中国资源综合利用
●垃圾处理China Resources Comprehensive Utilization
Vol．29，No．92011年9月
厌氧消化处理餐厨垃圾工艺
刘
军1，刘
涛2，代
中山
俊2，冯晓军2
100088）
（1. 中山市环境卫生管理处，广东528403；2. 城市建设研究院，北京
摘要：结合餐厨垃圾的特性，对国内外餐厨垃圾处理现状进行了论述和分析比较。重点阐述了常用的餐厨垃圾厌氧消化处理工艺，对餐厨垃圾厌氧消化的影响因子提出了参考值，并以化学计量式为模型，计算了典型餐厨垃圾理论产生物气的能力。关键词：餐厨垃圾；厌氧消化；化学计量式中图分类号：X799.3
文献标识码：A
文章编号：1008－9500（2011）09－0054－04
餐厨垃圾，俗称泔脚，主要产生于餐馆、食堂、酒店等集中餐饮场所。其主要特点是有机物含量丰富、水分含量高、易腐烂，其性状和气味会对环境卫生造成恶劣影响，且容易滋长病原微生物、霉菌毒素等有害物质。其主要成分见表1所示。
表1
餐厨垃圾主要成分成分组成
厨余
食物残渣
竹木
塑料
纸类
骨类
织物
合计
化为主。
由于韩国近来对饲料源头和生产过程的安全监督做出更严格的规定，在一定程度上影响了餐厨垃圾饲料化处理设施的运行和发展。
1.5
％
我国餐厨垃圾处理现状
目前我国已建成的餐厨垃圾处理的工程实例
较少，但正处于快速发展阶段，继北京、上海等大城市建成数个餐厨垃圾处理厂之后，宁波、苏州、兰州等二线城市也正在采用微生物处理、动态好氧堆肥和预处理+厌氧发酵+热电联产方式处理餐厨垃圾。
3.40790.7230.0150.1860.3055.2370.123100
11.1
国内外餐厨垃圾处理现状美国餐厨垃圾处理现状
美国每年餐厨垃圾产生量约2600万t ，占生
2餐厨垃圾处理方式比较
餐厨垃圾处理方式较为多样，目前常用的有填
活垃圾总量的11.4％。多以堆肥方式处理家庭产生的餐厨垃圾及庭院垃圾，同时有部分餐厨垃圾采用就地破碎直排的方式排入下水道。
埋、焚烧、厌氧消化、堆肥、热解、微生物资源化等。各种处理方式比较见表2所示。
相对其它处理方式，厌氧消化方式具有突出的优势，主要体现在以下几个方面：
（1）厌氧消化后产生的沼气是清洁能源；（2）固体物质被消化以后可以得到高质量的有机肥料或土壤改良剂；
（3）在有机物质转变成甲烷的过程中实现了垃圾的减量化；
（4）厌氧消化产生的沼气可以发电，减少了温室气体的排放量；
（5）厌氧微生物能促进餐厨垃圾中油类的分解，耐盐毒性较强，且减少能耗；
（6）餐厨垃圾含水率高，采用厌氧消化处理几乎不用调节其含水率，减少了新水消耗量。
从能量需求、排放产物和运行过程对周围环境
1.2欧盟餐厨垃圾处理现状
欧盟国家已实施的垃圾填埋法令禁止将餐厨
垃圾进行填埋处置。从2003年起欧洲在餐厨垃圾处理中主要采用厌氧发酵处理。
1.3日本餐厨垃圾处理现状
日本每年来源于食品销售渠道和酒店的餐厨
垃圾约600万t ，占生活垃圾总量的12％。主要的处理方式为利用食品废弃物生产动物饲料或采用厌氧发酵处理，其中厌氧发酵处理的较多。
1.4韩国餐厨垃圾处理现状
韩国1995年成立了餐厨废弃物管理委员会，
餐厨垃圾回收率由1995年的2%提高到2001年的
21%。餐厨垃圾的处理方式主要以厌氧发酵和饲料
收稿日期：2011－06－08作者简介：刘
军（1978－），男，湖北黄冈人，本科，从事环卫管理和研究工作。
－54－
第9期刘军等：厌氧消化处理餐厨垃圾工艺表2
餐厨垃圾处理方式比较
缺点
●垃圾处理
处理方式优点
填埋
1. 处理量大，运行费用低1. 占用大量土地，耗用大量征地等费用2. 工艺较简单2. 填埋场占地面积大，处理能力有限，服务期满后仍需新建填埋场，进3. 是其它处理方法的残渣的最终消纳场一步占用土地资源
3. 餐厨垃圾的渗出液会污染地下水及土壤，垃圾堆放产生的臭气严重
影响空气质量，对周围的空气及水土形成二次污染4. 没有对垃圾进行资源化处理
焚烧
1. 焚烧处理量大，减容性好1. 对垃圾低位热值有一定要求
2. 热量用来发电可以实现垃圾的资源化2. 餐厨垃圾水分含量高会增加焚烧燃料的消耗，增加处理成本
3. 焚烧垃圾贮坑储存，会增加坑内的浸出水量
1. 工程投资大
2. 设备安装调试相对困难，工艺较复杂
3. 产生的沼液量较大，处理难度大，无害化程度低4. 运营成本高
1. 无法很好解决有害有机物及重金属等的污染，无害化不彻底2. 处理过程不封闭，容易造成二次污染
3. 有机肥料质量受餐厨垃圾成分制约很大，销路往往不畅
4. 堆肥处理周期较长，占地面积大，有臭味和蚊蝇，卫生条件相对较差5. 对于餐厨垃圾中的油脂和盐份，目前堆肥技术无法降解，长期使用还
会加剧土壤的盐碱化
1. 具有较高的有机负荷承担能力2. 全封闭处理过程减少二次污染
厌氧发酵
3. 能回收生物质能
1. 工艺简单成熟，应用时间长2. 产品有农用价值3. 宜于机械化
高温堆肥
热解
1. 提取多种附加值高的燃料2. 无害化程度高1. 餐厨垃圾含水率高，热解前期需消耗较多外部能源，增加运行成本2. 水蒸气的形式与可燃的热解燃气共存，将严重降低热解燃气的热值
和可使用价值
3. 餐厨垃圾中有机物垃圾成分复杂，热解生产工艺不稳定而难以控制
微生物资源循环技术
1. 处理时间短，无需繁杂分拣2. 无二次污染，自动化程度高
1. 投资较高
2. 后端农业生产资料应用产业链较长3. 能耗较高
4. 固液分离不彻底，使能耗过高
5. 处理规模高于50吨时，逐渐失去投资优势
6. 终端产品仍然进入食品链，存在食品安全的担忧
卫生影响的角度看，厌氧消化技术能够实现环境、社会和经济效益的协调统一，对环境和经济的可持续发展都具有重要的意义。目前国内已建成或在建的餐厨垃圾处理工程中，厌氧消化工艺所占的比例高达60%以上，因此，就餐厨垃圾厌氧消化的工艺原理、单元构成和理论产气量进行论述。
3餐厨垃圾厌氧消化工艺
餐厨垃圾厌氧消化是指餐厨垃圾在没有溶解
图1
甲烷，二氧化碳
厌氧消化的连续反应过程
氧和硝酸盐氮的条件下，微生物将有机物转化为甲烷、二氧化碳、无机营养物质和腐殖质的过程。厌氧消化具有工艺稳定、运行简单及污泥处置费用低等特点。
（1）水解阶段
大分子物质或不溶性物质在兼性细菌产生的水解酶作用下分解成低分子可溶性有机物。该阶段细菌释放到废水中的胞外酶催化有机物增溶及发生缩小体积的反应。不溶性有机物主要为脂肪、蛋白质和多糖类，这些物质在胞外酶的催化作用下分解为长链脂肪酸、氨基酸和可溶性糖类。通常情况下，蛋白质和多糖类的水解速率大于脂肪，所以脂
3.1厌氧消化原理
厌氧消化大致可分为水解、产酸和脱氢、产甲
烷3个阶段，厌氧消化过程见图1所示。
－55－
●垃圾处理中国资源综合利用
表3
含固率
湿式、干式消化系统优缺点比较湿式一般在10%～15%
干式
第9期
肪的水解成为厌氧消化稳态程度控制的关键因素，水解反应成为整个厌氧消化速率限制性阶段。
（2）产酸和脱氢阶段
第一阶段产生的溶性小分子有机物为产酸细菌提供了碳源和能源，产酸细菌产生短链的挥发酸，如乙酸。产氢细菌利用挥发酸生成氢，生成的氢气部分从废水中逸出，这将导致有机物内能下降，废水的COD 值下降。该阶段反应速率快，当厌氧反应器中污泥的平均停留时间小于产甲烷细菌生长的时间，说明大部分溶性小分子有机物已经转化为挥发酸。该阶段不是整个厌氧消化过程的速率限制性阶段。
（3）产甲烷阶段
产甲烷阶段是有机物的真正稳定阶段。产甲烷的反应由严格的专性厌氧菌完成，这类细菌将产酸阶段产生的短链挥发酸（主要是乙酸）氧化成甲烷和二氧化碳。产甲烷的反应速率一般较慢，该阶段成为厌氧消化的限制性阶段。
产甲烷菌是严格的厌氧菌，它们对于环境因素（如pH 值、碱度、重金属离子、洗涤剂、氨、硫化物和温度）的变化很敏感，并且生长周期长，所以在实际操作过程中，要使用污泥回流的方式，达到保持产甲烷菌数量的目的。
优点优点
一般在20%～40%
1．技术成熟
2．处理设施价格合理
1．预处理中挥发性有机物损失少，很少用新鲜水稀释；有机物负荷高，抗冲击负荷较强2．预处理相对便宜，反应器小3．水的耗量和热耗较小，产生废水的量较少，废水处理费用相对较低
1．预处理复杂
2．需要定期清除浮渣
缺点层；对冲击负荷敏感
3．水的耗量大，产生废输送和搅拌困难，尤其搅拌水的量也大是个技术难点
1．湿垃圾不能单独处理
2．设备造价高
3．由于在高固体含量下进行，
最佳生态条件，从而形成完整的发酵过程，大幅提高了废物的处理能力和工艺运行的稳定性。
单相厌氧消化和两相厌氧消化的比较详见表
4所示。
表4
单相和两相厌氧消化的比较单相
两相
1. 投资少2. 易控制1. 系统运行稳定
2. 提高了处理效率（如减少
了停留时间）
3. 加强了对进料的缓冲能力
3.2厌氧消化反应类别
厌氧反应器包括密闭反应器、搅拌系统、加热
反应器可能出现酸化1. 投资高
现象导致产甲烷菌受2. 运行维护复杂，操作控制
缺点
到抑制，厌氧消化过程困难受到影响
系统及三相分离系统。
根据不同的分类标准可将厌氧消化反应器分为多种类型。按垃圾总固含率可分为湿式和干式；按阶段数可分为单相和多相；按照进料方式可分为序批式和连续式；按照消化反应温度可分为常温、中温和高温消化。
（1）湿式和干式
总固含率为10%～15%垃圾为湿式消化系统，总固含率为20%～40%的为干式消化系统。两种消化系统的优缺点比较见表3所示。因餐厨垃圾含水率较高（88.48%），适宜采用湿式消化工艺。
（2）单相和多相
在单相厌氧消化工艺中，产酸相和产甲烷相在同一个处理单元中进行。两相厌氧消化本质特征是实现了生物相的分离，即产酸相和产甲烷相分成两个独立的处理单元，通过调控两个单元的运行参数，形成产酸发酵微生物和产甲烷发酵微生物各自的
（3）序批式和连续式
序批式：将垃圾分批次投入到反应器中，接种后密闭直到垃圾降解完全再投入另一批新鲜垃圾中。连续式：将新鲜垃圾和降解完全的垃圾分别连续地投入和排出反应器。其中序批式反应系统在市场应用中所占份额小，主要是由于产气效率比较低，而且序批式系统通常比连续系统占地面积大。
（4）常温消化、中温消化和高温消化
中温厌氧消化和高温厌氧消化的比较详见表
5所示。4
餐厨垃圾厌氧消化理论产气量
厌氧消化反应产生的生物气主要由甲烷和二氧化碳组成，含有少量的H 2S 和NH 3以及微量的
H 2、N 2、CO 和O 2。
据调查，每吨餐厨垃圾填埋后约将产生250m 3
的填埋气，填埋气的主要成分为甲烷和二氧化碳，
－56－
第9期
表5
温度范围
刘
中温和高温厌氧消化的比较中温
高温
军等：厌氧消化处理餐厨垃圾工艺
●垃圾处理
纤维素的分子式（C 6H 10O 5）n 纤维素纤维即植物纤维，用以区别合成纤维、动物纤维或矿物纤维。它是植物失去生长机能的细胞，其组成的主要成分
是葡萄糖大分子链构成的纤维素。脂肪是甘油和三分子脂肪酸合成的甘油三酯。假定脂肪的分子式为C 9H 14O 6。
（2）1t 餐厨垃圾中各成分物质的量（mol ）见表
37～38℃1．应用广泛2．能耗低3．运行稳定
50～60℃
1．消化时间短2．产气率稍高
3．对寄生虫卵的杀灭率在数小时内就可达到90%
1．产气质量下降、反应稳定性
优点
缺点
不好
1．消化时间长
2．需要的热量多，运行费用高
2．对寄生虫卵的杀灭
3．由于在高温条件下自由NH 3
率低
的浓度比中温高，沼气中的氨浓度高
7所示。
表7
1t 餐厨垃圾中各成分物质的量
蛋白质
纤维粗纤维占餐厨垃圾总量比
mol
脂肪
其中甲烷大约占了60%（体积分数）左右。填埋气的低位热值为14900kJ/m3，而天然气的低位热值为
粗蛋白占餐厨垃圾总量比
其中含C 其中含H 其中含O 其中含N
粗脂肪占餐厨垃圾总量比
37300kJ/m3，每吨餐厨垃圾填埋产生的填埋气燃烧
可达的低位热值相当于99.9立方的天然气燃烧可达的低位热值。
餐厨垃圾生物气产量可以采用餐厨垃圾中有机物分解的化学计量方程式模型来确定。
化学计量方程式为：C a H b O c N d +（a-b/4-c/2+3d/
0.1506250.00010500.0002156.2501714.2860.020740.7411234.568617.284-0.0702889.9084495.4131926.606
-
由表7可知，1t 餐厨垃圾相当于1molC 9880.649
H 16229.981O 4700.139N 1714.286，将各参数代入化学计量方程式
可得1t 餐厨垃圾可产甲烷115.386m 3，产生的生物气为259.727m 3。
4）H 2O=（a/2+b/8-c/4-3d/8）CH 4+（a/2-b/8+c/4+3d/8）CO 2+dNH3
以北京市典型餐厨垃圾为例，使用化学计量方程式计算厌氧消化理论产气量。餐厨垃圾设计参数见图6所示。
表6
项目平均含水率（%）干物质（%）粗蛋白（%）粗纤维（%）粗脂肪（%）
餐厨垃圾设计参数指标
项目含油量（mg/L）氨基酸（%）钙（%）钠（%）
指标
4结论
（1）厌氧消化工艺作为在国内餐厨垃圾处理工
艺中所占比例最高的工艺，具有资源化及无害化程度高、环境污染程度低的特点。
（2）厌氧消化过程大致可分为水解、产酸和脱氢、产甲烷3个阶段。
（3）根据不同的标准可将厌氧消化反应器分为多种类型。按垃圾总固含率可分为湿式和干式；按阶段数可分为单相和多相；按照进料方式可分为序批式和连续式；按照消化反应温度可分为常温、中温和高温消化。
（4）以北京市典型餐厨垃圾为例，以化学计量方程式为模型计算1t 餐厨垃圾可产甲烷115.386
150~600020~250.5~0.80.6~0.9
70~9010~1315~172.0~5.07~30
（1）参数取值
蛋白质由C 、H 、O 、N 组成，一般蛋白质可能还会含有P 、S 、Fe 、Zn 、Cu 、B 、Mn 、I 、Mo 等，这些元素在蛋白质中的组成百分比约为：C 50%、H 7%、O 23%、
m 3，产生的生物气为259.727m 3。
（责任编辑／王博琼）
N 16%、S 0~3%，其他为微量。
广而告之
声明
本刊欢迎广大作者踊跃投稿，严禁一稿两投或一稿多投。坚决反对抄袭、剽窃等学术不端行为，作者来稿文责自负。
《中国资源综合利用》杂志社
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中国资源综合利用
●垃圾处理China Resources Comprehensive Utilization
Vol．29，No．92011年9月
厌氧消化处理餐厨垃圾工艺
刘
军1，刘
涛2，代
中山
俊2，冯晓军2
100088）
（1. 中山市环境卫生管理处，广东528403；2. 城市建设研究院，北京
摘要：结合餐厨垃圾的特性，对国内外餐厨垃圾处理现状进行了论述和分析比较。重点阐述了常用的餐厨垃圾厌氧消化处理工艺，对餐厨垃圾厌氧消化的影响因子提出了参考值，并以化学计量式为模型，计算了典型餐厨垃圾理论产生物气的能力。关键词：餐厨垃圾；厌氧消化；化学计量式中图分类号：X799.3
文献标识码：A
文章编号：1008－9500（2011）09－0054－04
餐厨垃圾，俗称泔脚，主要产生于餐馆、食堂、酒店等集中餐饮场所。其主要特点是有机物含量丰富、水分含量高、易腐烂，其性状和气味会对环境卫生造成恶劣影响，且容易滋长病原微生物、霉菌毒素等有害物质。其主要成分见表1所示。
表1
餐厨垃圾主要成分成分组成
厨余
食物残渣
竹木
塑料
纸类
骨类
织物
合计
化为主。
由于韩国近来对饲料源头和生产过程的安全监督做出更严格的规定，在一定程度上影响了餐厨垃圾饲料化处理设施的运行和发展。
1.5
％
我国餐厨垃圾处理现状
目前我国已建成的餐厨垃圾处理的工程实例
较少，但正处于快速发展阶段，继北京、上海等大城市建成数个餐厨垃圾处理厂之后，宁波、苏州、兰州等二线城市也正在采用微生物处理、动态好氧堆肥和预处理+厌氧发酵+热电联产方式处理餐厨垃圾。
3.40790.7230.0150.1860.3055.2370.123100
11.1
国内外餐厨垃圾处理现状美国餐厨垃圾处理现状
美国每年餐厨垃圾产生量约2600万t ，占生
2餐厨垃圾处理方式比较
餐厨垃圾处理方式较为多样，目前常用的有填
活垃圾总量的11.4％。多以堆肥方式处理家庭产生的餐厨垃圾及庭院垃圾，同时有部分餐厨垃圾采用就地破碎直排的方式排入下水道。
埋、焚烧、厌氧消化、堆肥、热解、微生物资源化等。各种处理方式比较见表2所示。
相对其它处理方式，厌氧消化方式具有突出的优势，主要体现在以下几个方面：
（1）厌氧消化后产生的沼气是清洁能源；（2）固体物质被消化以后可以得到高质量的有机肥料或土壤改良剂；
（3）在有机物质转变成甲烷的过程中实现了垃圾的减量化；
（4）厌氧消化产生的沼气可以发电，减少了温室气体的排放量；
（5）厌氧微生物能促进餐厨垃圾中油类的分解，耐盐毒性较强，且减少能耗；
（6）餐厨垃圾含水率高，采用厌氧消化处理几乎不用调节其含水率，减少了新水消耗量。
从能量需求、排放产物和运行过程对周围环境
1.2欧盟餐厨垃圾处理现状
欧盟国家已实施的垃圾填埋法令禁止将餐厨
垃圾进行填埋处置。从2003年起欧洲在餐厨垃圾处理中主要采用厌氧发酵处理。
1.3日本餐厨垃圾处理现状
日本每年来源于食品销售渠道和酒店的餐厨
垃圾约600万t ，占生活垃圾总量的12％。主要的处理方式为利用食品废弃物生产动物饲料或采用厌氧发酵处理，其中厌氧发酵处理的较多。
1.4韩国餐厨垃圾处理现状
韩国1995年成立了餐厨废弃物管理委员会，
餐厨垃圾回收率由1995年的2%提高到2001年的
21%。餐厨垃圾的处理方式主要以厌氧发酵和饲料
收稿日期：2011－06－08作者简介：刘
军（1978－），男，湖北黄冈人，本科，从事环卫管理和研究工作。
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第9期刘军等：厌氧消化处理餐厨垃圾工艺表2
餐厨垃圾处理方式比较
缺点
●垃圾处理
处理方式优点
填埋
1. 处理量大，运行费用低1. 占用大量土地，耗用大量征地等费用2. 工艺较简单2. 填埋场占地面积大，处理能力有限，服务期满后仍需新建填埋场，进3. 是其它处理方法的残渣的最终消纳场一步占用土地资源
3. 餐厨垃圾的渗出液会污染地下水及土壤，垃圾堆放产生的臭气严重
影响空气质量，对周围的空气及水土形成二次污染4. 没有对垃圾进行资源化处理
焚烧
1. 焚烧处理量大，减容性好1. 对垃圾低位热值有一定要求
2. 热量用来发电可以实现垃圾的资源化2. 餐厨垃圾水分含量高会增加焚烧燃料的消耗，增加处理成本
3. 焚烧垃圾贮坑储存，会增加坑内的浸出水量
1. 工程投资大
2. 设备安装调试相对困难，工艺较复杂
3. 产生的沼液量较大，处理难度大，无害化程度低4. 运营成本高
1. 无法很好解决有害有机物及重金属等的污染，无害化不彻底2. 处理过程不封闭，容易造成二次污染
3. 有机肥料质量受餐厨垃圾成分制约很大，销路往往不畅
4. 堆肥处理周期较长，占地面积大，有臭味和蚊蝇，卫生条件相对较差5. 对于餐厨垃圾中的油脂和盐份，目前堆肥技术无法降解，长期使用还
会加剧土壤的盐碱化
1. 具有较高的有机负荷承担能力2. 全封闭处理过程减少二次污染
厌氧发酵
3. 能回收生物质能
1. 工艺简单成熟，应用时间长2. 产品有农用价值3. 宜于机械化
高温堆肥
热解
1. 提取多种附加值高的燃料2. 无害化程度高1. 餐厨垃圾含水率高，热解前期需消耗较多外部能源，增加运行成本2. 水蒸气的形式与可燃的热解燃气共存，将严重降低热解燃气的热值
和可使用价值
3. 餐厨垃圾中有机物垃圾成分复杂，热解生产工艺不稳定而难以控制
微生物资源循环技术
1. 处理时间短，无需繁杂分拣2. 无二次污染，自动化程度高
1. 投资较高
2. 后端农业生产资料应用产业链较长3. 能耗较高
4. 固液分离不彻底，使能耗过高
5. 处理规模高于50吨时，逐渐失去投资优势
6. 终端产品仍然进入食品链，存在食品安全的担忧
卫生影响的角度看，厌氧消化技术能够实现环境、社会和经济效益的协调统一，对环境和经济的可持续发展都具有重要的意义。目前国内已建成或在建的餐厨垃圾处理工程中，厌氧消化工艺所占的比例高达60%以上，因此，就餐厨垃圾厌氧消化的工艺原理、单元构成和理论产气量进行论述。
3餐厨垃圾厌氧消化工艺
餐厨垃圾厌氧消化是指餐厨垃圾在没有溶解
图1
甲烷，二氧化碳
厌氧消化的连续反应过程
氧和硝酸盐氮的条件下，微生物将有机物转化为甲烷、二氧化碳、无机营养物质和腐殖质的过程。厌氧消化具有工艺稳定、运行简单及污泥处置费用低等特点。
（1）水解阶段
大分子物质或不溶性物质在兼性细菌产生的水解酶作用下分解成低分子可溶性有机物。该阶段细菌释放到废水中的胞外酶催化有机物增溶及发生缩小体积的反应。不溶性有机物主要为脂肪、蛋白质和多糖类，这些物质在胞外酶的催化作用下分解为长链脂肪酸、氨基酸和可溶性糖类。通常情况下，蛋白质和多糖类的水解速率大于脂肪，所以脂
3.1厌氧消化原理
厌氧消化大致可分为水解、产酸和脱氢、产甲
烷3个阶段，厌氧消化过程见图1所示。
－55－
●垃圾处理中国资源综合利用
表3
含固率
湿式、干式消化系统优缺点比较湿式一般在10%～15%
干式
第9期
肪的水解成为厌氧消化稳态程度控制的关键因素，水解反应成为整个厌氧消化速率限制性阶段。
（2）产酸和脱氢阶段
第一阶段产生的溶性小分子有机物为产酸细菌提供了碳源和能源，产酸细菌产生短链的挥发酸，如乙酸。产氢细菌利用挥发酸生成氢，生成的氢气部分从废水中逸出，这将导致有机物内能下降，废水的COD 值下降。该阶段反应速率快，当厌氧反应器中污泥的平均停留时间小于产甲烷细菌生长的时间，说明大部分溶性小分子有机物已经转化为挥发酸。该阶段不是整个厌氧消化过程的速率限制性阶段。
（3）产甲烷阶段
产甲烷阶段是有机物的真正稳定阶段。产甲烷的反应由严格的专性厌氧菌完成，这类细菌将产酸阶段产生的短链挥发酸（主要是乙酸）氧化成甲烷和二氧化碳。产甲烷的反应速率一般较慢，该阶段成为厌氧消化的限制性阶段。
产甲烷菌是严格的厌氧菌，它们对于环境因素（如pH 值、碱度、重金属离子、洗涤剂、氨、硫化物和温度）的变化很敏感，并且生长周期长，所以在实际操作过程中，要使用污泥回流的方式，达到保持产甲烷菌数量的目的。
优点优点
一般在20%～40%
1．技术成熟
2．处理设施价格合理
1．预处理中挥发性有机物损失少，很少用新鲜水稀释；有机物负荷高，抗冲击负荷较强2．预处理相对便宜，反应器小3．水的耗量和热耗较小，产生废水的量较少，废水处理费用相对较低
1．预处理复杂
2．需要定期清除浮渣
缺点层；对冲击负荷敏感
3．水的耗量大，产生废输送和搅拌困难，尤其搅拌水的量也大是个技术难点
1．湿垃圾不能单独处理
2．设备造价高
3．由于在高固体含量下进行，
最佳生态条件，从而形成完整的发酵过程，大幅提高了废物的处理能力和工艺运行的稳定性。
单相厌氧消化和两相厌氧消化的比较详见表
4所示。
表4
单相和两相厌氧消化的比较单相
两相
1. 投资少2. 易控制1. 系统运行稳定
2. 提高了处理效率（如减少
了停留时间）
3. 加强了对进料的缓冲能力
3.2厌氧消化反应类别
厌氧反应器包括密闭反应器、搅拌系统、加热
反应器可能出现酸化1. 投资高
现象导致产甲烷菌受2. 运行维护复杂，操作控制
缺点
到抑制，厌氧消化过程困难受到影响
系统及三相分离系统。
根据不同的分类标准可将厌氧消化反应器分为多种类型。按垃圾总固含率可分为湿式和干式；按阶段数可分为单相和多相；按照进料方式可分为序批式和连续式；按照消化反应温度可分为常温、中温和高温消化。
（1）湿式和干式
总固含率为10%～15%垃圾为湿式消化系统，总固含率为20%～40%的为干式消化系统。两种消化系统的优缺点比较见表3所示。因餐厨垃圾含水率较高（88.48%），适宜采用湿式消化工艺。
（2）单相和多相
在单相厌氧消化工艺中，产酸相和产甲烷相在同一个处理单元中进行。两相厌氧消化本质特征是实现了生物相的分离，即产酸相和产甲烷相分成两个独立的处理单元，通过调控两个单元的运行参数，形成产酸发酵微生物和产甲烷发酵微生物各自的
（3）序批式和连续式
序批式：将垃圾分批次投入到反应器中，接种后密闭直到垃圾降解完全再投入另一批新鲜垃圾中。连续式：将新鲜垃圾和降解完全的垃圾分别连续地投入和排出反应器。其中序批式反应系统在市场应用中所占份额小，主要是由于产气效率比较低，而且序批式系统通常比连续系统占地面积大。
（4）常温消化、中温消化和高温消化
中温厌氧消化和高温厌氧消化的比较详见表
5所示。4
餐厨垃圾厌氧消化理论产气量
厌氧消化反应产生的生物气主要由甲烷和二氧化碳组成，含有少量的H 2S 和NH 3以及微量的
H 2、N 2、CO 和O 2。
据调查，每吨餐厨垃圾填埋后约将产生250m 3
的填埋气，填埋气的主要成分为甲烷和二氧化碳，
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第9期
表5
温度范围
刘
中温和高温厌氧消化的比较中温
高温
军等：厌氧消化处理餐厨垃圾工艺
●垃圾处理
纤维素的分子式（C 6H 10O 5）n 纤维素纤维即植物纤维，用以区别合成纤维、动物纤维或矿物纤维。它是植物失去生长机能的细胞，其组成的主要成分
是葡萄糖大分子链构成的纤维素。脂肪是甘油和三分子脂肪酸合成的甘油三酯。假定脂肪的分子式为C 9H 14O 6。
（2）1t 餐厨垃圾中各成分物质的量（mol ）见表
37～38℃1．应用广泛2．能耗低3．运行稳定
50～60℃
1．消化时间短2．产气率稍高
3．对寄生虫卵的杀灭率在数小时内就可达到90%
1．产气质量下降、反应稳定性
优点
缺点
不好
1．消化时间长
2．需要的热量多，运行费用高
2．对寄生虫卵的杀灭
3．由于在高温条件下自由NH 3
率低
的浓度比中温高，沼气中的氨浓度高
7所示。
表7
1t 餐厨垃圾中各成分物质的量
蛋白质
纤维粗纤维占餐厨垃圾总量比
mol
脂肪
其中甲烷大约占了60%（体积分数）左右。填埋气的低位热值为14900kJ/m3，而天然气的低位热值为
粗蛋白占餐厨垃圾总量比
其中含C 其中含H 其中含O 其中含N
粗脂肪占餐厨垃圾总量比
37300kJ/m3，每吨餐厨垃圾填埋产生的填埋气燃烧
可达的低位热值相当于99.9立方的天然气燃烧可达的低位热值。
餐厨垃圾生物气产量可以采用餐厨垃圾中有机物分解的化学计量方程式模型来确定。
化学计量方程式为：C a H b O c N d +（a-b/4-c/2+3d/
0.1506250.00010500.0002156.2501714.2860.020740.7411234.568617.284-0.0702889.9084495.4131926.606
-
由表7可知，1t 餐厨垃圾相当于1molC 9880.649
H 16229.981O 4700.139N 1714.286，将各参数代入化学计量方程式
可得1t 餐厨垃圾可产甲烷115.386m 3，产生的生物气为259.727m 3。
4）H 2O=（a/2+b/8-c/4-3d/8）CH 4+（a/2-b/8+c/4+3d/8）CO 2+dNH3
以北京市典型餐厨垃圾为例，使用化学计量方程式计算厌氧消化理论产气量。餐厨垃圾设计参数见图6所示。
表6
项目平均含水率（%）干物质（%）粗蛋白（%）粗纤维（%）粗脂肪（%）
餐厨垃圾设计参数指标
项目含油量（mg/L）氨基酸（%）钙（%）钠（%）
指标
4结论
（1）厌氧消化工艺作为在国内餐厨垃圾处理工
艺中所占比例最高的工艺，具有资源化及无害化程度高、环境污染程度低的特点。
（2）厌氧消化过程大致可分为水解、产酸和脱氢、产甲烷3个阶段。
（3）根据不同的标准可将厌氧消化反应器分为多种类型。按垃圾总固含率可分为湿式和干式；按阶段数可分为单相和多相；按照进料方式可分为序批式和连续式；按照消化反应温度可分为常温、中温和高温消化。
（4）以北京市典型餐厨垃圾为例，以化学计量方程式为模型计算1t 餐厨垃圾可产甲烷115.386
150~600020~250.5~0.80.6~0.9
70~9010~1315~172.0~5.07~30
（1）参数取值
蛋白质由C 、H 、O 、N 组成，一般蛋白质可能还会含有P 、S 、Fe 、Zn 、Cu 、B 、Mn 、I 、Mo 等，这些元素在蛋白质中的组成百分比约为：C 50%、H 7%、O 23%、
m 3，产生的生物气为259.727m 3。
（责任编辑／王博琼）
N 16%、S 0~3%，其他为微量。
广而告之
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