餐廚垃圾厭氧消化的預(yù)處理評(píng)價(jià)指標(biāo)探討

季永飛，肖　偉，周永純，沈倩青

（云南城投碧水源水務(wù)科技有限責(zé)任公司，云南昆明650021）

餐廚垃圾厭氧消化的預(yù)處理評(píng)價(jià)指標(biāo)探討

季永飛，肖偉，周永純，沈倩青

（云南城投碧水源水務(wù)科技有限責(zé)任公司，云南昆明650021）

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)考察、文獻(xiàn)調(diào)研以及專業(yè)廠家訪談資料，提出餐廚垃圾預(yù)處理評(píng)價(jià)的5項(xiàng)指標(biāo)：出料含油率、出料含砂量、有機(jī)質(zhì)損失量、制漿粒徑和粗油脂含水率。同時(shí)對(duì)設(shè)備材質(zhì)、物料輸送、輕質(zhì)物料處理和管道設(shè)計(jì)的相關(guān)問題提出了參考意見。

餐廚垃圾；預(yù)處理技術(shù)；評(píng)價(jià)指標(biāo)

1　評(píng)價(jià)指標(biāo)分析

目前餐廚垃圾預(yù)處理沒有較統(tǒng)一的技術(shù)，各專業(yè)公司均采用各自的專利設(shè)備和技術(shù)路線，難以與單個(gè)設(shè)備單元進(jìn)行比較，只能通過預(yù)處理后物料或產(chǎn)品的性質(zhì)來判斷處理效果。然而，不同城市的垃圾性質(zhì)差距較大，因此，采用去除率、油脂回收量這類評(píng)價(jià)參數(shù)無法準(zhǔn)確表征處理效果。筆者推薦采用出料含油率、出料含砂量、有機(jī)質(zhì)損失量、制漿粒徑和粗油脂含水率這5個(gè)指標(biāo)來表征預(yù)處理的效果。

1.1出料含油率

油脂特別是動(dòng)物性油脂含量的增加會(huì)增大產(chǎn)氣量，李小建等［1］研究表明：處理未隔油餐廚垃圾濾液800 mL、隔油處理后餐廚垃圾濾液800 mL的產(chǎn)氣總量分別為84 357 mL和55 539 mL。然而，有研究表明［2］：油脂含量過高，當(dāng)油脂的負(fù)荷大于1.59 kg/（m3·d）會(huì)產(chǎn)生積累，形成“油?！焙汀坝湍唷保瑫r(shí)包裹了部分微生物，阻斷了油脂與微生物的接觸途徑，減少有效微生物的量。按上述數(shù)據(jù)估算，100 t/d餐廚垃圾預(yù)處理后進(jìn)入?yún)捬跚凹s130 t/d，按中溫厭氧25 d停留時(shí)間計(jì)算，能夠耐受的進(jìn)料含油量為42.8 kg/t（4.3%）。王巧玲等［3］研究表明：在35℃條件下，不同含油量（0%、1%、2%、3%、4%、5%）餐廚垃圾中溫厭氧消化過程中，5%含油量餐廚垃圾厭氧發(fā)酵累計(jì)產(chǎn)氣量最大。因此，在不考慮油脂可能導(dǎo)致管道堵塞的前提下，未經(jīng)提油的餐廚垃圾來料也能夠滿足上述要求。從經(jīng)濟(jì)性上考慮，油脂若通過能量轉(zhuǎn)換后形成的沼氣作為產(chǎn)品，轉(zhuǎn)化過程存在能量損失，并且沼氣最終利用途徑不同，其價(jià)值差距較大，可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行核算。但在目前項(xiàng)目運(yùn)行中，由于動(dòng)物油脂凝固點(diǎn)高，若不采用管道伴熱、保溫等措施，容易出現(xiàn)堵塞的情況。加之厭氧消化罐體在工業(yè)運(yùn)用中混合攪拌的效果難以和實(shí)驗(yàn)室小試相比，同時(shí)，避免厭氧罐體上部結(jié)殼也是需要考慮的重要因素。因此，在預(yù)處理階段盡可能的提油作為粗油脂銷售是目前常用的技術(shù)路線。

經(jīng)過三相分離機(jī)提油后，漿料含油率可以從2%～4%降至0.2%以下（滿足CJJ 184—2012中油脂收集率大于90%的規(guī)定）。因此，該指標(biāo)設(shè)定為0.2%以下，既消除了來料含量不同帶來的影響，工程上也可以實(shí)現(xiàn)。

1.2出料含砂量

餐廚垃圾含砂量較高，特別是海邊城市的貝殼類雜質(zhì)，經(jīng)前端破碎后增加了漿料的含砂量。大量砂礫進(jìn)入沒有底部連續(xù)排渣的消化池，可能擠占庫容，造成水力短流，阻礙排泥，影響攪拌效果，進(jìn)而影響產(chǎn)氣率。因此，在預(yù)處理階段需要盡可能地除砂，保證厭氧發(fā)酵的正常運(yùn)行。規(guī)范推薦分選后不可降解有機(jī)物小于5%，筆者認(rèn)為應(yīng)該更低為好，控制在0.5%為宜，實(shí)踐證明通過一級(jí)或多級(jí)除砂是可以實(shí)現(xiàn)的。

1.3有機(jī)質(zhì)損失量

若只追求預(yù)處理出料的高純度，前端就會(huì)難免以損失有機(jī)物為代價(jià)（即降低回收率）。表征篩分效果的指標(biāo)有3個(gè)：純度、回收率、綜合分選效率。純度是指篩分后有機(jī)物的含量占總質(zhì)量的百分比；回收率是指篩分后有機(jī)物的量占原料中有機(jī)物量的百分比；綜合分選效率則是結(jié)合了上述2個(gè)因素的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)。

1.2中的出料含砂量即是純度的評(píng)價(jià)指標(biāo)，1.3提出的有機(jī)質(zhì)損失量反映了回收率，二者均是表征預(yù)處理效果好壞的重要指標(biāo)，但二者存在技術(shù)上的相互制約。因此，尋求一個(gè)合理的平衡點(diǎn)是總體技術(shù)經(jīng)濟(jì)的最優(yōu)保證。目前尚無國家標(biāo)準(zhǔn)和充分的運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，參考某地方的推薦值為有機(jī)物損失量小于8%。

1.4制漿粒徑

漿料粒徑的大小直接關(guān)系到厭氧消化過程的傳質(zhì)反應(yīng)效率，推薦的制漿粒徑介于5～8 mm為宜，該范圍也符合現(xiàn)有預(yù)處理技術(shù)的可行性。

1.5粗油脂含水率

粗油脂含水率應(yīng)根據(jù)最終油脂回收企業(yè)的要求來定，品質(zhì)的控制指標(biāo)有含水率和酸值等。對(duì)含水率要求不同，對(duì)應(yīng)的預(yù)處理提油工藝選擇也就不同。指標(biāo)測(cè)試可參考GB/T 5528—2008動(dòng)植物油脂水分及揮發(fā)物含量測(cè)定和GB/T 5530—2005動(dòng)植物油脂酸值和酸度測(cè)定。

2　其他主要問題

2.1材質(zhì)

材質(zhì)選擇考慮的因素包括耐磨、防腐和經(jīng)濟(jì)性等。漿料含砂量較高，對(duì)管件、閥門等的磨損嚴(yán)重，若采用泵送可以考慮內(nèi)襯陶瓷防磨，也可以盡可能地降低流速采用重力輸送漿料以減少磨損，或是氣力輸送。通常餐廚垃圾預(yù)處理設(shè)備采用不銹鋼材質(zhì)，但漿料的高含鹽量對(duì)不銹鋼材質(zhì)的腐蝕嚴(yán)重。餐廚垃圾含鹽量以NaCl計(jì)為1%～2%，氯離子濃度為0.61%～1.22%，即含量為6～12 g/L［4］。氯離子對(duì)不銹鋼的腐蝕與氯離子濃度、介質(zhì)溫度、pH以及介質(zhì)中其他物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，常溫下不銹鋼316能夠適用氯離子濃度約為1 g/L，因此，高含氯量的餐廚垃圾漿料選用SUS304或SUS316長期運(yùn)行的耐腐蝕情況有待研究。

2.2輸送設(shè)備

制漿前物料的輸送多采用帶防卡死功能的無軸螺旋，分選出的大物料可采用無軸螺旋或皮帶輸送至集中回收點(diǎn)。螺旋和皮帶采用加蓋除臭為宜。制漿后多采用泵送，類型有轉(zhuǎn)子泵、渣漿泵、螺桿泵，不同泵的類型在不同廠家或項(xiàng)目中均有采用，磨損都比較嚴(yán)重，相比之下采用進(jìn)口泵的性價(jià)比可能會(huì)稍高一些。

2.3過程產(chǎn)物——輕物質(zhì)

整個(gè)工藝路線的過程產(chǎn)物除了粗油脂、大物料、重物質(zhì)外，還包括分選出的輕物質(zhì)，該類輕物質(zhì)的特點(diǎn)是含水率高、易腐敗。若終端處置技術(shù)采用填埋，因?yàn)楹矢咭环矫娌粷M足填埋的要求，另一方面增加了質(zhì)量，也就增加了委托填埋的成本。因此，可以根據(jù)實(shí)際情況考慮降低含水率的措施。

2.4管道堵塞

動(dòng)物油脂凝固點(diǎn)高，對(duì)于冬季室外管道應(yīng)注意保溫防凍，可以采用蒸汽伴熱或電伴熱技術(shù)。此外，漿料濃度較高，管道彎頭應(yīng)盡可能采用大半徑的煨彎彎頭，以減少堵塞和沿程阻損。

3　結(jié)束語

餐廚垃圾預(yù)處理技術(shù)包括熱改性、酸改性、堿改性、冷凍預(yù)處理、超聲預(yù)處理等［5-8］，其中除熱改性有工程運(yùn)用外，其余多停留在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的研究，但理論上均能改善厭氧消化的條件。根據(jù)相關(guān)規(guī)劃或收運(yùn)現(xiàn)狀，考慮到市政污泥、地溝油、廚余垃圾等加入到處理系統(tǒng)中的可能性，可以預(yù)留合適的接口和用地。餐廚垃圾提取的粗油脂可以深加工為生物柴油或生物塑料等具有高附加值的產(chǎn)品，沼渣可以考慮生物堆肥回歸土地利用［9］或用于養(yǎng)殖高附加值的蛆蠅等。

對(duì)于工程項(xiàng)目采用專有技術(shù)路線、專利設(shè)備難以細(xì)分比較的情況，餐廚垃圾的預(yù)處理就宜采用整體系統(tǒng)來分析評(píng)價(jià)，為此提出了5項(xiàng)評(píng)價(jià)預(yù)處理效果的指標(biāo)和預(yù)處理設(shè)備選型中應(yīng)注意的防腐、防磨、防堵等問題供相關(guān)技術(shù)人員參考。

［1］李小建，馮文謙，曾彩明，等.油脂去除對(duì)餐廚垃圾壓濾液厭氧消化的影響［J］.環(huán)境化學(xué)，2012，31（4）：522-527.

［2］李小風(fēng).油脂對(duì)餐廚垃圾厭氧消化抑制效應(yīng)的試驗(yàn)研究［D］.重慶：重慶大學(xué)，2010.

［3］王巧玲，陳澤智，龔惠娟，等.含油量對(duì)餐廚垃圾厭氧發(fā)酵的影響［J］.環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2012，6（12）：4637-4641.

［4］李榮平，葛亞軍，王奎升，等.餐廚垃圾特性及其厭氧消化性能研究［J］.可再生資源，2010，28（1）：76-80.

［5］王佳明，蔣建國，宮常修，等.超聲波預(yù)處理對(duì)餐廚垃圾產(chǎn)VFAs的影響［J］.中國環(huán)境科學(xué)，2014，34（5）：1207-1211.

［6］孫巖斌.不同預(yù)處理對(duì)餐廚垃圾厭氧聯(lián)產(chǎn)氫氣和甲烷的影響及其機(jī)理研究［D］.北京：北京化工大學(xué)，2013.

［7］宋珍霞，溫飛，徐建平，等.熱堿預(yù)處理對(duì)餐廚垃圾厭氧發(fā)酵揮發(fā)性脂肪酸產(chǎn)量及組成的影響［J］.生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào)，2015（2）：244-248.

［8］唐曉達(dá)，萬順剛，張也馳，等.添加園林廢物及凍融預(yù)處理對(duì)餐廚垃圾厭氧消化效率的影響［J］.環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報(bào)，2012（6）：512-518.

［9］王巧玲.餐廚垃圾厭氧發(fā)酵過程的影響因素研究［D］.南京：南京大學(xué)，2012.

Discussion on Pretreatment Evaluation Indexes for Anaerobic Digestion of Food Waste

Ji Yongfei，Xiao Wei，Zhou Yongchun，Shen Qianqing
（Yunnan Origin Water Technology Company，KunmingYunnan650021）

Combined with site inspection，document research and interview materials of professional manufacturer，five pretreatment evaluation indexes for food waste were proposed including the content of oil，the content of sand，the loss of organic matters，the particle size and the moisture content of crude oil.Meanwhile，some suggestions for the related problems were put forward，such as the material of equipment，material transportation，lightweight materials treatment and pipeline design.

food waste；pretreatment technology；evaluation indexes

X799.3；X705

A

1005-8206（2016）05-0052-03

2015-10-28

季永飛（1980—），工程師，主要從事水和固廢處理工作。

沈倩青，E-mail：shenqianqing1215@163.com。