2012年度研究成果报告

2012年度阶段性研究成果报告

项目名称：市政污泥和餐厨垃圾混合厌氧消化控制技术

一、任务的提出

将污泥与餐厨垃圾进行混合厌氧消化，不仅可以稀释污泥中的有毒成分，促进物料中营养物质的平衡，而且可以获得更大的单位产气量。在高温条件下，还可以提高无害化的稳定性，加快厌氧消化速率。目前，国内有学者进行了初沉污泥、剩余污泥分别与餐厨垃圾混合厌氧的研究，研究中各反应系统均未出现PH下降、碱度不足、氨抑制和挥发性有机酸积累等现象。国外有关学者的研究也表明通过混合厌氧消化，甲烷的产量均得到不同程度的提高，且其产甲烷速率和活性随着进料方式和进料量的变化而变化。另外，在混合厌氧消化过程中也没有出现丙酸和丁酸抑制乙酸甲烷化的现象，混合消化处理的消化池中污泥的甲烷化活性要高于单独处理的消化池中的污泥活性。污泥中添加餐厨垃圾后使其C/N值增加，可生物降解性相应提高，从而促进了厌氧消化过程。混合厌氧消化不仅可以避免污泥或餐厨垃圾单独厌氧消化时存在的VFAs积累、氨抑制等问题，而且在合适条件下可以提高VS去除率和甲烷产量，实现系统的稳定运行并达到较好的处理效果。

采用厌氧消化工艺将餐厨垃圾和污泥中富含的有机物转化为沼气，不仅可以实现固体废弃物的资源化，可以有效解决有机废弃物造成的环境污染，而且可以缓解日益紧张的能源供需矛盾。但目前，餐厨垃圾单独厌氧消化项目建设也才刚处于起步阶段，混合厌氧消化的项目建设则基本还处于空白。

本年度研发重点旨在针对中国市政污泥和餐厨垃圾的性状基础上，通过技术对比、小试研究优化混合厌氧消化工艺设计（餐厨垃圾预处理系统、市政污泥预处理系统、混合调整系统），要求适应国内餐厨垃圾性状，工艺路线简洁流畅。

二、采用的技术原理

餐厨垃圾中富含80%~97%（干基）易降解的有机质，其水解过程较为迅速，由于产甲烷菌较为缓慢，从而可能引起挥发性脂肪酸（VFAs）等中间代谢产物

的代谢抑制，并最终可能导致厌氧消化过程失败。污泥中蛋白质含量相对较高，在降解过程中易造成氨氮的积累，抑制厌氧消化的进程。同时蛋白质相对于碳水化合物而言，降解速率较慢。将餐厨垃圾和污泥进行混合厌氧消化可以：（1）调节底物中的有机营养成分；（2）产生的VFAs与氨氮等中间代谢产物可进行部分中和反应，以维持混合消化过程中pH值的稳定，促使厌氧消化顺利进行；（3）提高污泥的降解速率 ， 以缩短整个消化时间。

三、研发工作的具体实施

1 研发内容和目标

研发工作重点解决餐厨垃圾预处理系统、市政污泥预处理系统、混合调整系统工艺设计的优化与确定。

通过本阶段工作，主要完成以下工作内容：

（1）餐厨垃圾预处理系统。要求适应国内餐厨垃圾性状，工艺路线简洁流畅，全面实际无机异物质（如塑料、纸屑、陶瓷、金属等）与有机物的有效分离，实现整个系统密封、自动、清洁运行。（可采用餐厨垃圾厌氧消化项目研究成果）

（2）市政污泥预处理系统。要求系统简洁、稳定、可靠，实现污泥浓度的灵活调整；

（3）混合调整系统。要求运行稳定可靠，能根据厌氧消化进料要求灵活调整物料性状（如含水率、C/N、碱度等）。

（4）工艺设计计算

系统需达到以下主要技术指标：

（1）餐厨预处理系统全流程密封、自动运行，分选后的餐厨垃圾中不可降解杂物含量

（2）厌氧消化前餐厨垃圾破碎粒径

（3）厌氧消化前混合物料含水率控制在10%左右；

2 研发完成情况

确定采取工艺技术路线描述如下：

（1）餐厨预处理系统

餐厨垃圾经称重后，卸入接收料斗中，接收料斗加盖密封，防止恶臭气体

外溢。餐厨垃圾通过料斗底部双轴螺旋输送机输送至振动筛，进行破袋筛分，将60mm以上的物质（特别是金属罐头盒和石块等）分离出来，对后续机械设备起到保护作用，筛下小于60mm物质则输送到双轴破碎机进行破碎。

双轴破碎机将餐厨垃圾破碎至50mm以下以满足后续工艺需要，遇到不能破碎的比重大的异物质时，通过自身控制系统，破碎主轴自动反转，通过专门的设计通道分离出不能破碎的物料，整个双轴破碎机和物料输送装置密封，控制恶臭气体外泄。

餐厨垃圾通过双轴破碎机后由输送机输送到破碎分选机，在破碎分选机中物料被破碎至30mm以下，并对塑料、纸张、织物等轻型异物质进行分离。轻物质分离的原理为：轻物质分离器为螺旋结构，在电机的高速旋转下会产生强离心力，进入分离器中的物料被甩至分离器内壁，并沿着分离器内壁下降，进入后端的混合槽中，轻物质则通过内部螺旋上升，再通过设置在分离器侧面的出料孔出料至收集箱内。

随后餐厨垃圾进入分离制浆槽，分离制浆槽由两个罐体组成，并通过上部的溢流口相互联通。物料首先进入第一个带搅拌机的槽内，物料在自身重力和搅拌的作用下，比重比较大的、颗粒小于30mm的异物质迅速沉降，在此槽的下部设有上下两组异物质排出阀门，等异物质积攒到一定程度后，顺序关闭和开启两组异物质排出阀门，分离出比重大且颗粒小于30mm的异物质；剩余能发酵的有机物通过第一个槽上部的溢流口流入到第二个槽内，此槽上接循环破碎泵，把物料循环泵回到第一个槽内并将物料破碎到3mm以下，如此循环完成物料的制浆，使物料达到后续厌氧发酵粒度要求后从第二个槽上部的溢流口流到调整槽中。

（2）污泥预处理系统

市政污泥经称重后，卸入接收料斗中，接收料斗加盖密封，防止恶臭气体外溢。污泥通过料斗底部双轴螺旋输送机输送至浓度调整槽，在浓度调整中加入稀释水，并进行搅拌，调整污泥含水率至90%。

（3）混合调整系统

预处理完毕的餐厨垃圾和市政污泥进入调整槽，通过搅拌器不断搅拌，进行混合均质，并酸化稳定。同时根据厌氧消化进料要求灵活调整物料性状（如含水率、C/N、碱度等）。最终，物料通过单轴螺杆泵从调整槽输送至消化槽中。

四、解决的关键技术和创新之处

1 解决的关键技术

（1）部分处理系统工艺流程；

（2）部分系统工艺设计及优化。

2 创新之处

目前，国内还没有采用混合厌氧消化技术的工程实例，而国外市政污泥和餐厨垃圾成分与国内存又在较大差异。因此，本项目创新之处在于：

研究适应国内市政污泥和餐厨垃圾成分特点的工艺及设计参数。

五、获得的研究成果

获得部分阶段性成果。

六、附件

编制部门： 项目负责人： 编制人：