技術(shù) | 淺析餐廚垃圾的厭氧消化預(yù)處理技術(shù)
導(dǎo)語(yǔ)：
餐廚垃圾處理設(shè)備廠家之隨著我國(guó)居民生活質(zhì)量的不斷提升，餐廚垃圾的產(chǎn)生量也迅速增加。據(jù)報(bào)道，我國(guó)餐廚垃圾年生產(chǎn)量已經(jīng)超過(guò)6000萬(wàn)噸，如何對(duì)餐廚垃圾進(jìn)行科學(xué)的處理，成為解決環(huán)境問(wèn)題的重要部分。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)主要城市在垃圾處理方面投資力度加大，在餐廚垃圾的無(wú)害化處理上，也取得了一定的進(jìn)步。


一、我國(guó)餐廚垃圾的處理現(xiàn)狀

餐廚垃圾已成為影響城市衛(wèi)生和市民健康的重要環(huán)境問(wèn)題。在我國(guó)，餐廚垃圾的傳統(tǒng)處理方式包括填埋、焚燒、堆肥和用作飼料等。由于餐廚垃圾中富含大量有機(jī)物和營(yíng)養(yǎng)元素，處理過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生一系列的環(huán)境問(wèn)題。

例如，填埋會(huì)導(dǎo)致如惡臭、有毒氣體釋放，地下水污染和土地浪費(fèi)等；餐廚垃圾的高含水率會(huì)使焚燒的處理方式運(yùn)行費(fèi)用高，過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生有害的灰燼和溫室氣體；堆肥則需要較大面積的處理場(chǎng)地，并且會(huì)產(chǎn)生惡臭，餐廚垃圾的高油脂和鹽分也會(huì)抑制微生物的生長(zhǎng)，延長(zhǎng)處理周期并降低堆肥產(chǎn)品的品質(zhì)；另外，用作飼料也因更短的食物鏈而存在更高的疾病傳播風(fēng)險(xiǎn)。

另一方面，餐廚垃圾的高含水量和可降解性使其能成為厭氧消化的底物，同時(shí)能生產(chǎn)大量沼氣，并且反應(yīng)罐體密閉，可有效避免惡臭氣體散逸，減少二次污染。

對(duì)餐廚垃圾進(jìn)行厭氧消化處理可以有效規(guī)避填埋和焚燒等傳統(tǒng)方式帶來(lái)的環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)，是處理餐廚垃圾，實(shí)現(xiàn)減量化、資源化、無(wú)害化的有效途徑之一。目前新建的餐廚垃圾處理廠基本采用厭氧消化工藝。

隨著近年來(lái)我國(guó)垃圾分類(lèi)制度的完善，可以預(yù)見(jiàn)的是，越來(lái)越多的餐廚垃圾將通過(guò)厭氧消化生產(chǎn)沼氣的方式被利用起來(lái)，餐廚垃圾的厭氧消化技術(shù)也日益受到人們的重視。

總體來(lái)講，我國(guó)餐廚垃圾具有含水高、雜質(zhì)含量高、含油高的普遍特點(diǎn)，因此預(yù)處理工藝選擇往往是餐廚垃圾厭氧消化成功的關(guān)鍵。
二、餐廚垃圾的厭氧消化預(yù)處理技術(shù)

1物理預(yù)處理方法

物理方法預(yù)處理主要通過(guò)減小底物的顆粒尺寸，增加底物可溶性，以及其與微生物的接觸面積來(lái)加速水解反應(yīng)。常用的物理預(yù)處理方法包含機(jī)械攪拌、超聲波、加熱、微波、冷凍等手段。

機(jī)械粉碎的方式主要是減小底物顆粒粒徑，增加底物可溶性，為微生物反應(yīng)提供更多可用原料，同時(shí)也增加了與微生物的接觸面積，加速了消化反應(yīng)。

超聲波預(yù)處理使得水中局部壓力下降并低于蒸發(fā)壓力，導(dǎo)致小氣泡或空化氣泡的形成，氣泡的內(nèi)爆會(huì)在介質(zhì)中釋放并擴(kuò)散強(qiáng)烈的振蕩波，進(jìn)而破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，釋放胞內(nèi)物質(zhì)。

加熱預(yù)處理主要是為了破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，以此來(lái)增強(qiáng)胞內(nèi)物質(zhì)的溶解制，達(dá)到加速水解步驟的目的。

微波處理通過(guò)增加水分子偶極動(dòng)能，迅速將溫度提升至沸點(diǎn)，雖然微波的能量不足以打開(kāi)化學(xué)鍵，但一些氫鍵的結(jié)構(gòu)可以被弱化甚至被破壞。微波是一種有前景的預(yù)處理方式，因其環(huán)保、節(jié)能的特點(diǎn)備受關(guān)注，這得益于其避免了傳統(tǒng)加熱預(yù)處理過(guò)程中的熱量傳遞損失。

冷凍預(yù)處理通過(guò)在胞內(nèi)形成冰結(jié)晶，進(jìn)而損傷細(xì)胞膜，促進(jìn)胞內(nèi)物質(zhì)的釋放。相較于其他預(yù)處理方式，由于部分餐廚垃圾本身就采用冷凍方式保存，冷凍-解凍的預(yù)處理方式相對(duì)更節(jié)約能源。

2化學(xué)預(yù)處理方法

由相較物理預(yù)處理方法，包括酸、堿和臭氧氧化等在內(nèi)的化學(xué)預(yù)處理方法，則更多地關(guān)注厭氧消化水解過(guò)程的生化反應(yīng)，化學(xué)預(yù)處理可以加速纖維素和淀粉類(lèi)物質(zhì)的水解，進(jìn)而加速下游的酶反應(yīng)。

堿預(yù)處理中會(huì)促進(jìn)固體顆粒的膨脹，這導(dǎo)致與微生物接觸面積增加，SCOD（溶解性化學(xué)需氧量）含量也隨之增加；酸預(yù)處理一般用于木質(zhì)素含量較高的底物，因其不僅可降解木質(zhì)素，還因?yàn)閰⑴c水解的微生物能夠很快適應(yīng)酸性環(huán)境。

臭氧氧化處理具有不增加反應(yīng)器中的鹽濃度，也不殘留氧化劑的特點(diǎn)。臭氧能夠通過(guò)直接和間接方式作用于有機(jī)底物，臭氧自由基通過(guò)破壞易消化的糖而降低甲烷產(chǎn)量，同時(shí)又依靠羧基離子降解，如脂類(lèi)和蛋白質(zhì)等大分子等。

3生物預(yù)處理方法

生物預(yù)處理既包括肽酶、碳水化合物水解酶和脂肪酶等傳統(tǒng)預(yù)處理方式，也包括微生物降解加水洗的新方法，也有一些預(yù)處理是去除可能對(duì)厭氧消化造成抑制的物質(zhì)，如長(zhǎng)鏈脂肪酸。

采用微生物加過(guò)量水洗的方法，可以將餐廚垃圾中的碳全部轉(zhuǎn)化成溶解狀態(tài)、礦化狀態(tài)或以小顆粒形式懸浮在液相中，易于微生物對(duì)有機(jī)物分解利用，因此能夠大幅提高厭氧發(fā)酵效率。
結(jié)語(yǔ)：
餐廚垃圾的特點(diǎn)是含水率較高、容易腐爛、有機(jī)質(zhì)含量較高、營(yíng)養(yǎng)豐富，因其導(dǎo)致的環(huán)境問(wèn)題以及自身蘊(yùn)含的資源化、能源化的潛力引起了各國(guó)學(xué)者與企業(yè)的重視，如何處理餐廚垃圾成為了關(guān)鍵。

在利用厭氧發(fā)酵技術(shù)對(duì)餐廚垃圾進(jìn)行處理過(guò)程中，一些物理、化學(xué)、生物和復(fù)合的預(yù)處理手段對(duì)餐廚垃圾進(jìn)行預(yù)處理，可以達(dá)到減小餐廚垃圾顆粒粒徑和增強(qiáng)可溶性的目的，進(jìn)而促進(jìn)餐廚垃圾的厭氧消化。

（參考資料：席江，梅自力等《預(yù)處理對(duì)餐廚垃圾厭氧消化的影響研究進(jìn)展》；李奇蔚，《餐廚垃圾特性及處理技術(shù)研究》；圖片源于網(wǎng)絡(luò)）
來(lái)源：@沼氣圈

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