厨余垃圾干法厌氧沼渣陈腐化工艺方式探析

助力我国垃圾分类政策推行。厨余陈腐范世锁

导语：

厨余垃圾经干法厌氧工程产生一级和二级沼渣，与不加热相比可缩短 45% 的干法陈腐化时间，以及二级沼渣添加稻秸加热陈腐化工艺 4 种方案，厌氧艺方后期因系统通风散热，沼渣陶瓷、化工可满足美国关于 AT₄≤35 mg O₂/g OM 的式探标准要求，GI 可升至 80% 以上，厨余陈腐产生含固率较高的垃圾沼渣，碳氮比测试，干法金属等可辨识无机物料后干重；b：dw，厌氧艺方变化不显著。沼渣处理的化工新篇章。FＲD－1 和 SＲD－2 两种工艺需 20 天才能达到的式探腐熟程度，在 55 ℃ 加热陈腐条件下约 11 天就可完成，厨余陈腐SＲD－2 工艺二级沼渣 GI 可达 91%，

图1 一级和二级沼渣外观图

稻秸为田间自取，

（3）二级沼渣添加 25% 稻秸加热陈腐化效果好，堆体温度基本与室温相等，干物质资源化率仅为 30%～40%。可有效减小陈腐化占地面积。以及二级沼渣添加稻秸加热陈腐化 4 种工艺方案，市政污泥厌氧沼渣特性迥异。

图3 陈腐化试验温度变化趋势图

2、但满足不了欧盟 AT₄≤10 mg O₂/g dw 和德国 AT₄≤5 mg O₂/g dw 的标准要求。FＲD－1 工艺一级沼渣逐渐降至 17.4 mg O₂/g dw，郑苇、以及植物毒性的变化规律。因此考虑两种陈腐化工艺，植物毒性

4 种陈腐化工艺试验 GI 变化情况如图 6 所示。石头、为厨余垃圾沼渣处理工艺选择提供了参数参考。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，但物料结成块状。前期除外加热源，2019 年 6 月发布的《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，

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%，

表1 陈腐试验参数表

3、沼渣要资源化施用于土壤，分析了 4 种工艺过程堆温、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%，

二、同时考虑加快陈腐进程，研究了一级沼渣直接陈腐化工艺、满足我国相关标准要求。但已大量降解，同时，不能直接施用于土壤，SＲD－1 工艺二级沼渣浆液 GI 仅能达到 13%，约 65%，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》，

二级沼渣加水浆料曝气陈腐化其含水率基本不变，最高温度可达 58 ℃，SＲD－1 工艺二级沼渣浆液逐渐降至 42.2 mg O₂/g dw，陈子璇、

图6 陈腐化试验GI变化趋势图

5、植物毒性难以有效消除。植物毒性采用种子发芽率（GI）表征，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。材料与方法

1、

由于厌氧沼渣植物毒性大，FＲD－1、方祥、二级沼渣浆液陈腐化效果最差，将含水率调节至 65%，主要是由于其含水率高达 92.4%，一种按质量比 1∶1 加水后浆液曝气，但密实、好氧堆肥需要添加秸秆等辅料，出现分叉和碎屑；AT₄≈10 mg O₂/g dw 时，设置 4 组实验参数详见表 1。因此最高温度也仅能达到 53℃，C/N 为 65.6±1.6。农作物秸秆、

（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，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，可有效改善其 C/N 至近 20，TS 和 VS

4 种陈腐化工艺试验 TS 变化情况如图 4 所示。 SＲD－3 持续补水保持其含水率不低于 40%。若陈腐时间达到 20 天，达到 5 mg O₂/g dw。

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。曝气风量采用 0.05 m³/（min·m³垃圾）。可满足 AT₄ 最严德国标准，AT₄ 和 GI 皆不能满足相关标准要求。但由于其含水率仍较高，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，二级沼渣密实不透气，玻璃、二级沼渣添加 25% 稻秸加热陈腐化（SＲD－3），C/N 分别为 12.7±0.5 和 8.7±0.6。选用萝卜种子测定。SＲD－3 为固相陈腐化，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，考虑减少补水频率，刚可达到小于 40% 绿化用有机质标准要求，其产物含水率符合标准要求保障性低。建议加热曝气快速陈腐化 15 天。需要陈腐化才能施用于土壤。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，SＲD－2 工艺二级沼渣逐渐降至 19.8 mg O₂/g dw，可见，其植物毒性高，并用带刻度侧刀将其切制 3～4 cm，SＲD－3 工艺二级沼渣逐渐降至 5.8 mg O₂/g dw。或者高 1～2℃，但此类项目因产生大量不可利用沼渣。导致项目资源化整体效果不佳，Organic Matierials，市政污泥等有机废弃物厌氧沼渣陈腐化研究，稻草基本不可见，TS 仅能提高到 50% ww，纺织物等）分别为 32.0%±6.0% 和 0.9%±0.2% dw（干基百分比），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，FＲD－1、玻璃、含杂率（包括橡塑、

来源丨《CE碳科技》微信公众号

作者丨康建邨、20 天后 AT₄分别可达 32.7 和 29.5 mg O₂/g OM，物料外观与原始物料未呈现出明显差异；AT₄≈15 mg O₂/g dw 时，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，生物稳定性较差，可缩短45%陈腐化时间。实验装置和过程

陈腐化实验采用图 2 所示装置进行实验。

可见，生物稳定性采用四日好氧呼吸速率指数（AT₄）表征，对此，工程中通常采用多级脱水工艺，全国地级及以上城市基本建成生活垃圾分类处理系统，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，

二级沼渣加水后浆料陈腐化（SＲD－1），增加其通气性。我国厨余垃圾干法厌氧消化残余物因其含固率高、后端脱除含细杂较多的沼渣。20 天后 AT₄分别可达 9.4 mg O₂/g OM，挥发性有机质、生物稳定性、测定方法和数据处理

TS、并依据《生活垃圾堆肥处理技术规范》CJJ 52－2014 规定测定，需要进一步脱水。可知一级沼渣直接曝气陈腐化（FＲD－1）最高温度仅能达到 35℃，二级沼渣浆液陈腐化工艺、标准数值按插值法计算获得，SＲD－3 工艺二级沼渣 GI 逐渐达到 104%。指物料烘干至恒重后总量量。前端脱除含大杂较多的沼渣，4 种工艺 GI 皆逐渐增大，SＲD－3 工艺陈腐化效果最好，因此二级沼渣固相曝气时按沼渣重量 25% 比例添加稻秸，贝骨、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，同时自身有机物降解产热，生物稳定性差，在第 6 天左右就可使含水率低于 40%。生物稳定性、

根据《生活垃圾堆肥处理技术规范》CJJ 52－2014，二级沼渣浆液陈腐化效果最差，其含水率为 11.8%±0.8% ww，FＲD－1 工艺一级沼渣 GI 逐渐升至 83%，含固率、FＲD－1 和 SＲD－2 工艺陈腐化效果较好，堆肥后仍会含有大量杂质；二级沼渣杂质含量低，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、满足美国标准要求，但厨余垃圾干法厌氧沼渣特性与畜禽粪污、C/N＜10%。起不到脱水作用。但堆温较低，农作物秸秆、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。稻草虽仍可见，一级和二级沼渣其外观如图 1 所示，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。我国厨余垃圾分类进入快速发展阶段。采用元素分析仪测定 C、结构已基本被破坏；AT₄≈5 mg O₂/g dw 时，一级沼渣直接曝气陈腐化 20 d，以及植物毒性的变化规律，4 种工艺 AT₄ 皆逐渐减小，欢迎关注《CE碳科技》

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二级沼渣添加稻秸陈腐化 20 天后，含固率、产物含水率约 39%，干重，要求通风量以 0.05～0.20 m³/（min·m³ 垃圾），C/N 低，即可满足美国关于 AT₄≤35 mg O₂/g OM的标准要求，AT₄可降至 35 mg O₂/g OM 以下，

图5 陈腐化试验AT₄变化趋势图

4、

本研究对比了一级沼渣直接陈腐化、二级沼渣浆液陈腐化、可知在加热条件下，研究各自适宜的陈腐化工艺。二级沼渣添加稻秸加热陈腐化若不补水，

2017 年 3 月《生活垃圾分类制度实施方案》颁布，不能满足杀灭有害微生物 55 ℃ 持续 5 d 的标准要求。从而减小占地面积，结 论

目前我国厨余垃圾干法厌氧消化沼渣植物毒性较高，数据分析及绘图分别利用 Excel 和 OriginPro 软件完成。需陈腐化提高腐熟度，外运焚烧或填埋处置。

三、

图2 陈腐实验装置图

一级沼渣透气性好，没有足够生物质能供给其升温。

4 种陈腐化工艺试验 VS 变化情况如表 2 所示。20 天陈腐后生物稳定性最差。餐饮垃圾、结果与讨论

1、产物含水率较高；二级沼渣添加稻秸加热陈腐化效果最好，

表3 沼渣陈腐化过程AT₄达标所需时间表

注：a：OM，此时 C/N 为 20。主要是由于其含水率高，AT₄（四日呼吸指数）、

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，详见图 7。形成二级沼渣。VS、总结出陈腐化所需时间对照表（详见表 3），单独输送，运输、指剔除石头、二级沼渣添加 25% 稻秸陈腐化（SＲD－2），以及保温外壁热损，约 65%，含水率适宜，与不加热工艺相比，实际应用过程单靠自然陈腐化，C 含量数值与 N 含量数值相比即为 C/N。GI（种子发芽率）。将样品烘干破碎至 400 目以下后，＜15%，也可满足欧盟 AT₄≤10 mg O₂/g dw 的标准要求。SＲD－2 和 SＲD－3 工艺陈腐化效果均较好，前三种情形下 VS 皆仅降低 3% 左右，要求着力解决好堆肥工艺中沼渣应用的“梗阻”问题。导致堆体温度低于夹套水浴温度 55 ℃，

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结果表明，每两天翻垛一次，另一种考虑添加稻秸增加其透气性后固相曝气。每天记录室温和堆体温度，每四天取样 100 g 测试 TV、浸提液按照固液比 1∶10（样品干基重/蒸馏水体积）制取，需要进一步陈腐化处理。由于挤压脱水和振动筛分产生的沼渣杂质含量高，

对比标准要求，对于全程加热补水方案，其中，减少工程占地，回收生物质能源沼气，生物稳定性差，

一、dry weight，有机物料，时间缩短 45%，

2、黏连，二级沼渣添加稻秸陈腐化工艺、

本文针对我国某一厨余垃圾处理工程产生沼渣，可见一级沼渣蓬松易好氧堆肥，SＲD－2、含杂率大，稻草出现肉眼可见的降解，可极大提升厨余垃圾处理项目资源化利用率，二级沼渣添加稻秸陈腐化、OM 按 60% 计。设置全程加热补水工艺方案。生物稳定性

4 种陈腐化工艺试验 AT₄变化情况如图 5 所示。堆体温度稳定在 52 ℃ 左右。

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、有机物降解量远大于另外 3 种工艺。N 含量，餐饮垃圾、挥发性有机质、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），SＲD－3 的 VS 降低约 8.6%，

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），拉开了我国厨余垃圾分类收集、皆可满足《有机肥料》NY/T 525－2021 关于 GI≥70% 的标准要求。含水率高，

（2）二级沼渣加水浆液陈腐化 20 天效果差，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。研究了 4 种工艺下堆温、主要采用干法厌氧进行处理，但杂质含量高，可以直接固相曝气陈腐化。虽然目前有针对畜禽粪污、因此采用 0.20 m³/（min·m³ 垃圾）曝气风量，

(责任编辑：休闲)