預(yù)處理+生物質(zhì)成型燃料與預(yù)處理+厭氧產(chǎn)沼餐廚垃圾處理工藝的能量對比研究

肖　直，屈小平（湖南普惠環(huán)境科技有限公司，湖南　長沙　410215）

?

預(yù)處理+生物質(zhì)成型燃料與預(yù)處理+厭氧產(chǎn)沼餐廚垃圾處理工藝的能量對比研究

肖直，屈小平
（湖南普惠環(huán)境科技有限公司，湖南長沙410215）

【摘要】分別對餐廚垃圾預(yù)處理+生物質(zhì)成型燃料與預(yù)處理+厭氧產(chǎn)沼2種處理工藝和能源化利用進(jìn)行闡述，并對其能量進(jìn)行對比，研究表明預(yù)處理+生物質(zhì)成型燃料比預(yù)處理+厭氧產(chǎn)沼工藝能源化利用更徹底，能量利用率更高，更具有投資經(jīng)濟(jì)性。

【關(guān)鍵詞】生物質(zhì)成型燃料；厭氧產(chǎn)沼；低位熱值

1　預(yù)處理+生物質(zhì)成型燃料餐廚垃圾處理工藝

1.1工藝原理

餐廚垃圾經(jīng)過預(yù)處理脫油脫水后，渣料中C∶H 為6∶9，易于燃燒；N、S元素含量較低，燃燒煙氣中相應(yīng)NOx、SO2含量較少。成型燃料燃燒更穩(wěn)定，易于儲存。

1.2處理工藝

將收集車收集的餐廚垃圾投入到受料倉，通過其底部螺旋輸送機(jī)輸送到一體機(jī)，在一體機(jī)中將餐廚垃圾進(jìn)行破碎和篩選，篩上物外運(yùn)進(jìn)行填理處理。篩下物即漿料，制備好的漿料由泵送至換熱器進(jìn)行加熱。加熱所用熱源由生物質(zhì)燃燒爐燃燒產(chǎn)生的中溫?zé)煔?，加熱后的漿料送入保溫貯存罐進(jìn)行蒸煮保溫，保溫后由泵送至三相分離機(jī)，分離出渣料、廢水、油脂。

分離出的渣料含水率為80%，機(jī)械脫水至含水率為55%，再用170℃的煙氣進(jìn)行干化處理，控制渣料含水率為10%左右，渣料制作成生物質(zhì)成型燃料；廢水處理中產(chǎn)生沼氣；廢油脂送至專業(yè)廠家煉制生物柴油。得到能量由廢油脂、生物質(zhì)成型燃料和沼氣3部分組成。消耗能量由餐廚垃圾預(yù)處理加熱和渣料烘干2部分組成。

2　預(yù)處理+厭氧產(chǎn)沼餐廚垃圾處理工藝

餐廚垃圾經(jīng)收運(yùn)車輛收集運(yùn)輸至場區(qū)，經(jīng)計(jì)量系統(tǒng)稱重計(jì)量，餐廚垃圾收運(yùn)車進(jìn)入預(yù)處理車間卸料大廳，將餐廚垃圾卸入投料倉，通過無軸螺旋輸送機(jī)輸送至組合分揀機(jī)進(jìn)行初分揀。分揀得到的物料進(jìn)入臥式碎漿除雜機(jī)。經(jīng)處理后的物料經(jīng)高溫蒸煮、壓榨等處理，得到濾液和粗固形物。濾液經(jīng)三相分離系統(tǒng)分離出的廢油脂送至專業(yè)廠家煉制生物柴油，分離出的固形物與廢水暫存池回流廢水混合，調(diào)節(jié)含固率及pH至合適范圍后進(jìn)入?yún)捬醢l(fā)酵罐，從而產(chǎn)生沼氣。

厭氧發(fā)酵后產(chǎn)生的沼氣經(jīng)提純是一種清潔的燃料，可為預(yù)處理加熱系統(tǒng)提供熱量或用來發(fā)電。得到能量由廢油脂和沼氣組成。消耗能量由餐廚垃圾預(yù)處理加熱和沼氣提純過程中損耗組成。

3　工藝技術(shù)參數(shù)

餐廚垃圾輸送到一體機(jī)，在一體機(jī)中將餐廚垃圾進(jìn)行破碎和篩選，同時(shí)補(bǔ)充部分熱水，篩上物外運(yùn)進(jìn)行填理處理。篩下物即漿料，制備好的漿料進(jìn)行加熱。漿料從t1=15℃升溫至t2=85℃，加熱后的漿料送入保溫貯存罐進(jìn)行蒸煮保溫，保溫后由泵送至三相分離機(jī)，分離出渣料、廢水、廢油脂。每噸餐廚垃圾經(jīng)預(yù)處理得到1 000 kg漿料；每噸餐廚垃圾三相分離出來含水率80%的固渣230 kg，機(jī)械脫水至含水率55%的渣料m4=102 kg，渣料用燃燒爐余熱170℃煙氣烘干后固渣含水率10%為m2=51 kg，含水率10%渣料制作成生物質(zhì)成型燃料。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)每1 m3沼氣可提純0.5 m3天然氣，天然氣熱值為q3=35 581 kJ/m3［1］。氣中甲烷含量達(dá)50%～75%，沼氣熱值為20000～22000kJ/m3［2］。目前國內(nèi)投入運(yùn)行的餐廚垃圾厭氧發(fā)酵處理廠每噸餐廚垃圾的沼氣產(chǎn)量為V2=72.2 m3，熱值取q4=21 000 kJ。技術(shù)參數(shù)見表1。

表1　工藝技術(shù)參數(shù)

餐廚垃圾廢水中主要污染成分是微量的食物殘?jiān)?、動植物油，以淀粉類、食物纖維類、動物脂肪類等有機(jī)物為主要成分，COD取52 000 mg/L，即為ρ1=53 kg/m3，其水質(zhì)見表2。

表2　餐廚垃圾廢水水質(zhì)（中試檢測結(jié)果） mg/L

理論上，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，1 mol甲烷，相當(dāng)于2 mol（或64 g） COD，還原1 kg COD相當(dāng)于生成0.35 m3甲烷［3］，沼氣中甲烷的含量一般占總體積的 50%～75%。則初步計(jì)算 1 kg COD產(chǎn)生0.34～0.644 m3的沼氣，取每1 kg COD產(chǎn)生沼氣為v/1=0.55 m3，餐廚垃圾預(yù)處理需要加入部分熱水，每噸餐廚垃圾處理產(chǎn)生1 m3廢水，則1 m3廢水產(chǎn)生沼氣量為v1=ρ1v/1，即為29.15 m3。

4　計(jì)算與討論

工藝1采用“預(yù)處理+生物質(zhì)成型燃料”得到能量由廢油脂Q1、生物質(zhì)成型燃料Q2和廢水中產(chǎn)沼氣Q3組成，消耗能量由餐廚垃圾預(yù)處理加熱Q4和渣料烘干Q5分組成。

工藝2采用“預(yù)處理+厭氧產(chǎn)沼”得到能量由廢油脂Q1和全物料厭氧產(chǎn)生的沼氣Q/22部分組成，消耗能量由餐廚垃圾預(yù)處理加熱Q4和沼氣提純損耗Q/5組成。工藝1和工藝2能量得失見表3、4。

表3　工藝1能量得失

工藝1得到總能量為2 442 980 kJ，工藝2得到總能量為2 488 700 kJ；工藝1剩余能量為2 044 547 kJ，工藝2剩余能量為1 962 974 kJ；工藝1剩余能量與得到總能量之比為83.7%，工藝2剩余能量與得到總能量之比為78.9%。

5　結(jié)論

1） 餐廚垃圾經(jīng)三相分離后得到渣料中有機(jī)物燃燒性良好，預(yù)處理+生物質(zhì)成型燃料能源化利用徹底，工藝簡單，操作可控；預(yù)處理+厭氧產(chǎn)沼工藝復(fù)雜，投資巨大，產(chǎn)生了甲烷易燃?xì)怏w，消防安全等級及管理要求高。

2） 雖然預(yù)處理+厭氧產(chǎn)沼工藝得到總能量高于預(yù)處理+生物質(zhì)成型燃料工藝，但是預(yù)處理+厭氧產(chǎn)沼工藝剩余能量低于預(yù)處理+生物質(zhì)成型燃料工藝。同時(shí)預(yù)處理+生物質(zhì)成型燃料工藝的剩余能量與得到總能量之比為83.7%；預(yù)處理+厭氧產(chǎn)沼工藝剩余能量與得到總能量之比為78.9%。這說明預(yù)處理+生物質(zhì)成型燃料工藝在運(yùn)行過程中能量損耗少，能量利用率高，更具有投資經(jīng)濟(jì)性。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 皮耐安.CO和H2直接合成高熱值燃料氣體的研究：鈷系催化劑的工藝條件試驗(yàn)［J］.上海師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，1984 （3）：57-62.

［2］ 某大型秸稈沼氣集中供氣工程初步設(shè)計(jì)［EB/OL］.［2013-01-19］. http：//www.zhaoqiweb.com/zhaoqijishu/zhaoqigongcheng/a201311 9153616.html.

［3］ 錢易，米祥友.現(xiàn)代廢水處理新技術(shù)［M］.北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，1993.

中圖分類號：X799.3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1005-8206（2016）02-0069-03

作者簡介：肖直（1982—），工程師，主要從事熱量研究與設(shè)計(jì)工作。

收稿日期：2015-08-17

Comparative Study on Energy Utilization by Kitchen Waste Treatment Processes of Two Types of Kitchen Waste Treatments-Pretreatment+Biomass Briquette Fuel and Pretreatment+Anaerobic Biogas

Xiao Zhi，Qv Xiaoping
（Hunan Pratt&Whitney Environment Technology Limited，ChangshaHunan410215）

【Abstract】Two typesof treatment processesof kitchen waste，pretreatment+biomassbriquette fuel and pretreatment+ anaerobic biogaswere introduced and compared，including processprinciple and energy utilization.The study indicated that the energy utilization ofpretreatment+biomassbriquette fuel wasmore effective and complete and had more economic value.

【Key words】biomassbriquette fuel；anaerobic biogas；low calorific value