污泥和餐厨垃圾联合干法中温厌氧消化性能研究

摘要：采用完全混合式反应器R1～R5（进料脱水污泥与餐厨垃圾的湿重混合比分别为1∶0、4∶1、3∶2、2∶3和0∶1），在半连续运行的状态下，考察了停留时间（solid retention time，SRT）为20d时脱水污泥和餐厨垃圾混合干法厌氧消化的产气性能、有机质降解性能和系统稳定性。结果表明，随着进料中餐厨垃圾所占比例的增大，系统的产气率和甲烷产率呈上升趋势，产气中甲烷含量呈下降趋势，污泥中添加餐厨垃圾有助于在利用原有消化罐容积的前提下显著提高有机负荷和体积产气率。餐厨垃圾比例越大，混合物料的水解速率常数越大，有机质降解率越高，R1～R4中有机质水解速率常数分别为0.25、0.61、1.09和1.56d－1，有机质降解率分别为37.4%、50.6%、60.7%和68.2%，水解速率差异是导致VS降解率不同的主要原因。随着餐厨垃圾比例的增大，系统内pH、总碱度（total alkalinity，TA）、总氨氮（total ammonia nitrogen，TAN）和游离氨氮（free ammonia nitrogen，FAN）呈下降趋势，当污泥中添加的餐厨垃圾提高60%时，系统内pH、总碱度、总氨氮和游离氨氮分别下降6%、16%、22%和75%。游离氨和Na+分别是影响污泥和餐厨垃圾单独干法消化稳定性的重要因素，污泥和餐厨垃圾混合消化可降低潜在抑制性物质的浓度，显著提高系统稳定性。
关键词：厌氧；高含固；脱水污泥；餐厨垃圾；水解速率
中图分类号：X705文献标识码：A文章编号：0250-3301（2013）01-0321-07

污泥处理一直是我国污水处理的难题之一，有关研究表明虽然目前我国城市生活污水处理率仅为77%，但是每年污泥产生量约3.0×107t（以含水率为80%计），而且每年以10%速度增长[1]，如果我国城镇污水全部得到处理，则每年污泥产生量将接近4.0×107t。此外，生活垃圾也是我国城市化进程中面临的一个巨大问题，“十五”期间，我国生活垃圾处理能力上升了20%，但由于垃圾增长速度快于设施建设速度，无害化处理率反而从61%下降至53%[2]，而餐厨垃圾占城市生活垃圾的一半以上。目前城市污水处理厂的污泥和生活垃圾的主要处理方式是土地填埋，不仅占用有限的土地资源，而且易造成二次污染。

　　城市污泥和餐厨垃圾中含有丰富的有机质，适合进行资源化处理。此外，餐厨垃圾占生活垃圾的比重大、含水率高，若将其从生活垃圾中分流出来进行集中式资源化处理，既有利于资源化利用，也有利于生活垃圾的减量和后续处理、处置。

　　在目前较成熟的固废减量技术中，厌氧消化因其能够将有机物稳定化的同时回收能源而在世界各地得到普遍应用[3～5]，在工程上被广泛用于农业废弃物、餐厨垃圾以及城市污泥等废弃物的处理与处置[6～8]。厌氧消化根据所处理物料含固率（total solid，TS，质量比）的不同分为湿法消化（＜15%）和干法消化（≥15%）[9]，与传统湿法消化工艺相比，干法消化具有负荷高、占地省、能耗低等优点[10，11]。然而，城市污水处理厂的脱水污泥可生物降解能力较低，氮含量较高，污泥单独进行干法厌氧消化时，系统易受到高浓度游离氨的抑制[12]。此外，污泥单独消化还存在挥发性固体（volatile solid，VS）去除率和产气率较低等问题[13～16]。而餐厨垃圾单独厌氧消化则可能面临系统易酸化、氯化钠浓度过高等引起的系统运行失败等问题[17]。脱水污泥和餐厨垃圾进行集中式联合干法厌氧消化，有望成为其高效资源化利用和稳定化处理的一条新途径。目前，关于脱水污泥和餐厨垃圾联合干法厌氧消化的研究在国内外均鲜见报道。本研究采用完全混合式反应器研究脱水污泥和餐厨垃圾混合消化的产气性能、有机质降解规律和消化系统稳定性，以期为脱水污泥和餐厨垃圾联合干法消化工艺的推广提供理论依据。