厨余垃圾分类盛宴后的处理问题

       导读：谈到有机垃圾，自然要谈它的最终处理方向是什么。在前一轮发改委五批示范工程支持下，根据统计，厌氧处理是主要的一项技术。应该可以判断，我国厨余垃圾今后的技术方向主导将是厌氧。综合来看，这对于生物天然气行业是重大的利好消息。实际上，半个世纪以来，厌氧消化除了在池型、材料、搅拌等方面改进外。今天主要讲两条技术路线：新型仿生工艺，餐厨与厨余垃圾乙醇化技术路线。
近年来，垃圾分类的推进在如火如荼地进行。而垃圾分类的下一步，离不开各种细分垃圾处理技术的探讨。12月20日，在E20环境平台、中国城市建设研究院有限公司联合主办的“2019(第十三届)固废战略论坛”中，清华大学环境学院教授王凯军和与会嘉宾分享了热点之后的一些冷思考。
 
　　一个段子
 
　　垃圾分类热潮后，将厨余垃圾分开的城市很多。最近去了一些城市，发现现在关于分类后垃圾处理费用问题的有许多争议，使我想起了下面的段子。
 
　　一个老农拉着一百斤的葱进城去卖葱，一元一斤。聪明的城里人跟他说，不如你卖给我葱白七角一斤，葱叶三角一斤，加一起也是一元钱。老农一听有道理呀，很快把一百斤的葱卖出去了。老农没有城里人聪明，一百斤葱应该卖一百块钱，最后他只卖了58块钱。
 
　　现在的分类也有类似的问题。技术人员和政府说应该分类，但分类以后，厨余每吨处理成本不低于300元，剩下的还需要焚烧。焚烧领域早已实现了火热化，便宜的20元左右每吨就能处理。这么一看，似乎整体垃圾的处理成本上升了。有些城市领导就算不过来账，认为这样多花了很多钱，钱从哪来？这背后的逻辑不作细说，涉及资源回收、减排、社会成本等诸多方面。但这个质疑给从事厨余垃圾处理的人带来一个问题：是否真的需要这么多钱？有没有更好的办法？今天主要分享的内容就是在这方面的研究和思考。
 
　　政策引导的中国环境保护市场
 
　　垃圾分类相关产业都关注了2016年底12月26日的2016年中央财经领导小组第十四次会议。会议讨论了6件事，其中有3件事与环保紧密相关。包括国家能源局关于推进北方地区冬季清洁取暖，浙江省关于普遍推行垃圾分类的制度，农业部关于畜禽养殖废弃物处理和资源化。习近平总书记在会议上强调，要求普遍推行垃圾分类制度，并提出了“三化四分五原则”的总体思路：减量化、资源化、无害化；分类投放、分类收集、分类运输、分类处理；法治为基础、政府推动、全民参与、城乡统筹、因地制宜。
  
　　谈到有机垃圾，自然要谈它的最终处理方向是什么。在前一轮发改委五批示范工程支持下，根据统计，厌氧处理是主要的一项技术。应该可以判断，我国厨余垃圾今后的技术方向主导将是厌氧。上述提到的中央财经领导小组第十四次会议中的重要文件，一个涉及畜禽养殖，一个文件涉及到厨余。综合来看，这对于生物天然气行业是重大的利好消息。
 
　　技术探索
 
　　在做分类的时候就必须要考虑后端，后端处理离不开合适的技术。长期以来，厌氧技术取得了不小的成果，但是否能够应用到高含固率领域，包括厨余垃圾、餐厨垃圾、畜禽粪便这些有机垃圾中？实际上，半个世纪以来，厌氧消化除了在池型、材料、搅拌等方面改进外。在基本原理和工艺方面没有取得实质性的突破。这就导致在餐厨垃圾方面的应用，最多只能达到三公斤负荷，超过三公斤，就会有氨氮抑制等问题。在厨余垃圾领域，也会遇到一系列问题，如反应器比较低效，停留时间会超过30天，难水解，氨氮易酸化，产气比较低，系统不稳定等等。
 
　　如何解决？我们研究团队做了一些工作，今天主要讲两条技术路线：新型仿生工艺，餐厨与厨余垃圾乙醇化技术路线。
 
　　① 新型仿生工艺
 
　　技术突破不了，我们就需要回到原点，看看自然界是怎么降解垃圾。一片树叶在自然里头，很容易就被消化了。鲁迅名言“牛吃进去的是草,挤出来的是奶”描述的是整个同化作用的高效性。牛的负荷非常高，大于100 kg/(m3·d)；停留时间段，少于3天；TS转化率高，非常难处理的秸秆也可达到60-70%。按照这个思路，我们来对比瘤胃系统，然后仿照动物消化系统的原理来处理厨余垃圾。
 
　　与传统厌氧反应器相比，瘤胃系统呈现出几点不同。在微生物方面，传统厌氧使用的是厌氧污泥，瘤胃系统使用的是瘤胃微生物；传统厌氧反应器相对恒定pH，分为中温、高温、常温等条件；瘤胃系统则采用动态pH条件(5.5-6.8)，刚吃进“食料”时候是中性的，在消化过程中裂变成酸性，温度保持恒定(39℃)；传统厌氧反应器中产物积累，有抑制作用，是绝对厌氧环境，有干发酵、湿发酵；而瘤胃系统中，产物迅速排除，处于交替微氧环境，干湿交替条件。根据这些不同我们开发的系统效率大大提高，仅仅需要5-6天的停留时间。
  
　　② 餐厨与厨余垃圾乙醇化技术路线
 
　　餐厨垃圾和厨余垃圾处理，仍然可以吸收仿生角度的研究经验。此前，传统反应器采用恒定pH，在5-6之间，需要不断投加碱度，产物主要是有机酸。如果不调控pH，系统pH会降低至4以下，同时发现酸化产物中有乙醇产生，但是转化率较低。研究团队控制不同的pH条件，研究了不同的产物构成。同样，团队观察了不同温度和pH条件下的反应情况，进行优化，以此来确定最优反应条件。从而确定了优化的产乙醇的路径的厨余垃圾处理技术路线。

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