厨余垃圾厌氧消化处理难点及调控.pdf

厨余垃圾厌氧消化处理难点及调控 厨余垃圾产量大、有机物含量高、营养元素丰富，对其进行适当处理后资源 化利 用是厨余垃圾处理的发展方向。厌氧消化可实现生物质能的高效利用 ,是凰 余垃圾资 源化、无害化处理的主要方法之一。提升餐厨垃圾厌氧消化效率获得清 洁能源及对消 化产物的综合利用是 LI 前研究的热点。介绍了厨余垃圾的基本特 性、厌氧消化的机 理，总结厨余垃圾厌氧消化各阶段面临的问题，分析对应的国 内外调控策略的优缺点 及研究进展，并对今后厨余垃圾厌氧消化的调控新策略及 产物再利用进行展望。 01 厨余垃圾厌氧消化存在的问题 1. 厨余垃圾特性 厨余垃圾的含水率较高，一般在 80%左右，其余干物质以可降解有机物为主。 干 物质中包括碳水化合物、蛋口质、脂肪、木质纤维素、油脂和少量的金属元素 等。其 中，碳水化合物、蛋口质、脂肪的含量通常超过干物质的 70%,具有较高 的产屮烷潜力， 使厨余垃圾的厌氧消化成为可能。厨余垃圾的碳氮比 （C/N）—般 在 10 30,符合厌氧 消化 C/N 值在 20 25 的要求。 2. 厌氧消化机理 厌氧消化过程可分成水解、酸化、产乙酸和产中烷 个阶段。水解阶段厨余 垃圾 4 中的碳水化合物、蛋口质和脂肪等悬浮颗粒有机质被微生物水解成如多糖、 多肽和有 机酸等可溶有机质；酸化阶段短链有机质被产酸菌降解成如葡萄糖、氨 基酸、VFAs （挥 发性脂肪酸）、NH3 和 H2S 等；乙酸化阶段葡萄糖和氨基酸被产乙 酸菌利用生成乙酸、 H2 和 C02 ；中烷化阶段产中烷菌将乙酸、H2 转化成 CH4 和 C02o 3. 厨余垃圾厌氧消化存在问题 厨余垃圾的营养物质丰富，C/N 符合厌氧消化的要求，但是总结近年国内外 文献 发现，厨余垃圾的厌氧消化仍然面临许多问题： 厨余垃圾的颗粒较大，且其中复杂的有机质，如木质素和角蛋白在厌氧条 件下 1） 儿乎不可生物降解，而化合物如木质纤维素和细胞壁虽可生物降解，却很难 被生物利 用，这些因素都会减慢厨余垃圾的水解速度，延长厌氧消化的停滞时间。 2）与产酸菌相比，产甲烷菌的时代周期长，消耗有机酸的能力有限，且易受 环 境因素波动和重金属等有毒物质的影响，故当系统有机负荷较高时，VFAs 的 产生和 1 消耗不平衡，易有系统酸化的悄况出现。另外，氨氮是微生物的营养物质， 且能够提 高系统的缓冲能力，但是厨余垃圾的蛋口质含量较高时，厌氧消化系统 经常面临氨氮 抑制的问题，抑制厌氧微生物的活性，使得系统产气效率降低。 3）产屮烷菌是古生菌，主要分为乙酸营养型屮烷菌和氢营养型屮烷菌两大类 群。在产屮烷阶段，乙酸营养型产屮烷菌发挥主要作用，将乙酸脱竣分解成为 CH4 和 C02,而氢营养型产屮烷菌将 H2 作为电子供体，C02 作为电子受体，最后 生成 CH4 和 H20o 但是，厨余垃圾厌氧消化产生的沼气中 CH1 只占 40% 70%,剩 下的大部分是 CO2, 少量的 H2S 和其他杂质，所以产物沼气热值低（图 1）。 产气热值低 图 厨余垃圾厌氧消化机理和限制因素 1 02 调控策略 1.预处理 厨余垃圾中的有机物通常以颗粒物形式存在，且成分复杂，包含木质纤维素、 蛋 口质、脂肪等大分子有机物，水解过程缓慢，是厨余垃圾厌氧消化的限速步骤。物理、 化学、生物等预处理方法可减小厨余垃圾颗粒物的尺寸、破坏大分子难降 解有机物的 结构，加速水解，缩短厌氧消化停滞时间，提高中烷产量。 1. 1 物理预处理 物理预处理方法包含超声波、热处理、冻融和微波处理等手段，相关研究见 表 。 1