污泥與餐廚垃圾污水處理設備

污泥與餐廚垃圾污水處理設備

1.引言

污水污泥成分復雜，不僅含有重金屬、持久性有機物等有毒有害物質(zhì)，還含有多種病原體。如果處理不當，將對環(huán)境造成二次污染。近年來(lái)，隨著(zhù)我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和污水處理量的不斷增加，污水污泥的年產(chǎn)量也急劇增加。據相關(guān)統計，全國城市濕污泥4083萬(wàn)噸，2021年將達到5292萬(wàn)噸。

同時(shí)，廚房垃圾是城市生活垃圾的主要組成部分之一，其產(chǎn)量也在逐年增加。據前瞻性工業(yè)研究所統計，全國廚房垃圾9500萬(wàn)噸，2021年全國廚房垃圾產(chǎn)量增至9700萬(wàn)噸。與污泥一樣，廚房垃圾也成為影響環(huán)境衛生、公共衛生甚至威脅食品安全的另一個(gè)問(wèn)題。

2.污泥和餐廚垃圾很難單獨厭氧消化。

在廢物處理和回收方法中，厭氧消化不僅可以減少容量，減少或消除廢物對環(huán)境的危害，還可以獲得沼氣形式的清潔能源，以緩解當今能源供需的壓力。這種方法受到國內外的青睞。污水污泥和廚房垃圾是常見(jiàn)的有機廢物，但其單獨厭氧消化產(chǎn)生的沼氣效果并不理想。

污泥有機C含量低，蛋白質(zhì)含量高。與有機C相比，蛋白質(zhì)降解速度較慢。此外，污泥中的大多數有機C是包裹在細胞壁上的微生物細胞物質(zhì)，具有較低的生物降解能力。因此，污泥厭氧消化時(shí)降解速度較慢，揮發(fā)性固體的去除率和產(chǎn)氣量一般較低。同時(shí)，由于污泥的C/N較低，厭氧消化中所含的N物質(zhì)會(huì )迅速溶解，導致氨氮的積累，導致厭氧消化系統中營(yíng)養物質(zhì)的比例失衡，從而抑制厭氧消化過(guò)程。同時(shí)，污泥厭氧消化系統的可持續運行與其處理規模密切相關(guān)。這是因為污泥厭氧消化項目投資大，運營(yíng)成本高。在規模經(jīng)濟的作用下，大型污泥厭氧消化項目最有可能實(shí)現收入與投資的平衡，因此停機率較低，而小型污泥厭氧項目的收入不足以平衡投資和運營(yíng)成本。

廚余垃圾的主要成分是水、碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪和鹽，富含氮、磷、鈣、鉀等營(yíng)養物質(zhì)，其中有機物在總固體中的含量很高，可達95%以上。廚余垃圾C/N高，易被生物降解，厭氧消化快。但由于甲烷菌生長(cháng)過(guò)程相對緩慢，可能抑制揮發(fā)性有機酸等中間代謝物的毒性，甚至導致厭氧消化系統酸化失效。此外，由于廚余垃圾固體含量高，流動(dòng)性差，不易與厭氧微生物充分混合，影響厭氧效果。

綜上所述，污泥和餐廚垃圾單獨厭氧消化時(shí)，產(chǎn)沼效率和效果并不理想。

3.厭氧消化的可行性分析。

為了更好地解決兩者單獨厭氧消化中的一些問(wèn)題，國內外廚余垃圾與污泥聯(lián)合厭氧技術(shù)的出現引發(fā)了研究熱潮。在中國，傅勝濤、嚴曉菊、于水利、高瑞麗、嚴群、趙云飛分別進(jìn)行了分析研究，證實(shí)了污泥與廚余垃圾聯(lián)合厭氧消化的可行性，主要體現在以下幾個(gè)方面。

（1）污泥C/N相對較低，降解速率較慢。當污泥單獨厭氧發(fā)酵時(shí)，容易抑制氨氮，而餐廚垃圾C/N相對較高。但由于餐廚垃圾厭氧消化速度與甲烷菌生長(cháng)速度不平衡，揮發(fā)性有機酸等中間代謝物積累，甚至引起系統酸化。因此，兩者結合厭氧可以調節C/N，提高厭氧系統的生物降解率，提高污泥的降解率，部分中和揮發(fā)性有機酸、氨氮等中間代謝物，避免揮發(fā)性有機酸等中間代謝物的積累，調節厭氧過(guò)程中的pH值，防止厭氧消化系統酸化失效，維持厭氧系統的穩定運行。

（2）污泥中含有大量微生物，適厭氧消化菌種，廚房垃圾可溶性豐富，生物降解性好，非常適合厭氧消化基礎，結合厭氧可促進(jìn)厭氧消化優(yōu)勢菌種的形成，幫助混合基礎厭氧消化過(guò)程，縮短厭氧消化時(shí)間。

（3）餐廚垃圾和污泥的聯(lián)合厭氧消化可以補充各自成分中缺乏的營(yíng)養，從而更好地平衡厭氧消化基中的營(yíng)養。

（4）現有的污泥消化池可直接用于餐廚垃圾和污泥的聯(lián)合厭氧消化，有利于降低成本，為通過(guò)在污泥消化池中添加餐廚垃圾擴大處理規模提供了便利條件，有利于促進(jìn)規模經(jīng)濟效益的實(shí)現。此外，根據現有研究結果，在聯(lián)合厭氧消化過(guò)程中，兩種廢物的厭氧消化性能顯著(zhù)提高，沼氣產(chǎn)量也有不同程度的提高，提高了經(jīng)濟效益。

4.厭氧消化技術(shù)的應用。

目前，國內外對污泥與餐廚垃圾聯(lián)合厭氧消化技術(shù)進(jìn)行了一些研究，但總體而言，國內外相關(guān)報道并不多?，F有研究主要集中在污泥與餐廚垃圾聯(lián)合厭氧消化技術(shù)、經(jīng)濟工程可行性、pH值、溫度、混合比等工藝參數對聯(lián)合厭氧消化反應過(guò)程的影響分析上，對聯(lián)合厭氧消化的協(xié)同反應機制和有機降解調節機制缺乏深入系統的研究。特別是在我國，重復研究較多，但對具有自身知識產(chǎn)權的技術(shù)突破性相關(guān)技術(shù)設備研發(fā)不足。通過(guò)查詢(xún)國內外現有污泥與餐廚垃圾聯(lián)合厭氧消化專(zhuān)利信息，目前國內聯(lián)合厭氧消化專(zhuān)利只有60余項?？梢?jiàn)，我國擁有相關(guān)知識產(chǎn)權的數量仍然非常有限，特別是與相關(guān)知識產(chǎn)權最多的日本、韓國和美國相比。

在應用方面，一般認為現有的污泥處理設施（如污泥消化池）可直接應用于聯(lián)合厭氧消化過(guò)程，實(shí)現設備共享。因此，污泥和廚房垃圾的聯(lián)合厭氧消化在技術(shù)和設施上是可行的。但一般來(lái)說(shuō)，該技術(shù)主要局限于實(shí)驗室的小規模運行，缺乏大規模應用的數據和經(jīng)驗，遠未達到市場(chǎng)的普遍應用。