污泥與餐廚垃圾污水處理設(shè)備

1.引言

污水污泥成分復(fù)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，隨著我國經(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(jù)相關(guān)統(tǒng)計，全國城市濕污泥4083萬噸，2021年將達到5292萬噸。

同時，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(jù)前瞻性工業(yè)研究所統(tǒng)計，全國廚房垃圾9500萬噸，2021年全國廚房垃圾產(chǎn)量增至9700萬噸。與污泥一樣，廚房垃圾也成為影響環(huán)境衛(wèi)生、公共衛(wèi)生甚至威脅食品安全的另一個問題。

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(nèi)外的青睞。污水污泥和廚房垃圾是常見的有機廢物，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(shù)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，由于污泥的C/N較低，厭氧消化中所含的N物質(zhì)會迅速溶解，導(dǎo)致氨氮的積累，導(dǎo)致厭氧消化系統(tǒng)中營養(yǎng)物質(zhì)的比例失衡，從而抑制厭氧消化過程。同時，污泥厭氧消化系統(tǒng)的可持續(xù)運行與其處理規(guī)模密切相關(guān)。這是因為污泥厭氧消化項目投資大，運營成本高。在規(guī)模經(jīng)濟的作用下，大型污泥厭氧消化項目最有可能實現(xiàn)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、鉀等營養(yǎng)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。但由于甲烷菌生長過程相對緩慢，可能抑制揮發(fā)性有機酸等中間代謝物的毒性，甚至導(dǎo)致厭氧消化系統(tǒng)酸化失效。此外，由于廚余垃圾固體含量高，流動性差，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，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題，國內(nèi)外廚余垃圾與污泥聯(lián)合厭氧技術(shù)的出現(xiàn)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、趙云飛分別進行了分析研究，證實了污泥與廚余垃圾聯(lián)合厭氧消化的可行性，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

（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，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(tǒng)酸化。因此，兩者結(jié)合厭氧可以調(diào)節(jié)C/N，提高厭氧系統(tǒng)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(diào)節(jié)厭氧過程中的pH值，防止厭氧消化系統(tǒng)酸化失效，維持厭氧系統(tǒng)的穩(wěn)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(chǔ)，結(jié)合厭氧可促進厭氧消化優(yōu)勢菌種的形成，幫助混合基礎(chǔ)厭氧消化過程，縮短厭氧消化時間。

（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養(yǎng)，從而更好地平衡厭氧消化基中的營養(yǎng)。

（4）現(xiàn)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，為通過在污泥消化池中添加餐廚垃圾擴大處理規(guī)模提供了便利條件，有利于促進規(guī)模經(jīng)濟效益的實現(xiàn)。此外，根據(jù)現(xiàn)有研究結(jié)果，在聯(lián)合厭氧消化過程中，兩種廢物的厭氧消化性能顯著提高，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(yīng)用。

目前，國內(nèi)外對污泥與餐廚垃圾聯(lián)合厭氧消化技術(shù)進行了一些研究，但總體而言，國內(nèi)外相關(guān)報道并不多。現(xiàn)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(shù)對聯(lián)合厭氧消化反應(yīng)過程的影響分析上，對聯(lián)合厭氧消化的協(xié)同反應(yīng)機制和有機降解調(diào)節(jié)機制缺乏深入系統(tǒng)的研究。特別是在我國，重復(fù)研究較多，但對具有自身知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)突破性相關(guān)技術(shù)設(shè)備研發(fā)不足。通過查詢國內(nèi)外現(xiàn)有污泥與餐廚垃圾聯(lián)合厭氧消化專利信息，目前國內(nèi)聯(lián)合厭氧消化專利只有60余項。可見，我國擁有相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)量仍然非常有限，特別是與相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)最多的日本、韓國和美國相比。

在應(yīng)用方面，一般認為現(xiàn)有的污泥處理設(shè)施（如污泥消化池）可直接應(yīng)用于聯(lián)合厭氧消化過程，實現(xiàn)設(shè)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(shè)施上是可行的。但一般來說，該技術(shù)主要局限于實驗室的小規(guī)模運行，缺乏大規(guī)模應(yīng)用的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，遠未達到市場的普遍應(yīng)用。