本文以廣州福山生物質處理廠為例，系統(tǒng)地介紹了厭氧消化工藝設備的應用，從原料特性、反應溫度、微生物菌群控制、終產物沼液、沼渣處置等方面，深入挖掘厭氧消化處理設施的功能拓展和資源化利用方式。
隨著全國生活垃圾分類工作的推進，尤其是在大型一線城市中，采用生物方法處理城市餐廚垃圾等有機廢棄物已成為主流。而在有機垃圾生化處理設施中，采用厭氧消化工藝的占絕大多數(shù)。這種工藝有一系列的重要優(yōu)勢，比如，適應性強，能夠處理成分復雜的各類餐廚垃圾等有機廢棄物；節(jié)能降耗，運行成本低；能夠產生沼氣清潔能源等。
一、廣州福山生物質綜合處理廠厭氧消化處理系統(tǒng)運行狀況
（一）厭氧消化系統(tǒng)
廣州福山生物質綜合處理廠的厭氧消化系統(tǒng)主體包括7套并聯(lián)運行的全混式厭氧消化反應罐（總反應容積6.3萬立方米）和4套有機垃圾水解酸化罐。系統(tǒng)前后端分別配套有機垃圾的預處理系統(tǒng)、沼液脫水設施和沼氣綜合利用設施。
整體厭氧消化系統(tǒng)針對餐廚、廚余垃圾、城市糞污和動物固廢四類有機質垃圾進行生化處理。每日進入系統(tǒng)內的有機質垃圾漿料超過1600噸（經(jīng)預處理后），四類有機質垃圾漿料的組成比例隨實際垃圾進廠量存在明顯波動。
（二）總體運行狀況
自投運以來，該處理廠已經(jīng)穩(wěn)定運行超過兩年，各項指標及處理效果均保持優(yōu)越狀態(tài)。主要表現(xiàn)為（以下均為日均值）：有機質分解率90%以上，罐內物料的VFA500mg/L以下、堿度12000mg/L以上，微生物菌種的有機質比例長期穩(wěn)定在約45%水平，厭氧消化后沼液COD3000mg/L以下。數(shù)據(jù)表明，聯(lián)合厭氧消化系統(tǒng)運行穩(wěn)定、有機垃圾被高效分解，產生更多的資源產品沼氣、更少的二次廢棄物沼渣，以及更低濃度的廢水，從而降低后續(xù)污水處理成本和難度。
2021年運行狀況見圖1、圖2。
二、厭氧消化系統(tǒng)日常運行的精細化管理
（一）進料漿料的性狀控制
要實現(xiàn)厭氧消化系統(tǒng)的穩(wěn)定高效運行，進料控制是基礎條件，主要控制參數(shù)包括進料TS、有機質含量、溫度、油脂含量等。
1.進料TS與有機質濃度控制。雖然理論上來講，進料TS濃度越高越好，其能產生更長的停留時間和更少的沼液產生量。但是實際運行中，需要綜合平衡物料輸送和厭氧消化系統(tǒng)內攪拌強度的可行性。根據(jù)實際運行經(jīng)驗，對于進入?yún)捬跸到y(tǒng)的漿料TS濃度一般控制在10%～12%。
通過對各類垃圾進行預處理，尤其是對餐飲、廚余垃圾進行分選除雜、制漿、除砂、提油等一系列預處理，去除其中的金屬、塑料、砂礫等無機質雜物，實現(xiàn)漿料TS中的有機質占比（VS/TSS）達到90%以上，減少無機雜物進入系統(tǒng)造成沉積。
2.溫度控制。穩(wěn)定的反應溫度是獲得良好厭氧消化效果的必要條件。本項目采用中溫厭氧消化，厭氧系統(tǒng)需保持35℃～38℃的反應溫度，通常進料溫度高于反應溫度并維持厭氧消化系統(tǒng)的環(huán)境溫度。
綜合考慮各項熱損失并結合實際運行經(jīng)驗，進入?yún)捬跸到y(tǒng)的漿料溫度需控制在45℃～50℃。日常運行也需每日檢測厭氧系統(tǒng)溫度，并根據(jù)實際情況對進料溫度進行調整。一旦出現(xiàn)反應溫度劇烈波動，即需立即啟動換熱系統(tǒng)進行溫度調節(jié)。
3.油脂含量。油脂對厭氧微生物活動存在不利影響。油脂在厭氧反應器中降解很慢，需要相當長的停留時間，并會包裹厭氧污泥上浮，從而引起污泥流失。并且，油脂分解產生的長鏈脂肪酸的毒性較強，會顯著抑制產甲烷菌的活性，還會與Ca2+結合產生脂肪酸鈣沉淀�？傊�，油脂過多會抑制產氣，造成VFA（揮發(fā)性脂肪酸）升高，甚至有系統(tǒng)酸化的風險。因此，需對餐廚垃圾漿料進行充分的提油預處理，將漿料油脂含量控制在0.5%以下。
（二）厭氧消化系統(tǒng)日常運行主要控制參數(shù)及方法
厭氧消化系統(tǒng)日常運行控制參數(shù)主要包括：VFA、pH值、堿度、溫度、污泥濃度及污泥中有機物比例。具體控制要求及方法如下：
1.VFA與堿度。VFA與堿度是兩項直觀反映厭氧運行狀態(tài)的指標。VFA高、堿度低，表明厭氧中甲烷菌活力不夠、產氣進行不佳，同時，VFA的積累會抑制甲烷菌活性，進而造成惡性循環(huán)，系統(tǒng)有酸化的風險。國內同類設施的運行管理規(guī)范中，要求厭氧消化系統(tǒng)沼液中VFA/堿度小于0.25。系統(tǒng)沼液中，VFA/堿度值越低，整個厭氧系統(tǒng)越穩(wěn)定，有機質分解率和產氣效果越佳，越能耐受負荷沖擊。另外，VFA越低，外排沼液的COD濃度也越低，極大減輕后端污水處理壓力。
廣州福山生物質綜合處理廠的厭氧系統(tǒng)控制要求為VFA≤2000mg/L，實際運行則遠低于該值，VFA基本在500mg/L以下，而堿度則高于12000 mg/L，做到了VFA/堿度為0.05（詳見圖1、圖2），故而厭氧系統(tǒng)運行非常穩(wěn)定。
2.pH值。一般厭氧反應需控制pH值在6.8～7.8，超出該范圍對厭氧產酸和產氣反應不利。對于運行良好的系統(tǒng)，其VFA低、堿度充足，pH值一般在7.2以上。廣州福山生物質綜合處理廠厭氧系統(tǒng)的pH值基本穩(wěn)定在7.5±0.1。處理生活垃圾時，進料pH值較為溫和，一般不需額外調節(jié)。
3.溫度。如前文所述，本項目的厭氧系統(tǒng)需保持35℃～38℃的反應溫度，過高和過低均不利于厭氧消化反應。系統(tǒng)的厭氧罐高度達到20米以上，容積大，因此在罐內上、中、下不同高度安裝溫度傳感器，對罐內多點位溫度進行在線實時監(jiān)測，以便溫度偏離時及時發(fā)現(xiàn)并采取相應措施，及時調整�？刹扇〉拇胧┌ㄕ{整進料溫度和進料負荷等。
4.污泥濃度與污泥有機質含量。污泥濃度是保證厭氧處理效果的“核心”。要根據(jù)進料COD濃度和厭氧停留時間，確保容積負荷在合理范圍。為保證更好的厭氧處理效果，需保持厭氧污泥濃度在一定水平，但同時有機質濃度高則表明有機質未充分被分解產氣。本項目運行控制沼液TS達到2.8%～4%，VS/TS達到50%左右。
5.異常分析與處置。厭氧系統(tǒng)是個反應多樣性的綜合系統(tǒng)，各項指標相互影響。如指標出現(xiàn)較大偏差，需要逐一排查和分析可能造成偏差的原因，針對原因采取針對性的調整措施，以便盡快恢復系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運行。
如系統(tǒng)出現(xiàn)酸化趨勢，則除滿足溫度、pH值等基本條件之外，還需控制進料量，降低厭氧系統(tǒng)的COD容積負荷，使系統(tǒng)酸化得以減輕。系統(tǒng)運行趨于正常后，厭氧系統(tǒng)的負荷也需穩(wěn)步提升，觀察和檢測各項指標數(shù)據(jù)，根據(jù)情況作合理調節(jié)。
三、剩余沼渣制有機肥經(jīng)驗與沼液制液態(tài)肥的可行性探索
有機垃圾通過厭氧消化系統(tǒng)處理后，一般將產生85%比例以上的沼液污水和5%～8%的剩余沼渣（均以進料垃圾總量計）。此兩部分物料如不進行資源化利用，將反過來帶來高昂的污水與廢渣處理成本。
（一）沼渣制有機肥的相關政策與技術要求
根據(jù)廣州福山生物質綜合處理廠的實際經(jīng)驗，沼渣可以銷售給有機肥廠家作為制有機肥原料，從而實現(xiàn)資源化利用。
1.沼渣制有機肥有關政策支持。一是根據(jù)《一般固體廢物分類與代碼》（GB/T 39198-2020）分類，有機廢棄物厭氧消化處理產生的沼渣屬于一般固體廢物。二是根據(jù)《有機肥料》（NY/T 525-2021）中附錄B《評估性原料安全性評價要求》，沼渣/液符合安全性評價后可以作為有機肥料生產原料。其中安全性評價指標主要為重金屬含量等，需提供生產工藝說明、檢測報告等佐證材料。
2.沼渣制有機肥相關環(huán)保手續(xù)辦理。沼渣產生單位可以委托有相應資質的單位進行沼渣堆肥利用，雙方簽訂合同，產生單位需建立沼渣產生、轉移處置的全過程管理臺賬，并獲得接收單位對每車沼渣的簽收單，以形成閉環(huán)管理。如跨省轉移利用的，根據(jù)《中華人民共和國固體廢物污染環(huán)境防治法》第二十二條的規(guī)定，沼渣產生單位報移出地的省人民政府生態(tài)環(huán)境主管部門備案即可。
此外，制肥單位為更利于制肥及成本管控，對沼渣含水率要求較低，且制肥單位一般遠離市區(qū)，沼渣需長距離運輸。因此，為降低成本、滿足制肥和運輸要求，一般需將沼渣含水率控制在60%～65%，運輸車做好密閉。
3.廣州福山生物質綜合處理廠沼渣綜合利用情況。廣州福山生物質綜合處理廠厭氧沼渣主要有兩種處置去向，一種是作為有機肥料生產原料外運利用，另一種是作為廢渣送焚燒發(fā)電廠焚燒處置。目前多以外運利用為主。以2021年3月數(shù)據(jù)為例，沼渣外運利用占比達到93.69%。
（二）沼液制作液態(tài)肥的可行性探討
尤其在西歐國家，有機廢棄物厭氧消化處理后的沼液只要滿足鹽度和重金屬控制目標，即可作為液態(tài)有機肥（或基礎肥）直接回田。這樣不僅節(jié)約大量處理成本，還實現(xiàn)了資源化利用效益。
我國對厭氧沼液的綜合利用尚處在摸索階段。在進行技術研發(fā)的同時，還應考慮到政策問題。目前，我國對利用生物廢棄物進行厭氧消化的沼液回用作肥的有關環(huán)境政策和肥料標準尚缺乏。在一些地方，沼液還可以歸類為“污水亂排”。所以，在全工業(yè)中，沼液的綜合利用一直是比較緩慢的。
作者認為，應由國家有關部門和有關部門共同制定有關沼液回用的政策和管理措施，以取得較好的經(jīng)濟效益和社會效益。
四、厭氧消化設施功能擴展的相關建議
運行正常的有機垃圾厭氧消化設備具有較強的“兼容性”，可以將餐飲、廚余、城市糞便、食品、城市污泥等有機垃圾進行綜合處理。這種兼容性是一舉兩得的。擴大設備的作用，可以帶來較好的社會效益和經(jīng)濟效益。另一方面，由于各種物質的加入，使整個厭氧菌體系的多樣性得到提高，從而使生物反應體系更加穩(wěn)定。
以廣州福山生物質綜合處理項目為例，目前除處理四類有機廢物外，每天還協(xié)同處理城市污水廠的污泥約50噸。運行實效表明，新增污泥處理后，參與反應的微生物明顯增多。以每毫升沼液中微生物菌落數(shù)計（cfu/mL），活菌數(shù)量增加約15%，達到108～109cfu/mL。經(jīng)過16SrRNA基因檢測，厭氧微生物豐度和多樣性也明顯增多。
五、結語
利用生物降解技術對有機廢物進行無害化處理，可以產生沼氣、肥料等資源性產品。未來，垃圾處理企業(yè)要不斷深入結合實際，不斷探索、研發(fā)、推廣更好的工藝、更高效的設施設備，不斷提高設施運行精細化管理水平，積極開拓資源化利用渠道，實現(xiàn)有機廢棄物充分地無害化和資源化處理。
