1．概況

目前我國城市生活有機(jī)垃圾的處理問題仍然是一項(xiàng)技術(shù)難題，進(jìn)行好氧堆肥的運(yùn)行成本高，而且肥料質(zhì)量難以保證；進(jìn)行填埋會產(chǎn)生大量的滲瀝液及惡臭問題。而在歐洲，通常是采用厭氧消化技術(shù)處理有機(jī)垃圾的。有機(jī)垃圾固含率在30%～40%，含有溶解性物質(zhì)（如糖、淀粉、氨基酸等有機(jī)酸）、纖維素。脂肪、蛋白質(zhì)等物質(zhì)，因此可以采用生化方法進(jìn)行降解。厭氧反應(yīng)是指在沒有溶解氧和硝酸鹽氮的條件下，微生物將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為甲烷、二氧化碳、無機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)和腐殖質(zhì)的過程。厭氧生物處理的優(yōu)點(diǎn)主要有：工藝穩(wěn)定、運(yùn)行簡單、減少剩余污泥處置費(fèi)用，具有生態(tài)和經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)點(diǎn)。在廢水處理中，厭氧消化具有悠久的歷史，目前應(yīng)用最廣泛的升流式厭氧污泥床(UASB），占67％左右，并子已開發(fā)了第二代高效厭氧處理系統(tǒng)，如厭氧顆粒污泥膨脹床（EGSB)工藝。而在有機(jī)垃圾處理中，厭氧消化的發(fā)展是從20世紀(jì)70年代能源危機(jī)開始的，特別是近20年發(fā)展速度很快。最近研究表明，在過去9年中，采用厭氧消化技術(shù)來處理城市團(tuán)體垃圾的處理廠增加了750%。德國、瑞士、丹麥等西歐國家處于技術(shù)領(lǐng)先地位，并已經(jīng)將此項(xiàng)技術(shù)成功地市場化，出現(xiàn)了像德國的Haase工程公司、瑞士Kompogas公司、比利時(shí)Organic Waste Systems公司等著名的工程公司。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在德國大約有520座厭氧消化反應(yīng)器，其中用于城市垃圾處理的大約有49座。相比較而言，美國、加拿大在制定基本政策制度以促進(jìn)厭氧消化市場化方面還有較大差距。 厭氧反應(yīng)器組成：密閉反應(yīng)器、攪拌系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)和固液氣三相分離系統(tǒng)。按照厭氧反應(yīng)器的操作條件如進(jìn)料的固含率、運(yùn)行溫度等可分類以下：

1.1按照固含率可分為濕式、干式

濕式：垃圾固含率10%～15％。

干式：垃圾固含率20%～40%。

濕式單級發(fā)酵系統(tǒng)與在廢水處理中應(yīng)用了幾十年的污泥厭氧穩(wěn)定化處理技術(shù)相似，但是在實(shí)際設(shè)計(jì)中有很多問題需要考慮：特別是對于機(jī)械分選的城市生活垃圾，分選去除粗糙的硬垃圾、將垃圾調(diào)成充分連續(xù)的漿狀的預(yù)處理過程非常復(fù)雜，為達(dá)到既去除雜質(zhì)，又保證有機(jī)垃圾進(jìn)入正常地處理，需要采用過濾、粉碎、篩分等復(fù)雜的處理單元（Farneti，1999）。這些預(yù)處理過程會導(dǎo)致15%～25%的揮發(fā)性固體損失。

漿狀垃圾并不能保持均勻的連續(xù)性，因?yàn)樵谙^程中重物質(zhì)沉降，輕物質(zhì)形成浮渣層，導(dǎo)致在反應(yīng)器中形成了三種明顯不同密度的物質(zhì)層。重物質(zhì)在反應(yīng)器底部聚集可能破壞攪拌器，因此必須通過特殊設(shè)計(jì)的水力旋流分離器或者粉碎機(jī)去除。

干式發(fā)酵系統(tǒng)的難點(diǎn)在于：其一，生物反應(yīng)在高固含率條件下進(jìn)行；其二，輸送、攪拌固體流。但是在法國、德國已經(jīng)證明對于機(jī)械分選的城市生活有機(jī)垃圾的發(fā)酵采用干式系統(tǒng)是可靠的。Dranco工藝中，消化的垃圾從反應(yīng)器底部回流至頂部。垃圾固含率范圍20%～50%。Kompogas工藝的工作方式相似，只是采用水平式圓柱形反應(yīng)器，內(nèi)部通過緩慢轉(zhuǎn)動的槳板使垃圾均質(zhì)化，系統(tǒng)需要將垃圾固含率調(diào)到大約23%。而Valorga工藝顯著不同，同為在圓柱形反應(yīng)器中水平塞式流是循環(huán)的，垃圾攪拌是通過底部高壓生物氣的射流而實(shí)現(xiàn)的（Frrteau de Laclos et al）。Valorg工藝優(yōu)點(diǎn)是不需要用消化后的垃圾來稀釋新鮮垃圾，缺點(diǎn)是氣體噴嘴容易堵塞，維護(hù)比較困難。Valorga工藝產(chǎn)生的水回流使反應(yīng)器內(nèi)保持30%的固含率，且藝能單獨(dú)處理濕垃圾，因?yàn)樵诠毯?0%以下時(shí)重物質(zhì)在反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生沉降。

1.2按照階段數(shù)可分為單級、多級。

目前，工業(yè)上一般用單級系統(tǒng)，因?yàn)樵O(shè)計(jì)簡單、一般不會發(fā)生技術(shù)故障。并且對于大部分有機(jī)垃圾而言，只要設(shè)計(jì)合理、操作適當(dāng)，單級系統(tǒng)具有與多級系統(tǒng)相同的效能。

1.3按照進(jìn)料方式分為序批式、連續(xù)式。

序批式：消化罐進(jìn)料、接種后密閉直至完全降解。之后，消化罐清空，并進(jìn)行下一批進(jìn)料。連續(xù)式：消化罐連續(xù)進(jìn)料，完全分解的物質(zhì)連續(xù)從消化罐底部取出。

不同類型的厭氧反應(yīng)器在市場中占的份額也不同：中溫消化、高溫消化都是可行的技術(shù)，實(shí)際運(yùn)行的處理廠，中溫消化占62％；濕式、干式系統(tǒng)各占一半；而單級消化、兩相消化的比重相差大，其中兩相消化占10.6%（DeBaere，1999比利時(shí)有機(jī)垃圾系統(tǒng)公司（Organnic Waste Systems N. V）。

考慮到工業(yè)化的處理廠處理量大多為2500t/a•（噸／年，下同）以上，所以下面主要對大型有機(jī)垃圾處理廠的厭氧消化工藝進(jìn)行分類介紹。

2.工藝及實(shí)例

2.1濕式連續(xù)單級發(fā)醉系統(tǒng)

2.1.1 JVV oy工藝－德國Bottrop處理廠

Ecotech公司在德國柏林建造了處理量30，000t/a的有機(jī)垃圾處理廠。工流程圖圖2。分類收集的垃圾經(jīng)過預(yù)粉碎階段和磁選后，進(jìn)人滾筒篩，分選出有機(jī)垃圾與可燃垃圾�？扇祭M(jìn)入流化床焚燒爐，剩余的有機(jī)垃圾進(jìn)入垃圾池，再加水調(diào)節(jié)固含率至15％。分離出惰性雜質(zhì)后，通過泵將垃圾輸送到厭氧消化器。

系統(tǒng)包含兩個(gè)平行生產(chǎn)線。厭氧消化溫度為35℃，固體停留時(shí)間15- 20d。（此工藝也可以在55℃進(jìn)行高溫消化）。單個(gè)消化器容積可達(dá)5000m3。反應(yīng)物質(zhì)通過生物氣混和攪拌。有機(jī)物質(zhì)經(jīng)發(fā)醉后，再進(jìn)行巴斯德消毒（70℃，30min )就得到了衛(wèi)生的肥料。

2. 1. 2 BTA工藝－德國Bavaria處理廠

BTA工藝是由造紙技術(shù)發(fā)展而來，能處理城市生活有機(jī)垃圾、有機(jī)商業(yè)垃圾（如食品業(yè)等）和農(nóng)業(yè)垃圾，是一種成熟工藝，包括單級和多級工藝。

在德國、澳大利亞大約有10個(gè)處理量在2000t/a以上的采用BTA技術(shù)的單級發(fā)酵垃圾處理廠正在運(yùn)行。如德國Bavaria處理廠，處理能力15000t/a。

2.2濕式連續(xù)多級發(fā)醉系統(tǒng)

多級工藝原理：按照消化過若翰勺規(guī)律，有機(jī)垃圾分別在不同的反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行酸化水解、產(chǎn)甲烷。首先將垃圾通過固液分離機(jī)分為固體和液體，液體部分直接進(jìn)人產(chǎn)甲烷階段反應(yīng)器進(jìn)行消化1－2d；固體部分進(jìn)人水解池，2－4d以后垃圾再經(jīng)過分離，再使液體進(jìn)入產(chǎn)甲烷階段反應(yīng)器。經(jīng)過消化，大約60%-70%的有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為生物氣。

2.2.1 BTA工藝－丹麥Helsingor BTA/carlbro處理廠

丹麥Helsipgor BTA/carl bro處理廠即采用此項(xiàng)工藝，本廠建于1993年，處理分類收集的生活垃圾，處理量 20,000t/a。分類收集的垃圾先送到垃圾倉，再經(jīng)過破袋、破碎、打漿、巴斯德消毒。這樣，垃圾分為液體、固體部分：液體進(jìn)入消化罐；而固體進(jìn)入水解池，在水解池中固體分解為有機(jī)酸，池內(nèi)的液體再送入消化罐。

Helsingor垃圾處理廠每年產(chǎn)生大約300萬m3生物氣，用于熱電聯(lián)產(chǎn)。垃圾處理廠配有換熱器，可以用厭氧過程中產(chǎn)生的沼氣來在預(yù)處理階段加熱垃圾。

2.2.2 TBW Biocomp工藝－德國Thronhofen處理廠

Thronhofen垃圾處理廠從1996年開始運(yùn)營，處理能力13,000t/a，處理分類收集的有機(jī)垃圾和農(nóng)業(yè)中的液態(tài)垃圾。

Biocmp工藝是堆肥、發(fā)酵的結(jié)合。垃圾先經(jīng)過滾動篩，分離出粗垃圾去堆肥，細(xì)垃圾去消化罐。再用手選來去除無機(jī)物，用磁選去除廢鐵。細(xì)的有機(jī)物質(zhì)經(jīng)過破碎機(jī)破碎后，加水稀釋，使固含率為10%。接著混合物送到貯存池，中溫（35℃）反應(yīng)池（采用槳板攪拌。停留時(shí)間14d）。從一級消化池底部取出的活性污泥送入二級上向流高溫（55℃）消化池，水力停留時(shí)間14d。經(jīng)過高溫消化后，大約60%的有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為生物氣。

2.3干式單級發(fā)醉系統(tǒng)

2.3.1 Biocel工藝－荷蘭Ielystad處理廠

Biocel工藝是中溫干式序批式有機(jī)垃圾厭氧消化技術(shù)，處于發(fā)展階段。

荷蘭 lelystad處理廠，處理量50000t/a，反應(yīng)器內(nèi)垃圾固含率30%- 40％，消化溫度35- 40℃，固體停留時(shí)間最少10d。

2.3.2 Dranco工藝－比利時(shí)Brecht處理廠

Dranco (Dry Anaerobic Composting）工藝是比利時(shí)有機(jī)垃圾系統(tǒng)公司（Organic Waste Systems）開發(fā)的，是一項(xiàng)成熟工藝。工藝的主要單元是單級高溫反應(yīng)器，負(fù)荷l0kgCOD/ (m3d)，溫度50- 5890，停留時(shí)間為20d(15- 30d)，生物氣產(chǎn)量100- 200m3/t垃圾，發(fā)電量170- 350kwh/t垃圾。進(jìn)料的固體濃度在15% -40%范圍內(nèi)。有機(jī)垃圾系統(tǒng)公司已開發(fā)出Dranco - Sep工藝，可在固含率5%- 20%范圍內(nèi)操作。

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