暗河式生活垃圾干发酵处理研究  
冷成保 肖 波 扬家宽 柳小荣 孙 萍(华中科技大学环境科学与工程学院，武汉430074) 
 
摘要 提出了生活垃圾的暗河式干发酵处理研究及其工艺设想。经实验证明这种处理方法的优点是垃圾处理量大、垃圾可以得到及时即地处理、占用土地少等。是一种较理想的垃圾处理新思路。
关键词 暗河 生活垃圾 干发酵 沼气

1 前言
    近几十年来，我国城市生活垃圾平均每年8.9％的速度增长，目前，全国城市生活垃圾产生总量已达1亿多吨，仅武汉市区生活垃圾年产生量就有近200万t。由于垃圾未能及时处理，已形成了生活垃圾包围城市的严重局面。
    由于诸多原因，长期以来，环卫工作者围绕城市生活垃圾的收集、贮运、处理付出了巨大的代价，但是效果仍然不是十分显著。重要原因是，城市生活垃圾中易腐烂垃圾的分流问题总是未予解决。易腐烂垃圾包括瓜皮果壳、莱梗败叶、残羹剩饭、家禽鱼类屠宰抛弃的内脏等，它们约占城市生活垃圾总量的50％以上，如果不及时地加以减量分流，这些易腐烂垃圾在收集、清运中污染环境，是最终导致垃圾处理失败的主要原因。处理这一类垃圾迫切需要寻求一种及时、快洁、有效的方法。在此提出了暗河式生活垃圾干发酵处理研究，实验证明它是一个十分有效处
理易腐垃圾的方法。

2 暗河式生活垃圾干发酵研究
2．1 干发酵
    干发酵，即高固体厌氧消化，可以将传统的污水污泥厌氧消化工艺中固含量由低于8％，提高到干发酵的35％以上。相对于低固体厌氧消化，干发酵处理垃圾的优点很明显：(1)提高了池容产气率和池容效率；(2)需水量低或不需水，节约了水资源；(3)消化后的产品不需脱水即可作为肥料或土壤调节剂使用，简化了处理操作，降低了成本。这些优点使干发酵在处理城市生活垃圾方面引起了国内外研究者的广泛重视。
2.2“暗河”及其处理过程
    “暗河”式垃圾消化示意装置如图1所示。垃圾是在埋入地下的管道中完成消化的，在管道中的消化过程犹如河水在河流中的流动，故喻称作为“暗河”。这种装置的最大优点是不占用土地资源，因而可以安装在垃圾的产生源地，使垃圾得到及时资源化处理。垃圾在暗河中干发酵主要过程如下：经手工分选并破碎后的生料与出料口卸出的熟料按一定比例混合后由“暗河”人口进入缓冲区，进行水解、酸化降解和初步发酵，并在重力作用下缓慢流入主发酵区进行发酵处理。随着生料的不断加入和熟料的不断卸出，垃圾逐步流动，最后到达出料缓冲区，此时，垃圾中大
部分有机成分已经消耗完全，垃圾得到了无害化、资源化和减量化处理。卸出的熟料一部分与生料混合提供菌源，另一部分作后处理。整个处理过程结束。
    在结构上，为了防止在加料时沼气的逸出和空气的进入，在加料缓冲区与主发酵区之间设置了竖档板；同时为了预防垃圾在暗河内无秩序堆放而造成的堵塞而设置了横档板，为了加料方便而特别设置了手柄。

3 研究步骤和项目
3．1 实验装置和仪器
    本实验所使用装置为管式厌氧反应器(外包有温度控制系统的水流式加热套)模拟暗河，管道规格为Ф150mmx6000mm。使用的破碎机为筒型剪切式破碎机。
3．2 实验条件、实验项目以及分析项目
    本实验建立在前一段时间垃圾静态实验的基础之上，所选择的实验条件为：进料粒径较小(经破碎机充分破碎处理)，厌氧反应温度采用高温，设定为55℃。主要分析项目包括固含量，产气速率(通过收集所设时间内气体产量得出)，气体成分，pH值等。

4 结果与讨论
4．1 垃圾的预处理
    本实验所用垃圾来自华中科技大学主校区集贸市场，垃圾主要成分为蔬菜的剔除物，包括菜叶、梗，茎等，同时也含有少量的动物如鱼、鸡、鸭等内脏。总体说来垃圾成分简单，所以在流程图中没有进行复杂的垃圾分选(事实上，在垃圾源头即地处理垃圾都可以只做到简单的分选)。这些集贸市场垃圾被收集来后，和少量猪粪一起加入到垃圾破碎机中破碎以减小垃圾的粒径，破碎后的垃圾取样分析C/N，如达到要求则将其与刚从反应器中卸出的熟料混合后加入到反应器中进行厌氧消化，否则加入猪粪调节直至达到要求为止。
4．2 干发酵固体含量对实验的影响
    控制总C/N在满足有利于厌氧消化顺利进行(为30：1左右)的情况下，对垃圾总固体含量从8％-40％进行实验.    
    从图2中可以看出，垃圾固体含量越高垃圾产气速率越大，固体含量似乎可以继续增大，其实不然。因为垃圾厌氧消化过程有3个阶段：水解、酸化和产甲烷阶段，在快速水解阶段完成后进人下一个相对时间较长的阶段——酸化。在这个过程中，产生的挥发性有机酸(VFA)含量维持在很高的水平(最高可以达到4000mg/L以上)，如此高的VAF会严重抑制厌氧产甲烷细菌的生长和繁殖，导致整个厌氧消化周期的延长，不利于垃圾的快速消化。另一方面，过高的垃圾固含量也不利于垃圾的流动或搅拌，给出料和加料带来麻烦，结果使生料中厌氧菌严重不足，熟料中厌氧
菌因得不到必须的营养而抑制其生长和繁殖，导致厌氧消化的变慢甚至停止。所以，采用干发酵固含量最好控制在适当的范围以内。本实验研究结果表明，25％—30％是较理想的范围。
4．3 厌氧消化过程中pH值的变化 
    厌氧消化过程中存在一个明显的酸化产酸过程。这个过程主要是一些好氧茵和兼氧茵的呼吸作用；消耗存在于垃圾中的少量氧气。所产生的VFA主要成分为低碳酸如乙酸等，在整个厌氧消化过程中，是有利的。但如果VFA含量太高，也会抑制厌氧过程。本实验得到的垃圾厌氧消化过程中pH值的变化如图3所示。
  4．4 气体成分分析
    在干发酵过程中所产生气体的主要成分为甲烷和二氧化碳，同时蛋白质以及脂肪类物质经厌氧菌消化后产生有少量如硫化氢、氨气等恶臭气味的气体。这类气体虽然很少量，但在提供的商品沼气中一定要先处理掉，否则难以使用户接受。厌氧反应进人稳定期之后，所产生的气体成分相当稳定，附表和图4表明了这一点。4．5 实验中遇到的问题
    本实验第一次提出了垃圾的暗河式干发酵处理，虽然厌氧技术早已发展成熟，但在本实验中还是遇到了不少问题，主要表现在：
    (1)干发酵过程酸化阶段产生的VFA积累有时候严重抑制实验的顺利进行；
    (2)在生料与熟料混合和加料出料过程中易引入少量空气，不能保证完全的厌氧环境；
    (3)管式厌氧反应器给搅拌带来了困难；
    (4)高固体含量流动性较差。
    解决的方法是尽可能地充分破碎以降低垃圾的粒径；加料与出料操作速度尽量快一些，垃圾经破碎后尽可能地多放置一段时间，如果进行适当的搅拌效果会更好；检查实验装置，确保其处于密封状态；控制固体含量在25％-30％之间，保证有一定的水分以利于搅拌和垃圾的流动；通过采取以上措施，可以比较好地解决实验过程中遇到的很多问题。

5 结论
    实验证明，城市生活垃圾采用本装置和技术处理后，不仅可以大量处理垃圾，使其得到及时即地处理，避免了此类垃圾的收集和运输带来的麻烦，清洁了环境；还可以产生能源物质——沼气和提供优良的垃圾肥料。

参考文献
1 藏文超．我国城市生活垃圾现状与管理问题．环境保护，1998．(8)：41—43．
2 超蜀等编著．城市生活垃圾处理工程．重庆：重庆大学出版社，1994．
3 振成主编．固体废物利用及处理．西安：西安交通大学出版社，1987．
4 王中民主编．城市垃圾处理与处置．北京：中国建筑工业出版社，1991．
5 张光明．城市垃圾厌氧消化产酸阶段研究．重庆环境科学，1998．20(1)：35—37．

第一作者 冷成保，1974年6月出生，男，硕士研究生，从事垃圾处理研究，已发表论文2篇。