本文介绍了国内外垃圾处理技术现状及发展趋势，并针对国内生活垃圾混合收集、混合处理的现状，着重强调了厌氧消化处理技术在我国城市垃圾处理工程中的可行性，并提出了一套与我国现阶段生活垃圾混合收集特点相适应的垃圾厌氧消化处理工艺流程，为该项技术在我国垃圾处理工程中的应用发展提供借鉴和参考。
关键词：城市垃圾；厌氧消化；可行性设计 1概述
我国城市生活垃圾年产量达1亿多吨，且每年以8%～10%速率增长。随着城市规模的不断扩大，垃圾产量将持续增长，其中动植物类有机垃圾占45%以上，成分表现为有机物含量高，含水量大，混合收集的垃圾热值低等特点。
目前，我国各地主要采用的垃圾处理方式为卫生填埋，也有一些城市采用了焚烧、堆肥与卫生填埋相结合的方式对垃圾进行综合处理。但是这些方法处理有机垃圾时存在严重问题。因为有机垃圾若进行填埋，在降解过程中会产生高浓度的渗沥液和易燃易爆的气体，若不妥善处理，不但会严重污染水体和空气，甚至可能产生爆炸事故。大量有机垃圾进入填埋场，也会使填埋场对环境存在潜在污染的时间延长；随着填埋场地选址难度的增加，过分依靠卫生填埋来处理有机垃圾显然是不合理的。欧盟各国已强调垃圾填埋只能作为最终处理的手段，到2005年之后，有机物含量大于5%的垃圾不能进入填埋场。焚烧处理则因为有机垃圾含水量较高，热值较低等使焚烧处理成本高。处理有机垃圾最好的方式是生化处理。好氧堆肥是生化处理的一种形式，但完全依靠堆肥也存在不少问题，主要表现为：一方面，在有机物浓度较高的情况下，由于湿度加大，好氧堆肥难度增大，容易形成厌氧状态；另一方面，由于堆肥产品体积较大，运输成本较高，影响了堆肥处理的经济性。因此，在我国应该积极探索新的处理有机垃圾的有效方式。近年来，欧洲许多国家进行了垃圾厌氧消化系统的研究和探索，并已得到了广泛的应用。在世界各地，大约运行有1000座高效率的厌氧消化器用于废水处理；有120多座运行或在建的厌氧消化器，用于处理城市生活有机垃圾，总处理能力达每年500万吨。利用这种方式处理有机垃圾，不仅可以生产大量可供利用的沼气，而且可以生产优质的有机肥料。
考虑到目前常用的垃圾处理方法的局限性及我国垃圾的特点，垃圾厌氧消化技术在我国推广应用应具有广阔的前景。 2厌氧消化工艺流程
对于生活垃圾而言，厌氧消化工艺主要用来处理有机生活垃圾。在混合垃圾的情况下，厌氧消化工艺需要先进行分拣，以分离有机物(可发酵物质、纸、纸板)和不可发酵的物质。剩余部分可进行其它的处理，如进行塑料焚烧等。
一套有机垃圾厌氧消化处理工艺装置的组成包括：进料及前处理单元；厌氧消化单元；有机复混肥生产单元；沼气利用单元；气体处理单元；污水处理单元等。工艺流程见图1所示。 2.1混合垃圾的进料及前处理
混合垃圾由运输车运往垃圾分选中心，经称重计量后，进入分选作业车间内，然后将混合垃圾自卸到卸料坑内。卸料坑内的垃圾由抓斗送入进料斗，由位于送料口低部的钢板带式输送机运送垃圾物料。在输送机末端设有垃圾均料器，通过垃圾均料器的均匀给料，垃圾物料而后通过板式给料机被均匀地送至预处理工序。
图1垃圾分选回收及有机垃圾厌氧消化处理中心工艺流程 2.2破袋预处理
垃圾由板式给料机直接进入破袋预处理。经破袋机破袋处理后，袋装垃圾被均匀地撕裂、破碎，然后由皮带机输送到垃圾筛分工序进行筛分处理。 2.3筛分处理
该工序主要是对经过破袋后的垃圾通过两层滚筒筛筛分处理，将粒径位于15mm～80mm之间的适于厌氧发酵的小颗粒垃圾筛分下来后送入厌氧发酵工序，大于80mm以上的垃圾料继续进行分拣回收后再进行破碎处理，然后将破碎后的垃圾送入厌氧发酵间。小于15mm的垃圾料则直接送入卫生填埋场。 2.4人工手选
人工手选环节是对垃圾筛上物进行分类分拣回收的关键工序。当拣选输送带上的垃圾通过作业平台时，输送带两侧的拣选工人根据作业分工要求，分别拣选垃圾中规定的物料。 2.5机械分选
机械分选主要由磁选及机械破碎两部分组成，通过此工序后，垃圾料中的铁类金属被分选回收，筛上物被破碎处理，减小粒径，从而利于提高后续水力分离分选工艺的分选效果。 2.6筛下物的处理
筛下物首先经过磁选，分离出铁类金属，而后通过一水力分离分选设备。根据物质比重的不同，渣土、电池、石块等较重的物质沉入设备下部，而较轻的物质如纸张、塑料等则漂浮于上部。沉下物送入制砖工序，漂上物送入分选回收系统进行回收处置。然后将中间物送入一沉淀处理罐，将沉淀后物料送入厌氧发酵工序。
2.7厌氧消化单元
该单元的组成包括：稀释与混合稠泥状垃圾的混合池和厌氧发酵罐，垃圾在混合池中混合，使干物质含量在20%～35%之间，加热由蒸汽喷射提供，混合物由活塞泵打入反应器底部。
适宜的发酵温度可以是中温(35℃)或高温(55℃)。发酵罐是一种立式圆柱形装置，物质在其中以推流的形式迁移转换。发酵罐中有一垂直的中心内套筒，直径约为发酵罐直径的2/3。进出口开在发酵罐底部内套筒的侧面，内套筒的放置使得发酵物质沿圆周运动，这样垃圾就只能在流经整个断面后才会流出。这一几何构造，加上一部分发酵后料液的回流，就可以保证垃圾至少在发酵罐内停留2个星期。这一点对堆肥的彻底卫生化至关重要。
为了确保发酵罐中保持最佳降解条件，发酵物质应进行均质化。由于其中还含有部分细小的惰性颗粒，发酵物质比较粗糙。要通过机械装置来将它们混匀，这样必然会造成很大的磨损。工程设计中可采用气动混合装置，沼气在压力下通过喷射管从发酵罐底部喷入罐内。用于混合搅拌的沼气可循环使用。沼气由一个两级压缩装置压缩(8bar的压力)。
料液从发酵罐中排出后，再经过机械挤压固液分离，得到固态成品和液态的污泥。 为了分离悬浮固体，污泥需进一步处理。部分处理后的清液可用于垃圾的稀释。剩余部分或者排入下水道，或者送入渗沥液处理单元处理。 2.8好氧后处理及有机复混肥生产单元 该单元的组成包括：
(1)在低压条件下物料的熟化和干化过程。这一过程在密闭的构筑物中发生，需堆放至少2个星期，然后再取出并通风。
(2)堆肥的精处理过程，需去除惰性物质，装置有重物资分选器、滚筒筛等。 (3)精处理后的堆肥与氮、磷、钾肥等化工原料混合造粒，经过烘干、冷却、筛分等工艺，进一步制取有机复混肥。 (4)有机复混肥出售前的贮存及必要的包装。 2.9沼气利用单元 该单元的组成包括：
(1)沼气冷却分离系统。由厌氧发酵罐来的沼气温度较高，约为40℃左右，湿度达90%，故在此系统中应加设一套冷却分离系统脱除水分，满足沼气燃烧要求。 (2)沼气脱硫装置。沼气中含有少量的硫化氢，该气体对发动机有强烈的腐蚀作用，因此供发动机使用的沼气要先经过脱硫装置进行脱硫处理。
(3)气体加压储存系统。燃气轮机及内燃机均有一定的注入压力范围，因此将沼气引入燃气轮机或内燃机前必须经过加压，需在蜗轮机前设一个压缩机，将沼气进行压缩处理。
(4)燃气轮机/内燃机发电系统。该系统是利用沼气燃烧产生的热烟气直接推动涡轮机，涡轮机带动发电机发电。
经预处理后的沼气可用于产生蒸汽、发电及供热以及通过提纯等手段制取甲烷气体(用于城市供气管网、汽车燃料等)等。 2.10气体生物处理单元
生产过程中可能产生的臭气直接抽出来，与进料和前处理大厅中排出的气体一并送入气体处理单元。这一单元包括一个生物过滤器。经过这一步骤，不会再检测出异味。
2.11渗沥液处理单元
厌氧发酵过程中产生的渗沥液一部分经处理后回流发酵工序，其余部分可经过附加的处理流程，以满足当地环保局制定的污水排放标准或送往当地城市污水处理厂处理。 3结论
我国的城市生活垃圾管理正面临从单纯的末端处理向源头治理和综合管理方向发展的过程，在全球能源紧缺和科技高度发达的今天，城市生活垃圾是可以加以利用的宝贵资源。随着人民生活水平的提高和垃圾分类收集工作的试行和推广，采用厌氧消化处理工艺处理城市生活垃圾无疑将成为一个非常重要的垃圾资源化处理方法。本文工艺技术方案的提出必将大大推动该项技术在我国生活垃圾处理行业的应用发展。另外，该技术不但可以用于有机生活垃圾的处理中，而且还可应用于畜禽粪便、人粪便、屠宰场废物等有机垃圾的处理，因而具有广阔的推广应用范围。 参考文献：
[1]郑元景，杨海林，蔺金印.有机废料厌氧消化技术[M].北京：化学工业出版社，1988.[2]冯孝善.方士.厌氧消化技术[M].杭州：浙江科学技术出版社，1989.[3]芈振明，高忠爱，郭梦兰，吴天宝.固体废物的处理处置[M].北京：高等教育出版社，1992.[4]建设部城市建设研究院.厦门市生活垃圾分拣回收及有机垃圾厌氧消化处理工程可行性研究报告[R].2000.
厌氧发酵工艺分析
发布时间：2002-08-21
一、沼气池(厌氧消化器)采用技术分析和评价
在我国已建成的沼气工程中，所采用的厌氧消化工艺，主要有以下四类，即塞流式消化器，升流式固体反应器，升流式厌氧污泥床和污泥床滤器。
1塞流式反应器(Plug Flow Reactor，简称PFR)
塞流式反应器也称推流式反应器，是一种长方形的非完全混合式反应器。高浓度悬浮固体发酵原料从一端进入，从另一端排出。
优点：1不需要搅拌，池形结构简单，能耗低；2适用于高SS废水的处理，尤其适用于牛粪的厌氧消化，用于农场有较好的经济效益；3运行方便，故障少，稳定性高。
缺点：1固体物容易沉淀于池底，影响反应器的有效体积，使HRT和SRT降低，效率较低；2需要固体和微生物的回流作为接种物；3因该反应器面积/体积比较大，反应器内难以保持一致的温度；4易产生厚的结壳。
北京市大兴区留民营的鸡粪高温沼气工程采用了该反应器。实践表明，该反应器耐粗放管理，采用高温(55℃)发酵，产气率较高，并且可以杀灭有害生物。但因鸡粪沉渣较多，易生成沉淀而影响反应器的效率。
2升流式固体反应器(Upflow Solids Reactor，简称USR) 升流式固体反应器是一种结构简单、适用于高悬浮固体原料的反应器。原料从底部进入消化器内，与消化器里的活性污泥接触，使原料得到快速消化。未消化的生物质固体颗粒和沼气发酵微生物靠自然沉降滞留于消化器内，上清液从消化器上部溢出，这样可以得到比水力滞留期高得多的固体滞留期(SRT)和微生物滞留期(MRT)，从而提高了固体有机物的分解率和消化器的效率。
首都师范大学利用USR进行了鸡粪沼气发酵研究，其进料浓度为TS=5％～6％，COD=42～55g/l，悬浮固体为45～55g/l，在35℃条件下，USR的负荷可达10kgCOD/m3·d，产气率488m3/m3·d，CH4含量60％左右，COD去除率85％左右，SS去除率为6616％。据计算当HRT为5天时SRT为25天。
留民营鸡粪污水中温沼气发酵工程、房山区琉璃河猪粪废水沼气发酵工程、房山区南韩继和平谷县南独乐河猪粪废水沼气工程的厌氧消化器均采用USR工艺，运行稳定，效果较好。
3升流式厌氧污泥床(Upflow Anaerobic Sludge Bed，简称UASB)
UASB是由Lettinga等于1974～1978年研究成功的一项新工艺，是世界上发展最快的消化器。由于该消化器结构简单，运行费用低，处理效率高而引起人们的普遍兴趣。该消化器适用于处理可溶性废水，要求较低的悬浮固体含量。北京环境科学院于1983年首先开展了利用UASB处理丙酮丁醇生产废水的工艺研究，至今我国已对COD为300～500mg/l的生活污水，1000～2000mg/l啤酒废水，3000～5000mg/l的屠宰废水，8000～10000mg/l的豆制品废水及30000～40000mg/l的酒醪滤液等进行了研究工作，并且多数已投产应用。该工艺将污泥的沉降与回流置于一个装置内，降低了造价。
该工艺的优点为：1除三相分离器外，消化器结构简单，没有搅拌装置及供微生物附着的填料；2长的SRT和MRT使其达到了很高的负荷率；3颗粒污泥的形成，使微生物天然固定化，改善了微生物的环境条件，增加了工艺的稳定性；4出水的悬浮固体含量低。
缺点：1需要安装三相分离器；2进水中只能含有低浓度的悬浮固体；3需要有效的布水器使其进料能均匀分布于消化器的底部；4当冲击负荷或进料中悬浮固体含量升高，以及遇到过量有毒物质时，会引起污泥流失，要求较高的管理水平。
UASB是近年来在沼气发酵工程中应用最多的工艺，多用于工业废水和生活污水的厌氧消化。经过固液分离后的畜禽粪便污水也可以采用UASB进行厌氧消化处理。UASB工艺在工厂废水处理中已得到广泛应用。北京啤酒厂采用UASB工艺的厌氧消化工程已被国家环保局定为重点推广项目。
4污泥床滤器(UBF)
它是将UASB和厌氧滤器结合为一体的厌氧消化器。其下部为污泥床，上部设置纤维填料。由于附着于纤维填料上的生物膜补充了污泥床上部微生物的不足，所以效益较高。但每立方米填料价值300～500元，使工程造价上升。
顺义肉联厂的屠宰废水处理采用UBF工艺。它对低浓度低悬浮固体污水的厌氧消化效果较好。用于高浓度高悬浮固体废水处理易产生堵塞。
二、沼气发酵工程工艺流程分析
厌氧消化器(即沼气池)是沼气工程的主体，要使畜禽粪便处理实现资源化、减量化、无害化、生态化的目标，并使沼气工程稳定运行，还必须有一系列辅助项目与沼气池配套。由于这一系统工程已远远超出了生产沼气的唯一目的，因此称该系统工程为能源环境工程，简称“能环工程”。
一个完整的能环工程，应当包括以下主要内容：一是粪便污水的前处理，二是厌氧消化器，三是沼气的净化、储存和利用，四是利用沼渣和沼液生产固体或液体有机肥料及生物活性肥料，五是多余污水的达标排放处理。
由于养殖场所处地区不同，对能环工程具体内容的要求也有所不同。基本上可分为两种模式，一种为“能源生态模式”，一种为“能源环保模式”。
所谓能源生态模式适合于一些周边有适当的农田、鱼塘或水生植物塘的畜禽场，它是以生态农业的观点统一筹划系统安排，使周边的农田、鱼塘或水生植物塘完全消纳经厌氧消化处理后的废水。在一个生态园区内沼气池起着生态系统中“分解者”的作用。畜禽粪便废水在经厌氧消化处理和沉淀或固液分离后，沼渣用来生产有机肥料，沼液则排灌到农田、鱼塘或水生植物塘，使粪便得到能源、肥料等多层次的资源化利用，生态农业得以持续发展，并最终达到园区内粪污的“零排放”。这种模式遵循了生态农业原则，具有良好的经济效益和环境效益。留民营、南独乐河果园沼气工程均采用此模式，其必备的先决条件是养殖业和种植业的合理配置。
所谓能源环保模式主要是针对一些周边既无一定规模的农田，又无闲暇空地可供建造鱼塘和水生植物塘的畜禽养殖场，因此该畜禽场在建设“能环工程”时，其末端的出水必需达到规定的相应环保标准要求。畜禽废水在经厌氧消化处理和沉淀后，必需再经过适当的好氧处理和物化处理等。这种模式多用于大、中城市的近郊区，最终出水水质较好，但工程造价和运行费用均较高。顺义肉联厂采用此模式。
