عملية التخمير اللاهوائي لنفايات المطبخ

تشير عملية المعالجة اللاهوائية لنفايات المطبخ بشكل أساسي إلى العملية التي يتم فيها تخمير نفايات المطبخ المعالجة مسبقًا في حاوية مغلقة تحت تأثير البكتيريا اللاهوائية عند درجة حرارة معينة من خلال تقنية التخمير اللاهوائي الناضج والمستقر لإنتاج الغاز الحيوي، ويستخدم الغاز الحيوي لتوليد الكهرباء والحرارة من خلال محرك التوليد المشترك للطاقة الكهربائية الساخنة. يمكن إعادة استخدام ملاط الغاز الحيوي وبقايا الغاز الحيوي الناتج بعد التخمير كسماد بعد معالجة غير ضارة ومعالجة الموارد، وبالتالي تحقيق الحد من القمامة وإعادة استخدامها. إذا أخذنا العملية اللاهوائية ثنائية الطور كمثال، فإن عملية التخمير اللاهوائي لنفايات المطبخ تشمل بشكل أساسي:

1. المعالجة المسبقة لمخلفات المطبخ
2. التحميض المائي
3. إنتاج الغاز الحيوي
4. معالجة وإعادة استخدام طين الغاز الحيوي وبقايا الغاز الحيوي وزيت النفايات

1. المعالجة المسبقة لنفايات المطبخ

بعد أن يتم نقل نفايات المطبخ إلى موقع المعالجة بواسطة مركبة الجمع والنقل، يتم إلقاؤها في صندوق التغذية. ونظرًا لاستخدام الأكياس البلاستيكية لجمع القمامة في الأماكن التي تتولد فيها نفايات الطعام، مثل المطاعم والمطاعم، يتم أولاً تقليل حجم جسيمات نفايات التغذية وتكسيرها في الأكياس بواسطة كسارة. تختلف جزيئات القمامة المسحوقة وفقًا لمتطلبات المعالجة المختلفة، وعادة ما يكون حجم الجسيمات حوالي 10 ~ 20 مم. عادةً ما تحتوي مخلفات الطعام التي يتم جمعها ونقلها على كمية معينة من المواد المتداخلة، مثل الورق والمعادن والعظام وما إلى ذلك. هذه المواد لا يمكن أن تتحلل في عملية التخمير اللاهوائي، لذلك يجب غربلة الشوائب بواسطة ماكينة تفريغ نفايات الطعام في مرحلة ما قبل المعالجة، ومحتوى المادة العضوية بعد الفصل يصل إلى 99%.

وأخيرًا، يمكن إخضاع الشوائب أو المواد العضوية المنفصلة للفصل بين المواد الصلبة والسائلة. من خلال النفايات آلة نزح المياه، يمكن فصل جزء من المواد الصلبة عن القمامة، وتدخل المواد القابلة للتحلل فقط إلى المفاعل، وبالتالي تحسين كفاءة عمل خزان التخمير اللاهوائي، وضمان استقرار إنتاج الغاز، وزيادة ضمان التشغيل الفعال والمستقر للجهاز اللاهوائي بأكمله.

2. التحميض المائي

وتدخل نفايات المطبخ المعالجة مسبقًا إلى خزان التحلل المائي للتحميض المائي. قبل ذلك، يمكن ترتيب معدات التبادل الحراري، بحيث يمكن رفع درجة حرارة النفايات في عملية النقل عبر الأنابيب للوصول إلى درجة الحرارة المطلوبة للتحلل المائي والتحمض، وبالتالي تجنب التذبذب الكبير في درجة الحرارة في المفاعل.

تحت تأثير الماء وبكتيريا التحمض المائي في المفاعل، يتم تحويل القمامة العضوية تدريجيًا من مواد عضوية ضخمة وكبيرة الجزيئات إلى أحماض عضوية دقيقة الجزيئات، وفي الوقت نفسه، يتم إطلاق غازات مثل ثاني أكسيد الكربون والهيدروجين وكبريتيد الهيدروجين وما شابه ذلك. الأحماض العضوية المنتجة في مرحلة التحمض المائي هي أساسًا حمض الأسيتيك وحمض البروبيونيك وحمض الزبدة، وبسبب العملية السريعة للتحلل المائي والتحمض المائي، تتشكل بيئة حمضية بسرعة في المفاعل، أي أن قيمة الأس الهيدروجيني تتناقص. على الرغم من أن المقاومة الحمضية لبكتيريا التحمض المائي جيدة جدًا، إلا أنه عندما تكون قيمة الأس الهيدروجيني منخفضة جدًا، ستظل البكتيريا مثبطة، مما يؤدي إلى انخفاض تأثير التحلل.

ولحل هذه المشكلة، يمكن إضافة المواد القلوية إلى المفاعل لمعادلة الأس الهيدروجيني ولكن إضافة المواد القلوية ستزيد من الملوحة، مما سيكون له تأثير سلبي على التخمير اللاهوائي ومعالجة ملاط الغاز الحيوي. وبالإضافة إلى ذلك، من أجل حل مشكلة انخفاض قيمة الأس الهيدروجيني جدًا، يمكن أيضًا استخدام مياه التدفق العكسي الدائر ذات قيمة أس هيدروجيني أعلى (حوالي 8) للمعادلة. يمكن أن يؤدي استخدام المياه المرتجعة إلى حل جزئي لمشكلة معالجة ملاط الغاز الحيوي بعد التخمير وتحقيق إعادة تدوير المواد في محطات التخمير اللاهوائي. وفي الوقت نفسه، يمكن أن يؤدي استخدام مياه التدفق العكسي أيضًا إلى تكميل جزء من المغذيات والمعادن النادرة للبكتيريا اللاهوائية لاستخدامها، وذلك لتجنب انخفاض النشاط أو حتى موت البكتيريا الناجم عن نقص التغذية.

يحتوي الغاز الناتج في مرحلة التحميض بالتحلل المائي على كبريتيد الهيدروجين الذي لا يمكن تصريفه مباشرة في الهواء. وبعد معالجة إزالة الكبريت، يمكن تصريف الغاز مباشرة أو استخدامه لأغراض أخرى.

يتم التحكم في درجة حرارة مرحلة التحميض المائي بشكل عام بين 25 درجة مئوية و35 درجة مئوية، ولا تتغير مع تغير درجة حرارة مرحلة توليد الميثان. ويمكن تحقيق الحفاظ على درجة الحرارة في المفاعل باستخدام الحرارة المتولدة بعد التوليد المشترك للغاز الحيوي الساخن.

3. إنتاج الميثان

مرحلة إنتاج الميثان، والمعروفة أيضًا باسم مرحلة إنتاج الغاز، هي المرحلة الأساسية للتخمر اللاهوائي، وتأتي المنتجات الرئيسية للتخمر اللاهوائي من هذه المرحلة. لذلك، فإن التحكم في هذه المرحلة هو مفتاح التحكم في المعالجة اللاهوائية بأكملها.

تُنقل المنتجات في مرحلة التحميض المائي، مثل الأحماض العضوية والهيدروجين المذاب في السائل وثاني أكسيد الكربون، إلى الخزان المنتج للميثان من خلال خطوط الأنابيب، ويتم تحويل الأحماض والغازات العضوية إلى غاز الميثان وغاز ثاني أكسيد الكربون في المفاعل. وبما أنه تم إطلاق كبريتيد الهيدروجين في مرحلة التحميض المائي، فإن ناتج كبريتيد الهيدروجين في مرحلة إنتاج الميثان ضئيل للغاية ويكاد لا يذكر.

نظرًا لأن المادة التي تدخل الخزان المنتج للميثان عبارة عن حمض عضوي بعد التحلل المائي والتحمض، يمكن للمفاعل أن يتكيف مع الحمل العضوي الأعلى وتقصير وقت بقاء المادة. ووفقًا للتجربة الحالية في الخارج، عادةً ما يكون التحميل العضوي للمفاعل عادةً 3 - 4.5 كجم من المواد العضوية/م3.d. ويمكن الحفاظ على إنتاج الغاز الحيوي بين 700 - 900 لتر/كجم من المواد العضوية، ويتراوح تركيز الميثان في الغاز الحيوي بين 60% و75%.

هناك العديد من العوامل التي تؤثر على التخمير اللاهوائي، مثل درجة الحرارة، وقيمة الأس الهيدروجيني في المفاعل، ونسبة الكربون إلى النيتروجين في نفايات التغذية، وما إلى ذلك. تؤثر هذه العوامل بشكل مباشر على استقرار التحلل اللاهوائي.

4. معالجة وإعادة استخدام طين الغاز الحيوي وبقايا الغاز الحيوي وزيت النفايات

لا تزال المنتجات المتبقية بعد التخمير اللاهوائي تحتوي على نسبة رطوبة عالية بعد خروجها من خزان التخمير، ولا يمكن طمرها مباشرة، ولكن يجب تجفيفها أولاً. سيتم إنتاج ملاط الغاز الحيوي وبقايا الغاز الحيوي بعد التجفيف بالطرد المركزي لمخلفات التخمير. إن ملاط الغاز الحيوي ومخلفات الغاز الحيوي غنية بالنيتروجين والفوسفور والبوتاسيوم والعناصر النزرة والمغذيات الأخرى التي تحتاجها النباتات، ويمكن استخدامها كأسمدة عضوية.

عادة ما يتم فصل الشحوم الموجودة في نفايات المطبخ عن النفايات عن طريق فصل الزيت عن الماء في مرحلة ما قبل المعالجة. ويمكن تحويل هذه الزيوت والدهون إلى وقود الديزل الحيوي أو غيره من المواد الخام الصناعية الكيميائية الأخرى مع "زيت المزراب" المعاد تدويره وزيت الطعام المهدر بالطرق الكيميائية أو البيولوجية، مما يمكن أن يحقق فوائد اقتصادية أفضل. ومن خلال فصل الشحوم ومعالجتها والاستفادة منها، لا يحقق الاختراع إعادة استخدام موارد النفايات ويحقق عوائد اقتصادية أفضل فحسب، بل يمكن أيضًا القضاء على إنتاج "زيت المزراب" من المصدر، بحيث لا يعود "زيت المزراب" إلى مائدة طعام الناس، وبالتالي ضمان سلامة الغذاء وتجنب الإضرار بصحة الناس.