餐厨垃圾预处理技术——厌氧消化
垃圾的排放,特别是食物垃圾餐厨垃圾的排放,被认为是当今主要的环境问题之一,因为食物垃圾的产生量不断增加,达到全球所有食品产量的 32%。有许多不同的选择可以应用于废物处理的管理和评估,而厌氧消化似乎是最合适的解决方案之一,因为它可以以沼气形式产生可再生能源。
餐厨和厨余垃圾的产生对社会、经济和环境领域产生了显着的影响。例如,由于填埋场饱和导致的土壤枯竭,或对农业原材料的地面需求以及随之而来的土壤污染。食物垃圾 和 食物损耗还会在运输、储存和配送操作、由于甲烷排放导致的垃圾填埋处理或其他处置操作(如焚烧)中排放温室效应气体。社会影响与过度资源消耗的道德行为有关,经济影响可能归因于与食物浪费相关的成本。那么对餐厨垃圾应该采用什么预处理技术比较好呢?
厌氧消化是一种通过微生物消化厌氧条件下残留物的有机部分来产生沼气(富含甲烷的气体)的过程。厌氧消化的结果,称为沼渣,可以作为残留物(体积较小)或作为农业肥料使用的副产品处理。厌氧消化过程代表了一种回收(以能源和工业用作肥料的形式)和垃圾填埋处理减少的方式,是一种较好的餐厨垃圾预处理技术。
在过去的几十年中,厌氧消化的研究和应用一直在增长,原因有很多,特别是它适用于处理任何种类的可生物降解残留物,厌氧消化技术非常适合做餐厨垃圾预处理,因为它的成分和水分含量较高。一般而言,碳水化合物和蛋白质在转化速度更快的普通沼气产量中被引用。相反,脂质呈现出较慢的生物降解性发展,但它们提供了更高水平和质量的沼气 。
在消化颗粒有机物时,通常采用预处理来增加底物溶解度并加快生物降解速率。水解,包括“崩解阶段”,被认为是厌氧消化的阶段和限速步骤,因为它的目标是准备 有机物质 以进行可行的消化。如果增加对底物的可及性,则转化率也会显着提高,并且该过程不会中断。因此,预处理是对底物的任何先前作用,以削弱其细胞壁和结构,通过允许酶和产甲烷菌消耗细胞内的有机化合物来促进水解。
厨余垃圾,餐厨垃圾预处理可以分为各种类别,例如机械和物理预处理,化学预处理,热预处理和生物预处理。机械和物理预处理的基础是从有机物质 中分离出大的和不需要的材料,并减小其粒径,因为增加的接触表面允许底物和微生物之间更好的接触和相互作用。如果颗粒尺寸充分减小,甲烷产率可提高多达 40%。减小粒度的最常见程序是研磨、螺旋压榨、圆盘筛或使用磁铁方法的破碎机。例如,研究人员发现,在厌氧处理之前研磨 餐厨垃圾 时,沼气产量提高了9-34%,如果底物粉碎,沼气产量提高 20% 或沼气和甲烷产量增加 94%。然而,粒径的过度减小会导致水解过载和随后的挥发性脂肪酸积累。据报道,在处理碾碎的 食物垃圾时,会导致产甲烷反应崩溃。如下表格:
预处理技术 | 基质 | 影响因素 | 结果和改进 |
---|---|---|---|
机械和物理预处理 | |||
螺旋压力机和筛分 | 固体有机物 | 分离不需要的物体和尺寸 | 沼气产量增加了15% |
研磨 | 固体 | 尺寸减小(2.5-8mm) | 甲烷产量提高了9%-34% |
铣削 | 固体 | 过度减小尺寸 | 由于水解过载导致了挥发性脂肪酸积累 |
粉碎 | 前锋+SS | 尺寸缩小 | 沼气产量增加了10%-25% |
压力(10bar)+减压(1bar) | 固体 | 细胞壁破裂,增溶作用 | 沼气产量增加了35% |
厌氧消化是回收食物垃圾的可靠和可行的解决方案和技术。在经济、社会和环境方面,它似乎是最佳的废物管理选择,因为它是一种低排放的可再生能源。目前仍需要对该过程有更透彻的了解,以确保微生物降解的适当发展和稳定性。