发布时间 : 星期四 文章小城镇生活垃圾处理的现状和对策更新完毕开始阅读
阶段，第2阶段是熟化阶段，通常在堆肥过程中需投加添加剂，以提高堆肥底物的可生物降解性和增加堆体通风性能。好氧堆肥技术降解有机质速度快、堆料分解彻底，同时能有效杀灭病原微生物，是处理高有机质固体废物的一种有效手段。 好氧堆肥的工艺系统主要有条垛式、强制通风静态垛式和反应器系统(也称发酵仓)3类。反应器式系统是一种环境可控的堆肥方式，通过对物料封闭的容器控制通风和水分条件，使物料进行生物降解和转化。其不同于前2种系统的最大特点在于相对于外部环境的独立性，因此在实验中反应器系统得到了广泛的研究与应用。
好氧堆肥技术广泛应用于城市生活垃圾、污泥和家禽粪便等高有机质固体废物的处理。餐厨垃圾的有机物含量高，营养元素丰富适中，非常适用于作堆肥原料，因此在我国的一些大中型城市也逐渐将好氧堆肥法作为餐厨垃圾资源化处理的一种方式，例如北京市南宫餐厨垃圾好氧堆肥处理厂。目前餐厨垃圾好氧堆肥的研究主要集中在堆肥微生物的选择和控制、堆肥反应器的改进、工艺条件控制优化以及堆肥添加剂的应用等方面。微生物种类和活性是影响堆肥熟化时间和堆肥质量最重要的因素。好氧微生物吸收利用有机物的能力取决于它们产生的可以分解底物酶的活性，堆肥底物越复杂，所需要的酶系统就越多且越综合。好氧堆肥中有机底物的降解主要是以细菌、放线菌和真菌等为主的微生物共同作用的结果，在堆肥过程的不同阶段存在不同的优势菌群，在常温期和高温期微生物群落结构差别较大。通常影响微生物活性的生态因子，如水分、底物、氧含量、温度和pH等均影响好氧堆肥过程，因此在好氧堆肥过程中需合理控制这些生态因子，以使微生物有机底质的分解处于最佳的水平。
专家学者对影响餐厨垃圾好氧堆肥过程的工艺条件进行了大量的研究和优化。利用自制食物残渣好氧堆肥实验研究表明，该类垃圾堆肥可在4 d内完成，堆肥过程分为2个阶段，第1阶段发生在8～12 h，最高温度为48～52℃，第2阶段发生在55～65 h，最高温度为55-62℃，在讨论单一因素对餐厨垃圾堆肥进程影响的基础上，对餐厨垃圾好氧堆肥的工艺条件进行优化，通过实验得出的最佳堆肥条件为环境温度40℃、含水率50％、粒径30 mm、通风量4 L／rain，其中环境温度对堆肥过程影响最为明显。有学者研究了不同蓬松剂对餐厨垃圾堆肥过程中理化特性的影响，结果表明添加马粪和锯末可明显改善堆料孔隙率，吸收多余水分，同时加速氧和有机物的传输速率，改善好氧堆肥的微环境。一些学者研究了厨余和泔脚分别与木屑混合后好氧堆肥过程中微生物和氮素的变化情况，结果表明：与厨余堆肥相比，堆肥具有初始水溶性高、堆肥pH低、高温持续时间长：释放率高、氮素损失低和肥料含氮量高等特点。 （3）好氧堆肥存在的问题及研究方向
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餐厨垃圾好氧堆肥的优点是处理方法简单、堆肥产品中能保留较多的氮，可用于农业或制作动物饲料，其缺点是占地面积大、堆肥周期长，同时餐厨垃圾中的高盐分含量不利于微生物的生长，制约了好氧堆肥处理技术的堆肥效果和质量。今后应着重研究餐厨垃圾的脱盐工艺以及餐厨垃圾中的盐分对堆肥过程中微生物活性和堆肥产品质量的影响，同时加快研究开发自动化和机械化程度较高的好氧堆肥生化反应器，通过改进堆肥反应器和优化工艺条件缩短堆肥周期，提高堆肥产品质量，同时减小堆肥过程中的臭气对环境的影响。 2.4.2 垃圾厌氧发酵技术
（1）厌氧发酵对有机质的降解机理
厌氧发酵是一个多步骤、多种微生物参与的过程。在整个厌氧发酵过程中，通过3大类菌群(发酵性细菌、产氢产乙酸菌和产甲烷菌)的相互协同作用，最终使复杂的有机物降解为CH4、H2和CO2等气体。厌氧发酵过程中有机质的降解机理主要包括丁酸型、丙酸型和乙醇型3种类型。可溶性碳水化合物(如糖类和淀粉等)的发酵类型以丁酸型为主，发酵的主要末端产物为丁酸、乙酸、H 、CO 和少量的丙酸；含氮有机化合物主要以丙酸型发酵为主，其特点是气体的产生量很少；乙醇型发酵的末端发酵产物以乙酸、乙醇为主，发酵液中含有大量的H+，对产氢和产甲烷都有优势。
（2） 厌氧发酵的影响因素及研究进展
目前餐厨垃圾的厌氧发酵技术研究主要集中在水解酸化工艺及反应器的设计、产氢和产甲烷菌种的选择与分离、发酵过程工艺条件的优化以及两相法产氢和产甲烷等方面。对于餐厨垃圾这种大分子有机物来说，蛋白质、糖类和脂肪等大分子的降解十分重要，水解酸化程度的高低将直接影响生物气的产率，水解酸化程度的好坏除了与操作条件有关外，还与反应器的设计构造有关。有学者对酸化反应器做了改进，实现了酸化液与未消化固体物料的分离，可将水解酸化过程中产生的酸化液及时地提取出来，而未消化的固体物料则继续留在酸化反应器进行酸化，达到了对未消化物料的彻底酸化。研究了两相法中pH对餐厨垃圾酸化过程的影响，结果表明在pH=7时，86％的总有机碳(TOD)处于溶解性状态，大多数蛋白质可被降解形成氨氮，氨氮增加了体系对酸的缓冲能力，因此提高了餐厨垃圾的水解与酸化速率，同时酸化产物中乳酸的浓度相对更低，这给后续的产甲烷阶段创造了良好的条件。餐厨垃圾厌氧产氢通常和水解酸化在同一个反应器内完成，产氢效率受产氢菌种、生态因子(如pH、氧化还原电位ORP、温度和底物等)以及水力停留时间等因素的限制。通常利用产氢菌比产甲烷菌能耐受更宽的pH，产氢发酵细菌的生长速度比产甲烷菌快的特点，通过改变pH和水力停留时
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间等参数来实现对产氢细菌和产甲烷细菌动态分离，提高反应器的产氢能力。任南琪等在高效产氢菌的分离、产氢菌的生态因子优化方面做了大量的研究工作。而在餐厨垃圾产氢的实验研究中，产氢菌源则主要来自污泥，张振宏等分别研究了活性污泥、矿化污泥和矿化垃圾作为产氢菌源对餐厨垃圾产氢的影响，结果发现活性污泥的产氢效果最好，其氢气浓度和产氢量分别为47．1%和100 mug。利用活性污泥作为发酵产氢菌源，利用不同化学组成的餐厨垃圾在反应器中进行了发酵产氢，结果表明富含糖类垃圾的产氢能力是脂类和蛋白质类垃圾的20倍。一些专家学者对厨余垃圾厌氧发酵产氢过程的研究表明，在发酵温度为55摄氏度，pH在6．0～7．0时，发酵反应速率最快，pH对发酵过程影响较小，COD的产氢率为0．48 mol／g。杨占春等利用高温预处理过的活性污泥作为种泥，对餐厨垃圾厌氧发酵制氢的二I=艺条件进行了优化，最终得到的气体中氢气的体积可达60％，氢气的产生速率为5．49 m ／(m?d)。产氢和产甲烷是一个相互竞争的过程，特别是产甲烷菌对pH的依赖性较强，水解酸化阶段形成的酸性物质可能抑制产甲烷菌的活性，因此实验研究中比较常见的是将产酸和产甲烷2个阶段分开在不同的消化反应器中进行(两相法)以提高底物的利用和产甲烷速率。两相法产甲烷的研究主要集中在水解酸化反应器的设计改进以及运行工艺参数的优化方面用试验规模的单相反应器和两相反应器处理餐厨垃圾，结果表明采用两相处理工艺时甲烷量可以提高约20%。然而，尽管在研究报道上两相法多于单相法，但在工业应用方面，欧洲城市有机垃圾单相发酵占了绝对优势，两相发酵仅占10．6%E ，这可能是由于现有的两相厌氧发酵工艺在消化时间和处理效果方面未表现出比单相明显的优势，而在系统操作和维护方面却比单相更加复杂的缘故。两相法也可以将产氢和产甲烷结合起来，即在第1反应器酸化产氢，产氢残渣经调节后在第2反应器进行产甲烷。 （3）厌氧发酵存在的问题及研究方向
厌氧发酵技术处理餐厨垃圾能够获得甲烷和氢气等清洁能源，可解决部分能源问题，同时发酵后的残渣和沼液也可以作为肥料应用于农业生产。餐厨垃圾厌氧产甲烷的工艺已比较成熟，在国外的工程应用实例也较多，但由于餐厨垃圾有机质含量高，厌氧处理过程中易酸化，酸化液会对产甲烷菌的活性产生明显的抑制作用。而厌氧产氢仍处于实验研究阶段，虽然餐厨垃圾等混合底物厌氧产氢过程可行，但影响因素复杂，系统不稳定，同时产氢菌的产氢能力不高成为限制该技术发展的重要因素。因此，在现有餐厨垃圾厌氧发酵研究的基础上，以餐厨垃圾厌氧发酵工程化应用为目的，同时结合有机垃圾的厌氧发酵处理工艺，进一步分析餐厨垃圾厌氧发酵的机理并对厌氧发酵过程的相关工艺条件进行优化，通过选育培养高效产气菌种和调控优势菌种的微生物生态因子提高产气速率和生物
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气浓度，同时进一步开展两相法产氢产甲烷的研究，通过改进发酵反应器和优化工艺条件提高底物的利用率。
2.5传统生活垃圾处理方案综合比较
在堆肥发展比较好的国家和城市，他们更加注重的是垃圾堆肥处理的社会效益和环境效益，而不是经济效益。例如依据欧盟相关法律，有机物含量超过5％的垃圾将不允许进入卫生填埋场。通过堆肥处理可以实现垃圾的减量化，从而减少进入垃圾的填埋量，节约了土地，这在土地资源日益紧张的今天显得更为宝贵。另外，堆肥残渣是经过堆肥处理后充分稳定的物质，因而填埋后与新鲜垃圾相比可以减轻渗沥液处理的压力。垃圾堆肥处理与卫生填埋相比可以对垃圾进行集中、可视控制，生态安全性和对环境潜在危险较小。垃圾堆肥处理和卫生填埋处理相比成本偏高，这也是政府和企业共同关心的问题。从直观上来看，垃圾堆肥处理成本是要远高于填埋处理成本，但要综合来考虑垃圾经堆肥处理后产生的各种综合效益。表2-1是以处理规模均为1000吨/日的垃圾填埋场、垃圾堆肥厂、垃圾焚烧厂为例，对其所有运行成本数据作以比较。从中可以看出，经过综合比较后，堆肥处理和填埋处理的运行成本实际上差距不大，每吨只相差8元左右。而且垃圾堆肥处理节约土地也是无法用金钱来衡量的社会效益体现。从长远可持续发展角度和环境保护角度来讲，我们更应该注重其社会效益和环境效益，同时兼顾经济效益，垃圾堆肥处理技术应该得到更好的利用。生活垃圾填埋、堆肥、焚烧技术综合效益比较如图2-1 序号 项目（25年寿命期发生费用） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 建设费用 运行费用 占地费用 渗滤液处理费用 沼气治理费用 运输费用 1-5合计 处理每吨垃圾费用（元） 差值（元） 填埋（万元） 8000 41975 22389 3422 913 32850 109548 120 0 堆肥（万元） 12000 82125 6717 0 0 16425 117267 129 8 焚烧（万元） 60000 136875 3358 2281 0 16425 218940 240 123 表2-1 生活垃圾填埋、堆肥、焚烧技术综合效益比较（1000吨/日为例） 注：
（1）各项目处理规模均为1000吨/日。
（2）填埋、堆肥、焚烧处理成本分别以46、90、150元／吨计算。其中堆肥残
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