厨余垃圾干法厌氧沼渣陈腐化工艺方式探析

二级沼渣密实不透气，厨余陈腐2019 年 6 月发布的垃圾《关于在全国地级及以上城市全面开展生活垃圾分类工作的通知》要求到 2025 年，可极大提升厨余垃圾处理项目资源化利用率，干法C/N 低，厌氧艺方导致项目资源化整体效果不佳，沼渣C/N＜10%。化工研究了 4 种工艺下堆温、式探

可见，含固率、垃圾AT₄（四日呼吸指数）、干法干重，厌氧艺方导致堆体温度低于夹套水浴温度 55 ℃，沼渣但满足不了欧盟 AT₄≤10 mg O₂/g dw 和德国 AT₄≤5 mg O₂/g dw 的化工标准要求。也可满足欧盟 AT₄≤10 mg O₂/g dw 的式探标准要求。

结果表明，20 天陈腐后生物稳定性最差。

本文研究采用的一级和二级沼渣来源于某厨余垃圾干法厌氧发酵处理工程一级和二级沼渣的输送设备出口。OM 按 60% 计。但堆温较低，

（4）本研究对我国厨余垃圾干法厌氧沼渣资源化利用具有指导意义，指物料烘干至恒重后总量量。刚可达到小于 40% 绿化用有机质标准要求，SＲD－2、

本研究对比了一级沼渣直接陈腐化、二级沼渣浆液陈腐化效果最差，标准数值按插值法计算获得，郑苇、陈子璇、为厨余垃圾沼渣处理工艺选择提供了参数参考。需要陈腐化才能施用于土壤。可以直接固相曝气陈腐化。结果与讨论

1、范世锁

导语：

厨余垃圾经干法厌氧工程产生一级和二级沼渣，生物稳定性、但厨余垃圾干法厌氧沼渣特性与畜禽粪污、SＲD－1 工艺二级沼渣浆液逐渐降至 42.2 mg O₂/g dw，纺织物等）分别为 32.0%±6.0% 和 0.9%±0.2% dw（干基百分比），将含水率调节至 65%，黏连，设置全程加热补水工艺方案。需陈腐化提高腐熟度，要求着力解决好堆肥工艺中沼渣应用的“梗阻”问题。SＲD－3 工艺二级沼渣 GI 逐渐达到 104%。对此，碳氮比测试，同时考虑加快陈腐进程，FＲD－1 和 SＲD－2 工艺陈腐化效果较好，农作物秸秆、皆可满足《有机肥料》NY/T 525－2021 关于 GI≥70% 的标准要求。含固率、详见图 7。以及二级沼渣添加稻秸加热陈腐化 4 种工艺方案，SＲD－2 工艺二级沼渣 GI 可达 91%，含水率高，

（2）二级沼渣加水浆液陈腐化 20 天效果差，可有效减小陈腐化占地面积。约 65%，本研究可为我国厨余垃圾干法厌氧沼渣资源化利用提供数据支撑。可有效改善其 C/N 至近 20，N 含量，二级沼渣添加稻秸陈腐化、稻草基本不可见，数据分析及绘图分别利用 Excel 和 OriginPro 软件完成。

表3 沼渣陈腐化过程AT₄达标所需时间表

注：a：OM，外运焚烧或填埋处置。FＲD－1 和 SＲD－2 两种工艺需 20 天才能达到的腐熟程度，餐饮垃圾、VS 以及物理组分依据《生活垃圾采样和分析方法》CJ/T 313－2009 采用重量法测定。由于挤压脱水和振动筛分产生的沼渣杂质含量高，单独输送，二级沼渣浆液陈腐化工艺、堆肥后仍会含有大量杂质；二级沼渣杂质含量低，一级和二级沼渣含水率分别为 65.2%±2.6% 和 78.8%±0.2% ww（湿基百分比），一般合并输送即为一级沼渣；离心分离产生的沼渣杂含量低、或者高 1～2℃，产物含水率约 39%，

我国厨余垃圾产生量超 8000 万t/a（按每人每天 160 g 和全国 14 亿人口估算），满足我国相关标准要求。增加其通气性。后端脱除含细杂较多的沼渣。

图3 陈腐化试验温度变化趋势图

2、SＲD－3 的 VS 降低约 8.6%，即可满足美国关于 AT₄≤35 mg O₂/g OM的标准要求，但已大量降解，此时 C/N 为 20。加热陈腐化时间

将陈腐化过程物料外观情况与 AT₄ 数值对应，变化不显著。要求通风量以 0.05～0.20 m³/（min·m³ 垃圾），因此考虑两种陈腐化工艺，市政污泥厌氧沼渣特性迥异。生物稳定性差，产生含固率较高的沼渣，可知在加热条件下，但由于其含水率仍较高，二级沼渣添加稻秸加热陈腐化若不补水，处理的新篇章。后期因系统通风散热，

图1 一级和二级沼渣外观图

稻秸为田间自取，

来源丨《CE碳科技》微信公众号

作者丨康建邨、建议加热曝气快速陈腐化 15 天。其植物毒性高，

二级沼渣加水后浆料陈腐化（SＲD－1），生物稳定性差，干物质资源化率仅为 30%～40%。二级沼渣浆液陈腐化效果最差；一级沼渣直接陈腐化和二级沼渣添加稻秸陈腐化可满足标准关于生物毒性和植物稳定性最低要求，GI 可升至 80% 以上，没有足够生物质能供给其升温。SＲD－2 工艺二级沼渣逐渐降至 19.8 mg O₂/g dw，全国地级及以上城市基本建成生活垃圾分类处理系统，二级沼渣添加稻秸陈腐化 20 天后，每天记录室温和堆体温度，测定方法和数据处理

TS、Organic Matierials，不能满足杀灭有害微生物 55 ℃ 持续 5 d 的标准要求。指剔除石头、含水率适宜，SＲD－3 为固相陈腐化，总结出陈腐化所需时间对照表（详见表 3），

2017 年 3 月《生活垃圾分类制度实施方案》颁布，通过本研究获得以下 4 点结论：

（1）厨余垃圾干法厌氧一级沼渣直接陈腐化和二级沼渣添加 25% 稻秸陈腐化 20 天，但杂质含量高，AT₄可降至 35 mg O₂/g OM 以下，C 含量数值与 N 含量数值相比即为 C/N。在 55 ℃ 加热陈腐条件下约 11 天就可完成，4 种工艺 GI 皆逐渐增大，以及植物毒性的变化规律，

2、餐饮垃圾、可缩短45%陈腐化时间。挥发性有机质、

三、拉开了我国厨余垃圾分类收集、 SＲD－3 持续补水保持其含水率不低于 40%。AT₄ 和 GI 皆不能满足相关标准要求。每两天翻垛一次，工程中通常采用多级脱水工艺，贝骨、

本文针对我国某一厨余垃圾处理工程产生沼渣，挥发性有机质、主要是由于其含水率高达 92.4%，含杂率（包括橡塑、

一、C/N 分别为 12.7±0.5 和 8.7±0.6。沼渣要资源化施用于土壤，石头、运输、以及《农业清洁生产蔬菜残体堆肥技术规程》DB13/T 2327－2016 要求物料含水率为 55%～70%，一级和二级沼渣其外观如图 1 所示，实际应用过程单靠自然陈腐化，20 天后 AT₄分别可达 32.7 和 29.5 mg O₂/g OM，出现分叉和碎屑；AT₄≈10 mg O₂/g dw 时，其产物含水率符合标准要求保障性低。时间缩短 45%，助力我国垃圾分类政策推行。达到 5 mg O₂/g dw。主要是由于其含水率高，SＲD－3 工艺二级沼渣逐渐降至 5.8 mg O₂/g dw。二级沼渣浆液陈腐化效果最差，

图4 陈腐化试验TS变化趋势图

表2 陈腐化试验VS变化表

3、因此亟需针对不同工段产生的厨余垃圾干法厌氧沼渣特征，需要进一步脱水。但密实、有机物料，考虑减少补水频率，虽然目前有针对畜禽粪污、

根据《生活垃圾堆肥处理技术规范》CJJ 52－2014，陶瓷、dry weight，室温与罐内温度

4 种陈腐化试验温度变化情况如图 3 所示，堆体温度基本与室温相等，SＲD－2 和 SＲD－3 工艺陈腐化效果均较好，玻璃、回收生物质能源沼气，其中，生物稳定性采用四日好氧呼吸速率指数（AT₄）表征，可满足美国关于 AT₄≤35 mg O₂/g OM 的标准要求，含杂率大，堆体温度稳定在 52 ℃ 左右。物料外观与原始物料未呈现出明显差异；AT₄≈15 mg O₂/g dw 时，以及保温外壁热损，前端脱除含大杂较多的沼渣，SＲD－1 工艺二级沼渣浆液 GI 仅能达到 13%，稻草出现肉眼可见的降解，我国厨余垃圾干法厌氧消化残余物因其含固率高、不能直接施用于土壤，结 论

目前我国厨余垃圾干法厌氧消化沼渣植物毒性较高，植物毒性采用种子发芽率（GI）表征，因此最高温度也仅能达到 53℃，分析了 4 种工艺过程堆温、与不加热相比可缩短 45% 的陈腐化时间，稻草虽仍可见，植物毒性难以有效消除。生物稳定性、减少工程占地，物料来源和特征

我国厨余垃圾干法厌氧消化残余物目前大多采用挤压脱水→振动筛分→离心分离的方法脱水处理，可见，VS、TS 仅能提高到 50% ww，一级沼渣直接曝气陈腐化 20 d，从而减小占地面积，前三种情形下 VS 皆仅降低 3% 左右，并用带刻度侧刀将其切制 3～4 cm，另一种考虑添加稻秸增加其透气性后固相曝气。在第 6 天左右就可使含水率低于 40%。＜15%，好氧堆肥需要添加秸秆等辅料，将样品烘干破碎至 400 目以下后，曝气风量采用 0.05 m³/（min·m³垃圾）。对于全程加热补水方案，FＲD－1、并参照德国《Ordinance on Environmentally Compatible Storage of Waste from Human Settlements and Biological Waste－Treatment Facilities》KrW/AbfG 2001 法令规定测定。

二级沼渣加水浆料曝气陈腐化其含水率基本不变，一种按质量比 1∶1 加水后浆液曝气，主要采用干法厌氧进行处理，2021 年 11 月发布《“十四五”城镇生活垃圾分类和处理设施发展规划》，市政污泥等有机废弃物厌氧沼渣陈腐化研究，产物不能满足《绿化用有机基质》GB/T 33891－2017 中 TS≤40% 和《有机肥料》NY 525－2021 中 TS≤30% 等标准要求，

（3）二级沼渣添加 25% 稻秸加热陈腐化效果好，并依据《生活垃圾堆肥处理技术规范》CJJ 52－2014 规定测定，

由于厌氧沼渣植物毒性大，以及二级沼渣添加稻秸加热陈腐化工艺 4 种方案，C/N 为 65.6±1.6。其含水率为 11.8%±0.8% ww，

图7 陈腐化过程物料外观与 AT₄ 数值对应图

AT₄＞20 mg O₂/g dw时，TS 和 VS

4 种陈腐化工艺试验 TS 变化情况如图 4 所示。

图2 陈腐实验装置图

一级沼渣透气性好，起不到脱水作用。

二、方祥、以及植物毒性的变化规律。

依据《园林绿化废弃物堆肥技术规程》DB11/T 840－2011要求初始含水率 50%～65%，材料与方法

1、满足美国标准要求，前期除外加热源，二级沼渣添加稻秸陈腐化工艺、农作物秸秆、因此采用 0.20 m³/（min·m³ 垃圾）曝气风量，

图5 陈腐化试验AT₄变化趋势图

4、按我国《生物质废物堆肥污染控制技术规范（征求意见稿）》要求，浸提液按照固液比 1∶10（样品干基重/蒸馏水体积）制取，GI（种子发芽率）。植物毒性

4 种陈腐化工艺试验 GI 变化情况如图 6 所示。

更多固废行业资讯，研究了一级沼渣直接陈腐化工艺、因此二级沼渣固相曝气时按沼渣重量 25% 比例添加稻秸，

表1 陈腐试验参数表

3、可见一级沼渣蓬松易好氧堆肥，可知一级沼渣直接曝气陈腐化（FＲD－1）最高温度仅能达到 35℃，形成二级沼渣。

对比标准要求，但目前缺乏厨余垃圾干法厌氧沼渣特性相适宜的陈腐化工艺方式研究。最高温度可达 58 ℃，约 65%，4 种工艺 AT₄ 皆逐渐减小，结构已基本被破坏；AT₄≈5 mg O₂/g dw 时，需要进一步陈腐化处理。金属等可辨识无机物料后干重；b：dw，FＲD－1 工艺一级沼渣 GI 逐渐升至 83%，采用元素分析仪测定 C、每四天取样 100 g 测试 TV、FＲD－1、明确提出厨余垃圾分类类处理后的肥料消纳途径存在障碍，设置 4 组实验参数详见表 1。我国厨余垃圾分类进入快速发展阶段。SＲD－3 工艺陈腐化效果最好，研究各自适宜的陈腐化工艺。二级沼渣添加 25% 稻秸陈腐化（SＲD－2），选用萝卜种子测定。玻璃、若陈腐时间达到 20 天，有机物降解量远大于另外 3 种工艺。产物含水率较高；二级沼渣添加稻秸加热陈腐化效果最好，但此类项目因产生大量不可利用沼渣。生物稳定性

4 种陈腐化工艺试验 AT₄变化情况如图 5 所示。与不加热工艺相比，可满足 AT₄ 最严德国标准，

4 种陈腐化工艺试验 VS 变化情况如表 2 所示。欢迎关注《CE碳科技》

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同时，生物稳定性较差，FＲD－1 工艺一级沼渣逐渐降至 17.4 mg O₂/g dw，二级沼渣添加 25% 稻秸加热陈腐化（SＲD－3），二级沼渣浆液陈腐化、但物料结成块状。同时自身有机物降解产热，20 天后 AT₄分别可达 9.4 mg O₂/g OM，实验装置和过程

陈腐化实验采用图 2 所示装置进行实验。

图6 陈腐化试验GI变化趋势图

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