城市生活有机垃圾湿式动态厌氧发酵工艺

摘要：对城市生活有机垃圾处理技术现状进行分析的基础上，结合我国国情，提出一种新型的湿式动态厌氧发酵工艺。进一步论述了湿式动态厌氧发酵工艺方案选择，重点介绍该工艺的流程，各部分结构的功能。最后，总结该工艺的优点，对工艺的不足之处进行了探讨并提出相应的处理措施。
关键词：有机垃圾；湿式动态厌氧发酵；工艺研究
统计资料表明，我国城市生活垃圾储存量已经达到60亿t，而且仍然在以每年10%左右的速度持续增长[1]，而城市生活垃圾中有机物含量逐年增加，其中可生物降解物质高达70%以上[2]。因此，对于城市生活有机垃圾处理的研究显得越来越重要。
1城市生活有机垃圾处理技术现状
1.1卫生填埋
目前，城市生活有机垃圾的处理技术主要有卫生填埋、焚烧、堆肥法。其中，卫生填埋早在1930年便已出现[3]，因投资少、处理费用低，处理量大，操作简便，能处理各种类型的废物等优点一直是世界上最常用的垃圾处理技术。但由于卫生填埋占地面积大、垃圾填埋场渗滤液难于处理、填埋产气污染空气、资源回收率低等问题，在环保标准日益提高的今天，其应用受到越来越大的限制，事实上，卫生填埋正发展为无机垃圾的最终处置方法。
1.2焚烧
焚烧具有除毒彻底、减容量大、残渣性能稳定、能最大限度减少二次污染、能回收热量等优点，近20年来在国外得到迅速发展[4]。但垃圾焚烧投资巨大，运行成本高，且对原料热值和含水率要求较高，并不太适合现阶段我国城市生活垃圾的处理。因为我国大多数城市生活垃圾热值低、可生物降解有机质成分含量较高，必须大量添加辅助燃料才能燃烧，势必大大增加焚烧成本，据估算，焚烧垃圾处理费至少100元Pt[5]。除经济发达的一些沿海城市如深圳、广州、上海、顺德、珠海等外，其他城市大都难以承受。
1.3堆肥
堆肥法是利用自然界广泛存在的微生物处理垃圾的一种技术，通过生物反应有控制地促进固体废物中的可降解有机物转化为稳定的腐殖质。对有机垃圾的处理，堆肥法是最有效的，也是世界上普遍采用的方法。将有机物转换成可增加土壤有机质、改良土壤结构的有机肥料，既避免了有机垃圾焚烧和填埋所产生的各种弊端，又提供了丰富的有机肥原料。但是由于堆肥的肥效低，缺乏销售市场，堆肥法的垃圾减量化程度不高，堆场环境差等等，这些都制约了垃圾堆肥技术的推广和使用。为解决这些问题，近年来国内外开发了多种堆肥新工艺，特别是将厌氧消化技术应用在垃圾堆肥上，开发出了如以芬兰的EcoTec公司为代表的湿式连续单级厌氧消化工艺、以德国的TEB公司为代表的湿式连续多级厌氧消化工艺、以比利时的OWS-Dranco公司为代表的干式连续单级厌氧消化工艺[6]。国内如上海宝山建设的有机垃圾处理厂就采用了湿式动态厌氧发酵工艺[7]。新技术的采用使垃圾堆肥再一次进入高速发展阶段。结合我国国情，在此提出一种新型的湿式动态厌氧发酵工艺，该工艺主要用于处理城市生活有机垃圾。
2湿式动态厌氧发酵工艺方案选择
2..发酵工艺比较
堆肥的核心技术是生化（发酵）处理技术，其主要作用是实现有机垃圾的降解和无害化，使其成为易被农作物吸收的、含有植物所需营养成分的有机肥。按生化降解过程对氧的要求情况，垃圾生化处理技术分为好氧发酵和厌氧发酵两大类，主要有4种工艺：快速好氧发酵、传统的厌氧发酵、好氧2厌氧发酵、湿式厌氧发酵。
发酵工艺的选择，取决于发酵时间、能耗、发酵质量、资源化程度（沼气产生量）、厂区环境、运行成本等工艺特点，但发酵质量决定产品质量，而产品质量是能否正常运行的关键，因此，发酵质量是选择发酵工艺的首要因素。表1是几种发酵工艺的性能特点比较。
表1 4种典型发酵处理工艺比较[8]

从表1可以看出，湿式厌氧发酵在发酵质量、沼气利用、占地面积、工厂环境等方面具有明显的优势。
2.2湿式动态厌氧工艺方案选择
根据发酵温度的高低，可将厌氧发酵工艺分为常温发酵（自然发酵）、中温发酵和高温发酵。常温发酵的主要特点为发酵温度随自然气温的变化而变化，沼气产量不稳定，有机物降解时间很长。中温发酵的温度控制恒定在28~38℃，沼气产量稳定，产沼气量较高，有机物分解速度较快。高温发酵的温度控制在48~60℃，有机物分解速度快，处理时间短，产气量高，能有效杀死寄生虫卵，但功率大。
由于厌氧发酵过程中所需的微生物（包括产甲烷菌）绝大多数是中温性的，少数为高温性[9]。也就是说可被中温发酵所利用的微生物要比高温发酵多，而且对环境的适应性更强，对有害物质的耐受性更高，使得中温发酵运行起来比高温发酵更加稳定，启动容易，易于操作，但高温发酵和中温发酵比，具有产沼气量大、发酵速度快等优点。由于2种发酵方式各有其优势，在国外都得到广泛的利用，但高温厌氧发酵是发展方向。