廚余垃圾分類盛宴后的處理問題

       導讀：談到有機垃圾，自然要談它的最終處理方向是什么。在前一輪發(fā)改委五批示范工程支持下，根據(jù)統(tǒng)計，厭氧處理是主要的一項技術。應該可以判斷，我國廚余垃圾今后的技術方向主導將是厭氧。綜合來看，這對于生物天然氣行業(yè)是重大的利好消息。實際上，半個世紀以來，厭氧消化除了在池型、材料、攪拌等方面改進外。今天主要講兩條技術路線：新型仿生工藝，餐廚與廚余垃圾乙醇化技術路線。
近年來，垃圾分類的推進在如火如荼地進行。而垃圾分類的下一步，離不開各種細分垃圾處理技術的探討。12月20日，在E20環(huán)境平臺、中國城市建設研究院有限公司聯(lián)合主辦的“2019(第十三屆)固廢戰(zhàn)略論壇”中，清華大學環(huán)境學院教授王凱軍和與會嘉賓分享了熱點之后的一些冷思考。
 
　　一個段子
 
　　垃圾分類熱潮后，將廚余垃圾分開的城市很多。最近去了一些城市，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在關于分類后垃圾處理費用問題的有許多爭議，使我想起了下面的段子。
 
　　一個老農(nóng)拉著一百斤的蔥進城去賣蔥，一元一斤。聰明的城里人跟他說，不如你賣給我蔥白七角一斤，蔥葉三角一斤，加一起也是一元錢。老農(nóng)一聽有道理呀，很快把一百斤的蔥賣出去了。老農(nóng)沒有城里人聰明，一百斤蔥應該賣一百塊錢，最后他只賣了58塊錢。
 
　　現(xiàn)在的分類也有類似的問題。技術人員和政府說應該分類，但分類以后，廚余每噸處理成本不低于300元，剩下的還需要焚燒。焚燒領域早已實現(xiàn)了火熱化，便宜的20元左右每噸就能處理。這么一看，似乎整體垃圾的處理成本上升了。有些城市領導就算不過來賬，認為這樣多花了很多錢，錢從哪來？這背后的邏輯不作細說，涉及資源回收、減排、社會成本等諸多方面。但這個質疑給從事廚余垃圾處理的人帶來一個問題：是否真的需要這么多錢？有沒有更好的辦法？今天主要分享的內容就是在這方面的研究和思考。
 
　　政策引導的中國環(huán)境保護市場
 
　　垃圾分類相關產(chǎn)業(yè)都關注了2016年底12月26日的2016年中央財經(jīng)領導小組第十四次會議。會議討論了6件事，其中有3件事與環(huán)保緊密相關。包括國家能源局關于推進北方地區(qū)冬季清潔取暖，浙江省關于普遍推行垃圾分類的制度，農(nóng)業(yè)部關于畜禽養(yǎng)殖廢棄物處理和資源化。習近平總書記在會議上強調，要求普遍推行垃圾分類制度，并提出了“三化四分五原則”的總體思路：減量化、資源化、無害化；分類投放、分類收集、分類運輸、分類處理；法治為基礎、政府推動、全民參與、城鄉(xiāng)統(tǒng)籌、因地制宜。
  
　　談到有機垃圾，自然要談它的最終處理方向是什么。在前一輪發(fā)改委五批示范工程支持下，根據(jù)統(tǒng)計，厭氧處理是主要的一項技術。應該可以判斷，我國廚余垃圾今后的技術方向主導將是厭氧。上述提到的中央財經(jīng)領導小組第十四次會議中的重要文件，一個涉及畜禽養(yǎng)殖，一個文件涉及到廚余。綜合來看，這對于生物天然氣行業(yè)是重大的利好消息。
 
　　技術探索
 
　　在做分類的時候就必須要考慮后端，后端處理離不開合適的技術。長期以來，厭氧技術取得了不小的成果，但是否能夠應用到高含固率領域，包括廚余垃圾、餐廚垃圾、畜禽糞便這些有機垃圾中？實際上，半個世紀以來，厭氧消化除了在池型、材料、攪拌等方面改進外。在基本原理和工藝方面沒有取得實質性的突破。這就導致在餐廚垃圾方面的應用，最多只能達到三公斤負荷，超過三公斤，就會有氨氮抑制等問題。在廚余垃圾領域，也會遇到一系列問題，如反應器比較低效，停留時間會超過30天，難水解，氨氮易酸化，產(chǎn)氣比較低，系統(tǒng)不穩(wěn)定等等。
 
　　如何解決？我們研究團隊做了一些工作，今天主要講兩條技術路線：新型仿生工藝，餐廚與廚余垃圾乙醇化技術路線。
 
　?、?新型仿生工藝
 
　　技術突破不了，我們就需要回到原點，看看自然界是怎么降解垃圾。一片樹葉在自然里頭，很容易就被消化了。魯迅名言“牛吃進去的是草,擠出來的是奶”描述的是整個同化作用的高效性。牛的負荷非常高，大于100 kg/(m3·d)；停留時間段，少于3天；TS轉化率高，非常難處理的秸稈也可達到60-70%。按照這個思路，我們來對比瘤胃系統(tǒng)，然后仿照動物消化系統(tǒng)的原理來處理廚余垃圾。
 
　　與傳統(tǒng)厭氧反應器相比，瘤胃系統(tǒng)呈現(xiàn)出幾點不同。在微生物方面，傳統(tǒng)厭氧使用的是厭氧污泥，瘤胃系統(tǒng)使用的是瘤胃微生物；傳統(tǒng)厭氧反應器相對恒定pH，分為中溫、高溫、常溫等條件；瘤胃系統(tǒng)則采用動態(tài)pH條件(5.5-6.8)，剛吃進“食料”時候是中性的，在消化過程中裂變成酸性，溫度保持恒定(39℃)；傳統(tǒng)厭氧反應器中產(chǎn)物積累，有抑制作用，是絕對厭氧環(huán)境，有干發(fā)酵、濕發(fā)酵；而瘤胃系統(tǒng)中，產(chǎn)物迅速排除，處于交替微氧環(huán)境，干濕交替條件。根據(jù)這些不同我們開發(fā)的系統(tǒng)效率大大提高，僅僅需要5-6天的停留時間。
  
　　② 餐廚與廚余垃圾乙醇化技術路線
 
　　餐廚垃圾和廚余垃圾處理，仍然可以吸收仿生角度的研究經(jīng)驗。此前，傳統(tǒng)反應器采用恒定pH，在5-6之間，需要不斷投加堿度，產(chǎn)物主要是有機酸。如果不調控pH，系統(tǒng)pH會降低至4以下，同時發(fā)現(xiàn)酸化產(chǎn)物中有乙醇產(chǎn)生，但是轉化率較低。研究團隊控制不同的pH條件，研究了不同的產(chǎn)物構成。同樣，團隊觀察了不同溫度和pH條件下的反應情況，進行優(yōu)化，以此來確定最優(yōu)反應條件。從而確定了優(yōu)化的產(chǎn)乙醇的路徑的廚余垃圾處理技術路線。

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