干式厌氧发酵技术是处置厨余垃圾的有效步骤之一，可能实现垃圾的减量化、资源化和无害化，同时拥有较低的能耗和环境影响 。
在沉庆某厨余垃圾处置项目中，通过设备引进和技术开发，卧式推流单轴搅拌干式厌氧发酵成套技术利用成功，获得沉要技术进展 。在 2024 年的陆续运行中，各单元运行不变高效，工艺参数安稳节造，获得了大量的技法术据 。日均单元垃圾产气量为 119.06 m3/t，日均容积产气率为 5.44 m3/m3，沼气组分不变在 55%~65%；有效节造脱水残渣的产生量和含固率，脱水残渣量/进料量始终节造在 40% 以下；沼液量少，沼液的含固率不变低于 1% 。
通过数据分析得到了干式厌氧发酵技术的关键节造指标：进料挥发性固体负荷 （以 VS计） 均匀值为 10.50 kg/（m?·d）；挥发性固体分化率均匀值为 77.39%；单元分化的挥发性固体产甲烷量 （以 VS 计）均匀值为 472.58 L/kg 。
目前，我国高含固率垃圾物料的厌氧处置技术的理论钻研尚不完整，项目运行中大部门不能达标达产，本钻研可为我国干式厌氧发酵工艺钻研提供理论和数据凭据，也可为干式厌氧发酵技术在我国厨余垃圾领域利用和推广提供技术支持 。
垃圾分类中的厨余垃圾重要指含有机质、易腐臭的生涯垃圾 。厨余垃圾的资源化利用是垃圾分类中的沉要环节，通过分歧的处置技术，能够实现厨余垃圾的减量化、资源化和无害化，削减环境传染的同时提升资源的循环利用效能 。 干式厌氧发酵技术已利用于处置厨余垃圾，通过在无氧前提下利用微生物分化有机物，产生沼气 （重要成分为甲烷和二氧化碳） 。厌氧发酵后产生的沼气可作为能源，而腐熟后的沼渣可作为泥土改进剂或有机复岳阳的造备资料 。 凭据物料的总固体含量分辨，厌氧发酵技术可分为湿式厌氧和干式厌氧 。湿式厌氧重要利用于处置含固率 15%以下的有机拔除物，如餐饮垃圾等，该技术已经成熟且利用案例较多 。干式厌氧重要利用于处置含固率 15%~35% 的固体废料，合用于市政、农业等领域的一种或多种有机拔除物的厌氧处置，如生涯垃圾分类后产生的厨余垃圾的规；写χ谩⑹姓污泥厌氧消化措置、农业拔除物的处置等 。 干式厌氧发酵拥有原料预处置要求低、沼液产生量少、能耗低、治理方便蹬着点 。欧洲的干式厌氧发酵技术较为成熟，如比利时的 Dranco、法国的 Valorga、瑞士的 Kompogas和德国的 LARAN 工艺等 。我国干式厌氧发酵技术起步较晚，目前大部门项主张工艺和设备还处在试验钻研阶段，必要不休的试验和索求，随着技术的利用和发展，干式厌氧发酵技术会在厨余垃圾资源化处置中阐扬沉要作用 。 近些年，我国已建成选取干式厌氧发酵技术的厨余垃圾处置项目，如岳阳市幼庙有机资源干式厌氧处置项目、上海老港厨余垃圾处置项目、沉庆某厨余垃圾干式厌氧处置项目等 。岳阳幼庙有机资源干式厌氧处置项目选取奥地利 STRABAG 的卧式推流多轴搅拌干式厌氧技术，由于工艺调试接种成效不梦想、厨余垃圾无机杂质含量较高导致罐内物料的 pH、氨氮、挥发性脂肪酸 （VFA） 等节造指标一向较高，试运行过程中物料出现酸化分层，面对清罐并沉新进行工艺调试的风险；上海老港厨余垃圾处置项目选取卧式推流单轴搅拌干式厌氧技术，在高温 （52 ℃） 运行时，固然产气量达到满负荷，但罐内物料的氨氮、VFA 等指标严沉偏高，清罐后选取中温 （42 ℃） 沉新调试，已经复原运行，但厨余垃圾进料量只能达到设计负荷的 70% 。 沉庆某厨余垃圾处置项目通过技术结合研发的方式，使卧式推流单轴搅拌干式厌氧发酵技术在厨余垃圾处置中成功利用 。项目自 2023 年 3月进料调试，在罐内参数不变的前提下逐步提升进料量，10 月实现满负荷运行，经过 1 个月的工艺优化后正式投运 。在 2024 年的运行中，获得大量运行数据，通过数据分析得到厨余垃圾干式厌氧处置系统不变运行的关键参数，可为干式厌氧发酵技术在我国厨余垃圾资源化方面的推广利用提供技术凭据和数据支持 。 厨余垃圾处置设施重要蕴含进料混料单元、干式厌氧单元、脱水单元和辅助单元等，选取两个系列联建 。单座干式厌氧罐体设计处置能力为100 t/d，满负荷运行产沼气能力达 10 000~12 000m3/d，厨余垃圾处置工艺流程如图 1 所示 。厌氧技术的重要工艺参数为物料进料含固率 15%~35%、进料有机物降解率 50%~60%、容积负荷 （以 VS计） 7~11 kg/m?、容积产气率 4~6 m?/m?、干式厌氧发酵罐停顿功夫 18~22 d、中温运行 。干式厌氧处置流程结构示定见图 2 。
干式厌氧发酵原料为预处置后的厨余垃圾，物料性质见表 1 。
进料混料设备重要蕴含带双轴搅拌职能的混料箱和高压柱塞泵，能够实现厨余垃圾在进罐前混合均质、密关供料 。混料箱内通过沼液回流、细沼渣接种、物料预热等措施实现急剧接种 。
罐体侧壁和顶部均选取钢筋混凝土结构，底部设置半圆弧形钢板承托物料，形成厌氧环境的密关隧路窑 。罐体中心设置卧式推流单轴机械搅拌器，并在进料端和出料端增长搅拌强度，预防物料梗塞，搅拌器桨叶的特殊设置与罐关心合，实现罐体无死角搅拌 。干式厌氧发酵罐有效容积为 2150 m3，物料以推流方式，从罐体进料端向出料端缓慢移动 。其现场照片见图 3 。
图 3 干式厌氧进料端、出料端、罐体结构和搅拌轴现场照片
当物料推送至出料端时，由出料柱塞泵将物料输送至脱水单元，出料口位于罐底，可将大部门的下沉无机物排出罐体，预防下沉物在罐内累积梗塞 。物料回流可能起到为新鲜垃圾接种的作用 。
脱水单元设备蕴含振动筛、螺旋挤压机、离心脱水机等 。厌氧发酵残存物进入振动筛进行高频振动筛分，筛上物再进入螺旋挤压机进行挤压脱水 。振动筛和螺旋挤压机的液相进入离心脱水机，经助凝剂改性后在离心力的作用下实现固液分离，沼液的含固率幼于 1%，排入污水处置系统 。螺旋挤压机的沼渣和离心脱水机的沼渣混合为发酵残渣，发酵残渣含固率大于 35%，一时表排点火措置，后期规划造备泥土改进剂或有机复岳阳 。
1） 厨余垃圾的供给 。生涯垃圾分类后的厨余垃圾选取破碎、筛分、磁选、风选等预处置工艺，在保留厨余垃圾中有机质组分的同时，减幼了物料粒径、降低了杂质含量，预处置后厨余垃圾供给干式厌氧系统，干式厌氧系统不增长暂存>3 d的腐臭变质的物料 。
2） 罐内物料 TS 的节造 。进罐物料 TS 对有机物的发酵和降解有显著影响，罐内物料 TS 的节造领域是 15%~35%，现实运行节造要求不低于20% 。
3） 罐内物料 pH 和温度的节造 。中温干式厌氧发酵罐内物料必要节造在产甲烷菌合适成长的pH 范 围 （7.0~8.0） 内 ， 即 中性至微碱性环境下 。干式厌氧系统选取中温厌氧发酵，通过蒸汽减压供热的方式保障厌氧发酵物料温度在（42±1）℃ 。
4） 罐内物料 α 的节造 。α 是 VFA 和总挥发性碱度（ALK）的比值（VFA/ALK），必要<0.3 。
5） 罐内物料性质的监测和节造 。物料发酵中存在混合不均匀的景象，搅拌器的翻抛保障了有机质的均匀性，预防部门酸化和物料分层 。在罐顶均匀散布 4 个取样点，用于取样分析，陆续监测罐内的物料个性 。
6） 辅料增长优化 C/N 。为了调节罐内物料的C/N，大无数情况下必要增长含碳量较高的辅料，保障干式厌氧发酵罐工艺参数不变 。
7） 发酵残渣含固率和沼液含固率的节造 。发酵残渣重要蕴含螺旋挤压机的沼渣和离心脱水机的沼渣，沼液是离心脱水后的上清液，通过工艺参数节造，实现发酵残渣含固率≥35%，发酵残渣量与进料量比值≤40%；沼液含固率≤1% 。
8） 干式厌氧机能关键节造指标 。通过综合性平衡和优化，不变工艺运行前提，提高干式厌氧系统的产气率，使发酵罐的进料挥发性固体负荷 （以 VS 计）≥7.5 kg/m3，有效地提高干式厌氧发酵工艺中的挥发性固体分化率≥70%，提高单元分化的挥发性固体产甲烷量 （以 VS 计）≥420 L/kg 。
干式厌氧发酵系统维持满负荷运行，进料和出料数据如图 4 所示 。厨余垃圾日均进料量为100.51 t、蕴含辅料的总日均进料量为106.5 t 。干式厌氧罐出料进入脱水单元，日均出料量为 74.09 t，经脱水系统处置后的日均脱水残渣量为 38.72 t、日均沼液量为 64.16 t，日均产气量为11965.83 m3 。
4.2.1 产沼气能力和沼气个性
容积产气率和单元垃圾产气量是评估干式厌氧发酵系统机能的沉要指标 。干式厌氧发酵的容积产气率为罐体逐日沼气产量与罐体有效容积的比值，通常为 4~6 m3/m3；单元垃圾产气量会受到多种因素的影响，蕴含设备设计、操作前提、原料个性等，可通过推算罐体日产气量与罐体日进料量的比值得到 。干式厌氧发酵罐内单元垃圾产气量和容积产气率见图 5 。现实运行中，日均容积产气率为5.44 m3/m3，日均单元垃圾产气量为 119.06 m3/t 。
图 5 单元垃圾产气量和容积产气率 （2024 年）
干式厌氧发酵系统沼气组分含量见图 6 。沼气重要由甲烷和二氧化碳组成，干式厌氧发酵因物料的复杂性，也会产生少量氢气、硫化氢等物质 。现实运行中沼气的甲烷均匀含量为 59.98% （55%~65%）、二氧化碳均匀含量为 37.93%、氢气均匀含量为 1.35%、硫化氢均匀含量为 0.59% 。
4.2.2 干物质含量 TS 和可挥发性有机质含量 VS
干式厌氧发酵罐内 TS 的变动和 TS 的降解比例见图 7 。干式厌氧发酵罐内物料 TS 高，有效提高了发酵罐的容积负荷 。现实运行中，TS 随厨余垃圾物料性质变动有肯定水平颠簸 。进料TS通常在 20%~35%，均匀值为31.31%，而出料TS 则较低，通常在 15%~25%，均匀值为 22.04%，TS 降解比例均值为 29.54% 。
干式厌氧发酵罐内 VS 变动和 VS 的降解比例见图 8 。VS 是衡量有机质被厌氧微生物分化产生沼气的沉要参数，较高的 VS 负荷对确保厌氧发酵过程的高效和不变至关沉要 。进料 VS 由物料性质决定，现实运行监测数据通常在 70%~80%，均匀值为 75.09%，而出料 VS 则较低，通常在 30%~40%， 平 均 值 为 35.35%， VS 降 解 比 例 均 值 为52.93% 。
图 8 VS 和 VS 降解比例 （2024 年）
4.2.3 罐内物料个性分析（pH、氨氮浓度、酸碱度）
干式厌氧发酵罐中段的 pH 和氨氮 （NH3-N）指标变动情况见图 9 。
图 9 干式厌氧发酵罐中段的 pH 和 NH3-N 指标 （2024 年）
pH 是干式厌氧发酵的沉要参数，对发酵成效有显著影响 。钻研批注，pH 领域在 7.0~8.0 时，能够获得最高的产气量，低于 6.5 或者高于 8.0 城市对产甲烷菌的活性产生抑造作用 。现实运行中陆续监测 pH，并通过投加氢氧化钙等碱性造剂实时调控，保障厌氧发酵的不变和效能 。pH 的颠簸比力安稳，均匀值是 7.58 。
氨氮浓度受 pH 和运行温杜装响显著，随着pH 和温度的升高而增长，高浓度的氨氮使厌氧发酵过程产生氨氮抑造 。氨氮抑造机造：一是通过铵离子直接抑造甲烷合成酶；二是疏水氨 （NH3）分子被动地扩散进入细胞，导致质子失衡或缺钾 。现实运行中氨氮指标节造优良，通过优良的微生物环境和适当的操作前提，使罐内物料氨氮指标不变低于3500 mg/L 借鉴值，日均值是2 795 mg/L，未出现显著的氨氮抑造 。干式厌氧发酵罐中段的 VFA 和 ALK 变动情况见图 10 。
干式厌氧发酵过程中的 VFA 与 ALK 必要维持在合适的领域内，以保障厌氧发酵系统的高效不变 。VFA 的堆会议引发罐内物料 pH 降落，产酸菌对 pH 变动的敏感度低于产甲烷菌，因而必要监测并节造，以预防酸堆集抑造产甲烷菌活性 。现实运行中 VFA 的均匀值是 2 862 mg/L，ALK 的均匀值是 12327 mg/L 。酸度的增长会导致 pH 降落，抑造产甲烷菌的活性，而碱度的变动则与厌氧发酵过程中的生化反映亲昵有关 。酸碱比值（α） 是衡量厌氧发酵过程不变性的沉要指标，通过监测 α 可能有效预警和调控干式厌氧发酵过程，使 α 不变节造在 0.3 的安全限值以下，维持系统的不变性和提高产气效能 。现实运行中 α 均匀值是 0.23，干式厌氧发酵系统未出现显著的酸抑造 。
图 10 干式厌氧发酵罐中段 VFA 和 ALK （2024 年）
干式厌氧发酵系统通常出现生物性问题，是由于罐内物料性质导致的，如 C/N 不合适、含杂率较高、含有毒物质等 。常见的酸、氨氮、硫化氢等的抑造问题，必要有针对性地增长辅料和造剂 。本项目投加辅料措施如下：若罐内产生酸抑造，罐内 VFA 总量升高，丙酸占比高，必要投加硫酸盐药剂提高罐内物料碱度；若罐内产生氨氮抑造，氨氮含量升高，产气率降落，必要投加牛粪、沸石等辅料；若罐内产生硫化氢抑造，沼气的甲烷浓度会降低，必要增长聚铁造剂，降低硫化氢含量；若罐内 pH 低于 7.0，物料有酸化风险，必要增长氢氧化钙等碱性造剂，将 pH 调整至 7.0~8.0 。
为节造和优化罐内物料性质，运行中必要持续增长辅料 。辅料通过混料箱进行增长，实现辅料和原料接种调质，辅料投加配比见图 11 。增长含碳量较高的辅料 （绿植、牛粪等），不只提高 C/N、降低厌氧发酵负荷，并且能够较好地改善罐内物料的均匀性，提高发酵物料的黏滞力，有效预防发酵物料酸化分层 。同时，为了更有效实现进料接种，改善进料生物菌群种类，适量投加厂区内湿式厌氧的细沼渣 。在厨余垃圾进料量 100 t/d 的前提下，现实运行中辅料投加量通常不大于 8 t/d 。
图11 干式厌氧发酵罐辅料投加配比 （2024 年）
4.4.1 脱水残渣产生量和含固率
干式厌氧出料进入脱水单元，脱水单元选取振动筛-螺旋挤压机-离心脱水机工艺，实现了沼渣和沼液的有效分离 。螺旋挤压机和离心脱水机沼渣产生量和含固率数据见图 12 。螺旋挤压机沼渣的日均产生量为 26.54t，离心脱水机沼渣的日均产生量为12.19t，干式厌氧发酵系统脱水残渣日均产生总量为 38.72t 。螺旋挤压机沼渣的均匀含固率为 38.05%，离心脱水机沼渣的均匀含固率为 35.93% 。
图 12 脱水沼渣产生量和含固率 （2024 年）
螺旋挤压机出渣和离心脱水机出渣混合表运，凭据图 12 数据核算总体脱水残渣的含固率 （图13） 。由图 13 可知，脱水残渣含固率绝大部门工况下大于35%，现实运行均匀值为37.38%，保障了罐内有机质的有效降解 。
图13 总体脱水残渣的含固率 （2024 年）
4.4.2 脱水残渣量与进料量比值
为了提高干式厌氧系统的处置效能，在各项指标达到设计要求的前提下，有效节造脱水残渣的产生量，脱水残渣量与进料量比值变动见图 14 。脱水残渣量/进料量始终节造在 40% 以下，均匀值为 36.87% 。
图14 脱水残渣量与进料量比值 （2024 年）
4.4.3 沼液产生量和沼液含固率
干式厌氧发酵削减了对新鲜水的需要，从而有效降低了沼液的产生量 。干式厌氧发酵技术不仅降低了沼液处置的复杂性及有机废水处置系统的投资和运行成本，并且提高了能源利用效能和处置成效 。现实运行中，日均沼液产生量为 64.16 t，在离心脱水工艺中投加适量的助凝剂 PAM，有效降低沼液的含固率，日均沼液含固率为 0.74% （图15） 。沼液物料性质最关键的指标是悬浮物，会影响污水处置系统的正常运行，故其他各项指标并未陆续监测，第三方检测的沼液物料性质如下：pH 为 7.54，悬浮物含量为 7 522 mg/L，COD 为 35 382mg/L，总溶化性固体含量为 12 385 mg/L 。
图 15 沼液产生量和沼液含固率 （2024 年）
4.5.1 发酵罐进料挥发性固体负荷 （a）
挥发性固体负荷是决定反映池容积的沉要参数，其推算见式 （1） 。a 过低会必要较大的发酵罐容积，从而增长建设和运行用度 。相反，a 过高则可能引发氨抑造景象，影响发酵效能和系统不变性 。
进料 TS 直接影响进料物料可利用性和微生物的活性，中温干式厌氧在较高 TS 的前提下加快了水解阶段的速度，提高了干式厌氧发酵整体的消化速度，可能显著提高 a，提高甲烷产量 。菌种的造就极度关键，中温干式厌氧产甲烷菌的代谢能力强，在高 NH3-N 和高 VFA 环境下阐发出较高的不变性和适应性，使得系统可能维持较高的 a，有效提升了系统的挥发性固体去除效能 。
在本项目前提下，挥发性固体负荷变动情况见图 16 。由图 16 可知，其能够显著高于通例厌氧消化的尺度值，均匀挥发性固体负荷 （以 VS 计）为 10.50 kg/（m3·d），达到国在行业当先水平 。
图 16 干式厌氧发酵系统进料挥发性固体负荷 （2024 年）
4.5.2 挥发性固体分化率 （η1）
挥发性固体分化率是指可降解的有机质在发酵罐转换成沼气的能力，是反映发酵罐内菌种活性及厌氧发酵工艺能力的沉要指标，其推算见式 （2） 。
维持较高的挥发性固体负荷，能够实现有机质的高效降解 。干式厌氧发酵过程中，罐内发酵物料的温度、pH、ALK、VFA、有毒物质、罐内物料停顿功夫、辅料投配比、C/N 等成分城市影响挥发性固体分化率 。
在不变的运行前提下，驯化的微生物可能较好地适应物料性质的变动，有效保障微生物群落的活性和多样性，提供更丰硕的微生物种类和更高的代谢能力，从而更有效地降解挥发性固体，提高 η1 。凭据统计数据推算的日均挥发性固体分化率为 77.39%（图 17） 。
图 17 干式厌氧发酵罐挥发性固体分化率 （2024 年）
4.5.3 单元分化的挥发性固体产甲烷量 （M1）
单元分化的挥发性固体产甲烷量是指单元质量的挥发性固体可能产生的甲烷量，其推算见式（3） 。M1因进料种类和处置前提的分歧会有显著差异 。例如，脂肪类物质通常拥有较高的甲烷产量，而碳水化合物相对较低 。此表，适当的处置前提也会影响甲烷的产出效能，如增长木屑等辅料和调节回混比例能够优化 C/N 和罐内发酵物料成分，提高甲烷产量 。
M1会受到进料 TS、进料 VS、发酵温度、微生物活性等运行前提的影响，在现实运行中，必要凭据运行参数进行调整和优化，以推进微生物的传质传热，加快有机质的分化速度，提高产气量 。凭据统计数据推算的日均 M1（以 VS 计） 为472.58 L/kg （图 18） 。
图 18 干式厌氧发酵罐单元分化的挥发性固体产甲烷量（2024 年）
目前我国在运行的干式厌氧系统运行成本约为 55~75 元/t，本项目干式厌氧系统的运行成本为46.52 元/t，拥有显著的成本优势 。
5.1.1 重要亏损品用度
干式厌氧和脱水系统运行的亏损品重要蕴含新鲜水、电能、蒸汽、絮凝剂和辅料等，其亏损量见图 19，凭据运行数据统计的处置单元垃圾消耗品用度为 32.82 元/t （表 2） 。辅料是指运行中投加的木屑和牛粪，细沼渣为厂区内湿式厌氧系统的发酵拔除物，未计入运行成本 。
图 19 处置单元垃圾的新鲜水、电能、蒸汽、絮凝剂的亏损量 （2024 年）
表 2 干式厌氧厨余垃圾处置设施的直接运行成本
5.1.2 运行守护用度守护复原出产，系统治理和机建人员共配置 3 人 。干式厌氧单元的人力用度约 8.5 元/t 。
设备维建守护用度很低，绝大部门设备实现免守护 。关键设备必要定期更换易磨损件和设备备件，如螺旋挤压机筛网、水泵机封等 。易磨损件和备件的用度约 5.2 元/t 。
干式厌氧发酵系统能够产生大量沼气，处置规模 100 t/d 的干式厌氧系统年产沼气约 4.346×106m3，沼气净化后用于发电和供热，为居民和工业企业提供清洁能源，可增长企业收入 。干式厌氧发酵产生的残渣富含有机质、氮、磷、钾蹬转养元素，可造作优质的有机肥料和泥土改进剂，销售给农业种植户、园艺场等，实现资源的循环利用和附加值提升 。
干式厌氧发酵技术在处置有机拔除物的同时，削减了传染物的排放 。相对于湿式厌氧发酵，干式厌氧发酵产生的沼液较少，可减轻沼液处置成本 。并且，处所当局会赐与项目肯定水平的环保嘉奖或税收优惠等，降低了企业的运营成本 。
沉庆某厨余垃圾处置项目是我国干式厌氧发酵技术的优良示范，高效的卧式推流单轴搅拌干式厌氧发酵技术得到成功利用，通过 2024 年陆续稳定运行，得出干式厌氧发酵关键技术参数：日均容积产气率为 5.44 m3/m3，日均单元垃圾产气量为119.06 m3/t，沼气中甲烷含量不变在 55%~65%；罐内 pH 应节造在 7.0~8.0；发酵罐物料的 NH3-N 指标不变低于3500 mg/L 借鉴值，日均值为2795mg/L，未出现显著的氨氮抑造；监测并节造 α 在0.3 的安全限值以下，其现实运行均匀值为 0.23；通过陆续增长辅料提高 C/N，保障了干式厌氧系统的不变运行；有效节造脱水残渣的产生量和含固率，脱水残渣量与进料量比值始终节造在 40% 以下；沼液量少，沼液的含固率不变低于 1.0% 。
同时，对数据进行分析，得到干式厌氧发酵在厨余垃圾处置中的关键节造指标：进料挥发性固体负荷 （以 VS 计） 均匀值为 10.50 kg/（m?·d）；挥发性固体分化率均匀值为 77.39%；单元分化的挥发性固体产甲烷量 （以 VS 计） 均匀值为 472.58L/kg，干式厌氧发酵技术的关键技术参数节造优良，保障了厨余垃圾干式厌氧发酵处置系统的不变和高效 。干式厌氧系统运行成本为 32.82 元/t，拥有显著的成本优势和经济效益 。
目前国内表对高含固率多物料混合的干式厌氧发酵理论钻研尚不完整，技术设备、工艺适应性等方面也存在诸多问题，必要通过科学钻研进一步索求干式厌氧发酵技术在垃圾物料性质地域性差距中的适应性和利用步骤 。
起源：环境卫生工程
作者：刘彬、张森、王立彤
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