蒙 艷 劉彤宙

（1深圳市寶安區(qū)環(huán)境監(jiān)測站 廣東深圳 518000 2哈爾濱工業(yè)大學（深圳） 廣東深圳 518055）

引言

2017年全國的生活垃圾清運量達到2億多噸，其中家庭廚余垃圾占比達到50%以上[1]，并且廚余垃圾總量也有逐年增加的趨勢。廚余垃圾主要包括丟棄的菜葉、剩菜、剩飯、果皮、蛋殼等，主要特點為含水率高、易腐敗發(fā)臭、有機物含量高，處理難度大。將廚余垃圾與其他生活垃圾混合收集并處理是目前廚余垃圾的主要處理方式。廚余垃圾有機質含量高達80~95%，粗脂肪含量高達15.2~30%，粗蛋白含量高達14~26%[3]，具有很高的資源利用價值[4]，直接焚燒和填埋是對廚余垃圾這一可利用資源的巨大浪費。因此，解決廚余垃圾的高含水率、易腐敗發(fā)臭的缺點對于正確處理廚余垃圾有著極其重要的意義。

針對廚余垃圾的高含水率、易腐敗發(fā)臭這兩個致命缺點，本研究基于源頭破碎瀝水的廚余垃圾設備對家庭廚余垃圾進行處理，并探究其處理效果，分析廚余垃圾破碎瀝水的減容效果、減重效果，以及產(chǎn)物物料的理化性質、是否會對污水管道系統(tǒng)造成不良影響，并進一步分析產(chǎn)生的固體廚余垃圾物料的厭氧發(fā)酵的潛力。

1 材料與方法

實驗所用廚余垃圾來源于居民家庭。厭氧發(fā)酵接種液來源于深圳市某餐廚垃圾厭氧發(fā)酵處理廠。本試驗所用廚余垃圾源頭破碎瀝水設備的主要處理過程如圖1。

圖1 家庭廚余垃圾處理裝置工藝流程

廚余垃圾進入進料口，被刀組所粉碎，再經(jīng)擠壓瀝水，實現(xiàn)固液分離，廚余垃圾的固體殘渣經(jīng)垃圾打包槽進行打包封口，擠壓出的廢水則流經(jīng)下水道進入市政污水管道系統(tǒng)。

2 果與分析

2.1 減容效果和減重效果

減容率和減重率是評價廚余垃圾減量化的重要指標。測定不同廚余垃圾樣品經(jīng)過破碎瀝水處理前后的體積和重量，即可計算源頭破碎瀝水處理對廚余垃圾的減容率和減重率。

經(jīng)過源頭破碎瀝水處理后，廚余垃圾的減容率大約為40%~60%，減重率大約為15%~30%。廚余垃圾經(jīng)過粉碎刀組粉碎，大塊垃圾破碎成5mm左右的碎粒，再經(jīng)過螺旋擠壓脫水，體積減小到約為原生垃圾的一半。相比于破碎處理前，單位體積的收運容器可容納更多的生活垃圾，不僅提高了生活垃圾收運的效率，也可降低收運成本。減重效果明顯低于減容效果，主要是因為該設備的擠壓瀝水作用只能去除掉廚余垃圾中游離的油水部分，對細胞內(nèi)的結合水或其他無法游離出來的水分并無明顯脫水作用。但廚余垃圾在家庭端進行破碎瀝水處理之后，可以避免在收運過程中出現(xiàn)油水四處滴漏的現(xiàn)象，污染環(huán)境。

2.2 破碎瀝水后的固渣理化性質和排放的廢水特征

測定廚余垃圾樣品破碎瀝水后的固渣理化性質和設備沖洗廢水的水質參數(shù)，用以評價破碎瀝水后的物料厭氧發(fā)酵處理的可行性和使用廚余垃圾破碎瀝水設備產(chǎn)生的廢水對排水系統(tǒng)的影響。測定處理后廚余垃圾的總固體含量（Total Solid，TS）和揮發(fā)性固體含量（Volatile Solid，VS）。

處理后的廚余垃圾TS為15~30%，均值為23%，高于大多數(shù)現(xiàn)有的餐廚垃圾厭氧發(fā)酵廠（≤15%），如南方某市處理能力200t/d的餐廚垃圾厭氧發(fā)酵廠的TS為15.18%[5]。如果用傳統(tǒng)的濕式厭氧發(fā)酵工藝，則需外加大量新鮮水稀釋，造成水資源的浪費，因此本試驗中處理后的廚余垃圾可采用高含固率的干式發(fā)酵處理工藝。處理后的廚余垃圾物料有機質含量集中在80~90%，平均數(shù)為82%，說明廚余垃圾中可用來生物降解的部分較高，具有資源回收利用價值，適合厭氧發(fā)酵處理。

經(jīng)計算后產(chǎn)生的廢水與生活污水混合后的水量增幅僅為1%~2.3%，COD、NH4+-N、TN、TP、鹽分等各項污染物濃度最大增幅分別為29.3%、4.3%、7%、5%、6.3%，水質指標中COD的增幅較大，有利于污水處理廠C/N的改善，對其他水質指標無顯著影響。因此，使用該設備產(chǎn)生的沖洗廢水對家庭生活污水無顯著改變，可直接匯入生活污水管網(wǎng)。

2.3 生化產(chǎn)甲烷潛力測試

廚余垃圾在產(chǎn)生源頭有效實現(xiàn)了固液分離，沖洗廢水經(jīng)過生活污水管道進入污水處理廠，而固渣部分將通過厭氧發(fā)酵方式進行資源化處理。以破碎瀝水處理之后的廚余垃圾為發(fā)酵底物進行BMP試驗測試累計產(chǎn)甲烷量和產(chǎn)氣速率。

結果顯示，廚余垃圾進行發(fā)酵產(chǎn)氣過程主要集中在反應的0~20d，累積甲烷產(chǎn)量為330.6 mL/gVS。反應初期0~6d，甲烷含量低于40%；隨著反應的進行，之后6~20d，甲烷含量逐漸升高達到55%，最終趨于穩(wěn)定。累計產(chǎn)氣持續(xù)增長，沒有出現(xiàn)酸化抑制期，其原因可能是接種液來自于發(fā)酵穩(wěn)定的餐廚垃圾厭氧發(fā)酵處理廠，具有很高的活性，且底物與接種液的VS比例為1∶2，底物進入反應器可以充分被微生物利用，因此不會出現(xiàn)酸化抑制期。

試驗開始時產(chǎn)氣速率高達到65.6mL（/gVS·d），表明在試驗初期甲烷菌就具有較強的生物活性。第2d之后產(chǎn)氣速率迅速降低，在第5d時降至25mL（/gVS·d），并保持此速率繼續(xù)反應，直到第17d時降至5mL（/gVS·d）左右，產(chǎn)沼氣反應進入到停滯期。

2.4 不同類型廚余垃圾產(chǎn)沼氣潛力研究

不同有機成分會影響廚余垃圾的發(fā)酵過程，對蛋白質類、淀粉類、脂肪類、纖維素類等四類廚余垃圾進行BMP試驗測定累積產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率。

結果顯示，BMP試驗的累積產(chǎn)氣量（mL/gVS）順序為蛋白質類（681）＞淀粉類＞（626）＞脂肪類（539）＞纖維素類（514），有研究證實產(chǎn)沼氣潛力與發(fā)酵底物的VS具有很高的相關性，VS越大，沼氣產(chǎn)量越大[6]，蛋白質類廚余垃圾的VS含量最高（23%），因此產(chǎn)沼氣潛力最大。

產(chǎn)氣速率順序為淀粉類＞蛋白質類＞纖維素類＞脂肪類。四種廚余垃圾底物總體產(chǎn)氣速率變化趨勢類似，0~5d時產(chǎn)氣加快，第5d時達到巔峰期，隨后在第6~15d時，產(chǎn)氣速率逐漸減慢，進入低谷期，反應第15d之后，四種廚余垃圾產(chǎn)氣反應幾乎停止。與淀粉類、蛋白質類和纖維素類的底物發(fā)酵曲線變化趨勢相比，脂肪類的產(chǎn)氣速率在5d之后下降較為平和，這可能是由于脂肪類有機物的初步降解產(chǎn)物分子量較大，難以被產(chǎn)甲烷微生物利用，因此需要更長的時間適應和馴化[7]。

結語

（1）源頭破碎瀝水設備對廚余垃圾的處理效果很好。其中減容率40-60%，減重率15-30%。

（2）沖洗破碎瀝水設備的廢水不會對家庭生活污水的水質水量造成不良影響，可直接排水至下水管道系統(tǒng)。固渣部分的TS為15~30%，適合干式發(fā)酵處理，VS為80-90%，有較高的資源利用價值。

（3）廚余垃圾經(jīng)過破碎瀝水產(chǎn)生的固體物料有很高的厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣潛力，后續(xù)處理可采用厭氧發(fā)酵，進行資源回收利用。