全混厌氧反应系统在生活垃圾处理中的应用

全混厌氧反应系统在生活垃圾处理中的应用

王东

路德环境科技股份有限公司

摘要：生活垃圾压榨液普遍具有污染物含量高、氨氮含量高、色度大、毒性强、污 染时间长等特点，是一种成分复杂的高浓度有机废水，相比于传统的渗滤液，压 榨液中 COD 浓度高达 100000-140000mg/L，作为高浓度有机废水，具有利用厌氧消化工艺全面消化有机质提取沼气资源和沼气发电的价值。因此，该文以全混厌氧反应系统中试试验项目为案例，阐述了全混厌氧反应技术在生活垃圾处理领域的应用要点及应用方向，以期为相关工作人员提供理论性帮助。

关键词：厌氧工程；全混CSTR工艺；设计；生活垃圾压榨液

1、背景及全混厌氧反应应用

2019 年，国务院印发《“无废城市 ”建设试点工作方案》，提出以大宗工 业固体废物、主要农业废弃物、生活垃圾、建筑垃圾、危险废物为重点展开。2020 年，习近平主席提出 2030 碳达峰和 2060 碳中和目标，实现碳达峰碳中和排放， 不仅要加快实现能源利用结构优化和能效提升，还要促进经济社会发展的全面绿 色转型、全面提高资源利用效率。开展资源综合利用是我国深入实施可持续发展 战略、建立健全绿色低碳循环发展经济体系、实现碳达峰碳中和目标的重要途径之一。

随着工业化和城市化进程的加快，城市生活垃圾产生量急剧增多，大量的城 市生活垃圾既占用了土地资源又污染了环境，还造成了资源的浪费，已成为我国 城市化进程中的重大环境问题。将生活垃圾通过压榨、破碎、生物干化、分选等 工艺后，得到 RDF（Refuse Derived Fuel 垃圾衍生燃料）作为工业窑炉辅助燃 料是生活垃圾综合利用，实现生活垃圾“资源化、减量化、无害化 ”的重要方式之一。

生活垃圾压榨液普遍具有污染物含量高、氨氮含量高、色度大、毒性强、污 染时间长等特点，是一种成分复杂的高浓度有机废水，相比于传统的渗滤液，压 榨液中 COD 浓度高达 100000-140000mg/L，作为高浓度有机废水，具有利用厌氧消化工艺全面消化有机质提取沼气资源和沼气发电的价值。

对全混厌氧工艺进行改进，通过对厌氧发酵罐内部结构优化、物料投料装置设计、物料搅拌技术升级、物料生化环境优化设计和控制等方面相关技术难点的攻关，运用 CSTR 工艺处理生活垃圾压榨液，拟解决的关键问题：

（1）研发运用 CSTR 工艺处理，采用中高温（适宜温度范围为 40-42℃) 优势菌群驯化优选技术，提高厌氧发酵产气效率，从而进一步提高厌氧消化的有机负荷和反应效率；

（2）攻克生活垃圾压榨液厌氧发酵防酸化控制问题；使有机原料分解率： ≥80％ ；单位发酵罐容积产气率： ≥1.75m3/m3 ·d；单位发酵罐 COD 容积负荷4.9kgCOD/m3 ·d；COD 产气率：0.5m3/kgCOD；

2、 试验项目及其工艺设计

2.1 工程内容及规模

本项目采用“ 除砂预处理+厌氧发酵+固液分离“工艺，属中试级别项目，处理量为 80t/d。

2.2  系统工艺性能描述

本项目工艺流程如下图所示：

图 1.1 项目技术路线图

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（1）除砂预处理

80t/d 的生活垃圾压榨液是统一收集后的生活垃圾经过挤压设备处理后的   压榨液，在挤压车间内通过泵输送至除砂池中。考虑除砂池可用于远期项目使用， 本次中试项目建设 2 座除砂池，单座有效容积约 150m3 。除砂池内设置有搅拌、除砂装置、增温装置，压榨液经匀浆除砂、增温处理后泵至后续厌氧发酵罐内。

（2）厌氧发酵

因生活垃圾压榨后的渗滤液存在浓度高、有机质含量高、SS 含量高等特点， UASB、EGSB 等厌氧罐形式无法处理高浓度的浆料，因此选择适应高浓度浆料的  CSTR 厌氧罐。CSTR 厌氧罐在当前有机废弃物厌氧处理系统使用范围广，耐 COD冲击负荷高。

中试项目设计 1 座有效容积 1650m3 的 CSTR 厌氧罐，停留时间为 20 天，COD有机负荷为 4.9kgCOD/(m3 ·d)。

（3）固液分离

厌氧后的发酵液进入固液分离单元，经固液分离产生的液相通过水箱收集后泵入后续水处理系统（已建）；固液分离产生的固相沼渣通过车辆外运处理。

（4）沼气净化及利用

厌氧发酵产生的沼气通过管道输送至气柜系统（已建）后续处理，中试阶段

3、全混中高温厌氧反应技术应用与分析

厌氧 CSTR 反应器中的发酵料液取样进行微生物群落检测分析。 结果图 所示，不同于常规餐厨、畜禽粪污厌氧反应器中较高比例的古细菌  （Archaea）微生物群落，本次送检的发酵液样品中主要为发酵性细菌（Bacteria）微生物群里。其中占比较高的菌属为产气单胞菌属（Aeromonas） 、墨氏菌属

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（Rheinheimera）、硝化螺旋菌属（Nitrospira）、黄杆菌属（Flavobacterium）、 假单孢细菌属（Pseudomonas）等，多为最适温度 40℃左右常见细菌微生物。结 合取样周期内其他参数表现，反应器内菌群结构逐步向更为高校、精简的方向发 展。可在中试项目后续运行中进行周期性进行发酵液菌群结构分析，以便更系统 地探究生活垃圾压榨液厌氧中微生物代谢途径及特点，有助于进一步对此物料处理工艺进行针对性优化。

结束语

综上所述，采用了全混厌氧“中高温厌氧发酵技术 ”，其针对性的可适用于易降解酸败原料的厌氧处理应用，并已在国内多个餐厨垃圾项目上有工程化应用案例。本项目处理对象生活垃圾压榨液属于极易酸化并降解的高浓度有机废水，通过系统的驯化培养中高温微生物菌群，通过提升发酵性细菌的活性调控，加速厌氧限速步骤水解阶段的进行以及提高中温 厌氧微生物和高温厌氧微生物的共同作用的叠加效应，从而快速、高效的降解发酵体系内的有机物，提高整个系统的产沼效能。

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