物降解的影响显著性顺序为环境温度>含水率>粒径>通风量,同时得出最佳堆肥方案为环境温度40℃、含水率50%、粒径30mm、通风量4L/min。当前环境下好氧堆肥技术较为成熟,且堆肥可以产生有机肥料,实现废物资源化利用,同时改善了当前大量使用化肥导致的土壤退化等问题,具有极好的应用价值。

3.4联合生物蒸发处理

生物蒸发是好氧堆肥和生物干化技术的发展。对废水中的有机物含量有很高的要求。在研究初期,主要以生物干化污泥为添加剂对餐厨垃圾进行处理。为了扩大生物蒸发处理的对象,研究人员将餐厨垃圾与一般高浓度有机废水混合,调节有机物含量,以满足生物蒸发处理的要求。生物干化污泥可以为餐厨垃圾和高浓度废水提供结构支撑和接种微生物。生物蒸发技术可以同时处理餐厨垃圾、脱水污泥和高浓度废液,实现餐厨垃圾和高浓度废液的“零排放”。最后对剩余污泥进行卫生填埋处理,具有显著的经济效益和社会效益[4]。

4结束语

综上所述,餐厨垃圾作为一种资源性废弃物,对其中的资源和能源进行回收受到了广泛的关注。加之全球呼吁碳减排落实行动,我国“十四五”又是碳达峰、碳中和的关键期、窗口期,这进一步表明餐厨垃圾资源化处理处置的必要性。餐厨垃圾、市政污泥联合生物处理可使污染物得到有效处置,促进餐厨垃圾资源化利用与绿色化处理的协同发展。


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