厌氧发酵生物技术处理果蔬废弃物的研究

厌氧发酵生物技术处理果蔬废弃物分析及展望——基于对北京新发地批发市场的调查刘松毅收稿日期：2013-08-09基金项目：国家科技支撑计划课题（2011BAD15B01）；北京市科技计划课题（Z111105076111001）；国家科技支撑计划课题（2012BAC25B06）作者简介：刘松毅（1990—），男，江西定南人，本科，研究方向收稿日期：2013-08-09基金项目：国家科技支撑计划课题（2011BAD15B01）；北京市科技计划课题（Z111105076111001）；国家科技支撑计划课题（2012BAC25B06）作者简介：刘松毅（1990—），男，江西定南人，本科，研究方向为微生物厌氧发酵。E-mail:liusongyi@；通信作者李文进（1984—），男，河北平山人，博士，研究方向为生物质能源工程，E-mail:li.wj@（1.国家蛋品工程技术研究中心北京102115；2.北京德青源农业科技股份有限公司北京100081;3.北京化工大学北京100029）摘要：新发地作为北京市交易规模最大的农产品专业批发市场，其产生的垃圾（主要为果蔬垃圾）日益增加，已经严重影响附近居民的生活。通过对新发地市场实地调查，分析该地垃圾（主要为果蔬垃圾）的产生数量、成分和目前的处理方式，充分验证处理新发地垃圾的急迫性和重要性，以及厌氧发酵处理的可行性和优越性；此外，对新发地垃圾进行批式厌氧发酵产气实验，在添加底物为3gVS/L，污泥负荷(F/M)为0.5下，经过35d的发酵反应，累计产气量达701mL/g·VS，VS去除率为80%，实验表明新发地垃圾产气潜力大，为实际解决新发地垃圾问题提供了理论保障。关键词：新发地；果蔬垃圾；厌氧发酵AnaerobicDigestionofFruitandVegetableWastesandItsFutureProspect——BasedontheinvestigationofBeijingXinfadiwholesalemarketLiuSongyi1,2,LiWei1,2,LiWenjin1,2,3,SuXin1,2,LiuXuming1,2（1.ChineseNationalEggEngineeringResearchCenter,Beijing102115;2.BeijingDQYAgricultureTechnologyCO.Ltd,Beijing100081;3.BeijingUniversityofChemicalTechnology,Beijing,100029）Abstract:FruitandvegetablewasteatXinfadithatisthelargestagriculturalproductswholesalemarketsinBeijingisincreasing,whichhasseriouslyaffectedthelivesofnearbyresidents.Inordertofullyverifytheurgencyandsignificanceofdisposalofthewaste,aswellasthefeasibilityandsuperiorityofanaerobicdigestion,theindexesofthelocalgarbage(mainlyfruitandvegetablewaste)isanalyzedandinvestigated,includinggeneration,ingredients,characteristics,andthecurrentapproach,throughthefieldsurveys.Andstudyontheanaerobicbatchdigestionofthewasteshowsthataccumulatedgasproductioncapacitywas701mL/g,andVSremovalefficiencywas80%attheorganicloadingof3g/Landthesludgeload(F/M)of0.5after35dreaction.TheexperimentdemonstratesthatgaspotentialproductionofthefruitandvegetablewasteatXinfadiiswell,andprovidesatheoreticalsupportforXinfaditoactuallysolvetheproblemsofwaste.Keywords:Xinfadi;fruitandvegetablewaste;anaerobicdigestion北京新发地批发市场于1988年建成，位于北京市南四环马家楼桥南1.2km处，京开高速公路新发地北桥西侧。经过了24年的建设与发展，新发地市场已经成为北京市交易规模最大的农产品批发市场，其中蔬菜、果品类交易占了相当一部分份额，所以市场内产生的垃圾大部分为果蔬垃圾。由于新发地批发市场规模宏大，其产生的垃圾数量令人惊叹，已经严重影响周边居民生活，急需提出更为优越的处理方式。对于固体废弃物而已，通常的处理方法有卫生填埋、焚烧、堆肥、厌氧发酵等。而果蔬垃圾具有含水量高、有机成分含量高等特点[1]，因其热值较低，焚烧处理投资大，而且尾气排放受限制等也难于广泛应用[2]。若采用卫生填埋法，不仅造成了果蔬垃圾中有机物的损失，而且将会放出大量的温室气体污染环境，同时，产生的渗滤液不仅会污染地下水，而且造成土壤的污染[3]。韩国从2005年起就禁止填埋[4]。堆肥法可以实现减量化，但垃圾中各类杂质含量较高，重金属等有毒有害的痕量物质难以探究，所以处理难度较大，技术达标困难。然而，厌氧发酵技术处理果蔬垃圾具有很大的优势，不仅可以达到减量化效果，而且可以获得清洁能源沼气。因此，本文在对新发地批发市场垃圾的产生及特性分析的同时，对其进行厌氧发酵实验，验证厌氧发酵处理新发地果蔬垃圾的可行性及优越性。1北京新发地批发市场垃圾的产生及处理情况调研1.1调研目的本次调研主要在于了解新发地批发市场垃圾的产生量，以及现有的采集、运输、处理等过程，对存在的问题进行实际考察，提出合理的解决方案和意见。1.2调研方法与地点资料与信息主要来自于实际调研的数据、网络资料、采样分析等。通过调查员与新发地批发市场相关垃圾处理人员直接对话交流，并现场参观与记录，然后采样分析。本次现场调研在北京市新发地绿色有机垃圾处理厂，地处北京市丰台区京开高速速与京良路交叉口东行200米。1.3调研内容调研内容主要包括垃圾来源，日产垃圾量，垃圾主要成分，现有垃圾处理方式以及处理费用，垃圾季节性变化情况，收运方式，以及目前面临的问题等。1.3.1垃圾来源以及产生情况新发地批发市场的所有垃圾倒入新发地绿色有机垃圾处理厂，大部分为果蔬垃圾，有极少部分的包装垃圾（约占1%），以及商户的生活垃圾（所占比例不足1%）。垃圾的产生伴随季节性变化，在每年的5—10月为水果、蔬菜的生产销售高峰，这段时间为垃圾产生的旺季，日产垃圾量约为200t，其他时节及春冬季节为淡季，日产垃圾量为70～80t。1.3.2垃圾成分新发地市场的垃圾绝大部分为应季的果蔬垃圾，通常占90%以上，其他垃圾不足10%，主要为商户日常生活中的生活垃圾和包装果蔬产品所带来的包装垃圾等，如塑料、泡沫、一次性筷子、木板、烟头等。本次调研于现场随机进行取样分选调查其垃圾含量，时为秋季，能充分反应秋季新发地市场垃圾的主要成分（表1），并对分选完的果蔬垃圾进行相关物性分析（表2）。表1垃圾的主要成分计产气量为701mL/gVS。图2新发地果蔬垃圾厌氧发酵日产气量Fig.2Thedailybiogasyieldoffruitwaste图3新发地果蔬垃圾厌氧发酵累计产气量Fig.3Thecumulativebiogasyieldoffruitwaste从实验结果可分析得出：新发地果蔬垃圾的厌氧发酵在第1d就达到产气高峰，主要因为果蔬本身含有大量的单糖、二糖等小分子有机物，使得微生物厌氧发酵快速完成产酸阶段，并进入甲烷阶段开始产气；从第1d到第9d，随着微生物可利用的有机物不断降低，产气量逐渐减少；果蔬垃圾中同样存在难降解的木质素、纤维素等大分子有机物，使得这些物质经过长时间的水解之后，才转化为小分子有机物，被微生物利用产气，所以在果蔬中已有的小分子物质迅速产气之后，从第9d开始有少量气体产生，但产气量特别少；前9d的累计产气量为559mL/gVS，占总累计产气量701mL/gVS的79.7%，作为工程实际应用，即第9d之后产气量少，产气时间长，时间成本比较高，所以前9d的累计产气量可视为新发地果蔬垃圾的产气潜力。3展望调研结果显示，新发地果蔬垃圾的产生量极大，已经对周围的环境造成巨大影响。因此，未来需要尽快找到突破点，寻求垃圾处理措施，科学合理开发和利用资源，力争变废为宝。3.1政府加强对垃圾分类宣传和垃圾回收管理新发地批发市场垃圾主要由果蔬垃圾组成，但是也存在大量杂质，由于大量杂质的存在，将会加大垃圾的处理的难度，因此，政府需要大力宣传垃圾分类，从而可以集中处理新发地批发市场中的果蔬垃圾。同时政府需要出台相关的制度，保障垃圾分类的有效进行。3.2设备自动化研究早年新发地果蔬垃圾有过堆肥处理，但最终停止运行，很大的原因是设备自动化程度不够，人工单元较多，恶臭的垃圾导致无人作业，使得项目无法实施。因此，项目建设的时候更需要考虑设备的自动化与智能化，同时需要搭配高效的分选设备以及除臭设备。4建议通过新发地果蔬垃圾的产气潜力研究得出，新发地果蔬垃圾在3gVS/L的容积负荷、0.5的污泥负荷下具有良好的产气效果，累计产气量达701mL/gVS，反应前后pH无较大变化，即没有出现酸化情况，可以进一步提高负荷进行产气潜力研究。因此，厌氧消化是处理新发地果蔬垃圾的有效途径，可以很好得使垃圾得到“减量化、资源化、无害化”。参考文献[1]董永亮.果蔬废弃物两相厌氧消化特征研究[J].能源环境保护,2011,25(4):19．[2]崔亚伟,陈金发.厨余垃圾的资源化现状及前景展望[J].中国资源综合利用,2006,24(10):31.[3]严太龙,石英.国内外厨余垃圾现状及处理技术[J].城市管理与科技,2004,6(4):166．[4]Kim,J.K,Han,GH.