ACS預(yù)處理+CSTR厭氧工藝在常州餐廚垃圾處理工程的應(yīng)用

鄒錦林

摘 要：介紹了ACS預(yù)處理+CSTR厭氧消化工藝在常州餐廚垃圾處理工程中的應(yīng)用，重點(diǎn)針對其運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行分析。數(shù)據(jù)表明，ACS預(yù)處理后的餐廚垃圾含固率約10.4%，COD約96165.8 mg/L，氨氮約356.5mg/L，總氮約1580mg/L，pH值約3.9，滿足進(jìn)入CSTR厭氧消化系統(tǒng)條件；經(jīng)厭氧消化后，COD降解率約97%，氨氮達(dá)到1757.6mg/L，堿度10680.9 mg/L，VFA/堿度在0.1-0.2之間，單罐平均產(chǎn)氣量約6585Nm3/d，表明厭氧消化系統(tǒng)處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，但今后應(yīng)注意氨氮累積可能帶來的厭氧系統(tǒng)穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：餐廚垃圾；預(yù)處理；厭氧消化

中圖分類號(hào)：X799.3；S216.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）09-0001-03

餐廚垃圾處理是近年環(huán)保行業(yè)新興的熱點(diǎn)領(lǐng)域，國內(nèi)餐廚垃圾處理工藝大致分為三個(gè)發(fā)展階段，2008年以前，我國餐廚垃圾處理基本以飼料化小規(guī)模作坊式生產(chǎn)為主。2010年，隨著《國務(wù)院辦公廳關(guān)于加強(qiáng)地溝油整治和餐廚廢棄物管理的意見》的頒布，國內(nèi)餐廚垃圾資源化及無害化處理逐漸成為熱點(diǎn)，同年，重慶黑石子餐廚廠（處理規(guī)模500t/d）建成投產(chǎn)，引進(jìn)瑞典相關(guān)技術(shù)，采用厭氧消化產(chǎn)沼發(fā)電工藝，開啟了國內(nèi)餐廚垃圾大規(guī)模厭氧產(chǎn)沼利用之路。2011年，國家發(fā)改委先后批復(fù)了五批共100個(gè)餐廚垃圾試點(diǎn)城市，整個(gè)行業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展階段，至今在建和已建餐廚垃圾處理廠超過120座，總計(jì)處理能力超過2萬噸/日，噸投資約60萬/噸，超過70%以上處理廠采用厭氧消化產(chǎn)沼工藝，沼氣利用方式主要為發(fā)電自用余電上網(wǎng)或沼氣提純制CNG工藝。

1 工程概況

2012年，常州市順利通過了國家發(fā)改委等五部委的選拔，成為全國餐廚廢棄物資源化利用和無害化處理試點(diǎn)第二批候選城市。項(xiàng)目設(shè)計(jì)餐廚垃圾處理能力為200噸/日，主體工藝采用ACS（Automatic continuous separation）預(yù)處理工藝+ CSTR（Continuous stirred tank reactor）厭氧消化工藝，產(chǎn)生的沼氣進(jìn)行發(fā)電自用，沼渣堆肥處理，沼液經(jīng)脫水后與填埋場滲濾液一同處置，項(xiàng)目于2016年初建成并試運(yùn)行。由于沼氣發(fā)電、沼渣堆肥屬于成熟工藝，本文不對其進(jìn)行詳細(xì)描述，重點(diǎn)探討餐廚垃圾預(yù)處理及厭氧消化設(shè)計(jì)及運(yùn)行參數(shù)分析。

2 餐廚垃圾成分及理化性質(zhì)

根據(jù)現(xiàn)場運(yùn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)，常州市餐廚垃圾的成分分析如表1所示。

由表1可知，常州市餐廚廢棄物具有以下特性：

（1）含水率高，含水率高達(dá)約85%；

（2）易腐性，富含有機(jī)物，有機(jī)干物質(zhì)占總固體物質(zhì)高達(dá)85%（干基）；

（3）油脂含量高，可達(dá)到1.3%。

現(xiàn)場餐廚垃圾照片如圖1所示。

3 工藝流程及參數(shù)設(shè)計(jì)

3.1 ACS預(yù)處理工藝流程

預(yù)處理的主要作用是將接收輸送系統(tǒng)送來的餐廚廢棄物破碎制成漿料，同時(shí)將餐廚廢棄物中的輕物質(zhì)和部分不易破碎的重質(zhì)物分離出來，此外還需對餐廚垃圾中的油脂進(jìn)行分離，以減少由于長鏈脂肪酸對厭氧生物反應(yīng)的抑制[1]。

ACS預(yù)處理工藝流程如圖2所示，包括接料、分選、固液分離、油水分離等步驟，具有自動(dòng)化連續(xù)運(yùn)行、無需人工干預(yù)、處理效率高、故障率低等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)場預(yù)處理工藝設(shè)備照片如圖3所示。

（1）接料步驟。收集車將餐飲垃圾倒入料斗中，其底部設(shè)置螺旋輸送機(jī)，同時(shí)料斗底部開孔用于瀝水，通過輸送泵將瀝水輸送至分選一體機(jī)。

（2）分選步驟。自動(dòng)分選一體機(jī)集破碎、輕物質(zhì)及大塊雜物分離于一體，具有一體化程度高、功能完善、結(jié)構(gòu)緊湊、雜質(zhì)分離效果好的優(yōu)點(diǎn)。有機(jī)物損失<1%，塑料去除率98%以上，解決了傳統(tǒng)篩分方式和人工分選等存在的自動(dòng)化程度低、工作環(huán)境惡劣、分選效率低、有機(jī)物損失量大等問題。自動(dòng)分選一體機(jī)現(xiàn)場照片如圖4所示。

（3）制漿除砂步驟。自動(dòng)分選后的物料進(jìn)入帶有螺旋輸送裝置的蒸汽淋洗系統(tǒng)，對漿料進(jìn)行增溫，升溫后的物料進(jìn)行擠壓脫水固液分離，擠壓脫水固相進(jìn)入水力制漿機(jī)制成漿液，經(jīng)除砂后泵入?yún)捬跚岸司|(zhì)池。

（4）油水分離步驟。擠壓脫水液相進(jìn)入油水分離系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由三相離心機(jī)及碟式離心機(jī)組成，經(jīng)兩級(jí)離心分離的油脂含雜率<1%，可作為化工原料銷售，經(jīng)提油后的有機(jī)液體泵如均質(zhì)池。

通過上述工藝流程，餐廚垃圾中的雜質(zhì)得到分離，大部分油脂被去除，有機(jī)質(zhì)被制成8mm以下的漿料。

3.2 CSTR厭氧消化設(shè)計(jì)參數(shù)

厭氧系統(tǒng)采用中溫CSTR厭氧消化罐，餐廚垃圾經(jīng)過30天左右的厭氧消化，產(chǎn)生沼氣經(jīng)脫硫后發(fā)電利用。厭氧罐主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表2所示。

4 運(yùn)行參數(shù)分析

項(xiàng)目調(diào)試后，目前已正常運(yùn)行將近1年，餐廚垃圾經(jīng)ACS預(yù)處理+CSTR厭氧消化工藝后的運(yùn)行參數(shù)詳見表3。

4.1 預(yù)處理漿液水質(zhì)分析

由表3分析可知，預(yù)處理后漿液含固率約10.4%，COD約96165.8 mg/L，氨氮約356.5mg/L，總氮約1580mg/L，pH值約3.9。從進(jìn)出料總氮與氨氮變化來看，進(jìn)料中總氮主要以有機(jī)氮的形態(tài)為主，較低的pH值表明餐廚垃圾往往在收運(yùn)及預(yù)處理階段已經(jīng)發(fā)生部分水解酸化。

4.2 厭氧消化罐內(nèi)參數(shù)分析

由于本工程采用CSTR厭氧消化罐，其罐內(nèi)物料處于全混狀態(tài)，日常監(jiān)測取樣從頂部、中部及底部取樣后計(jì)算平均值作為日監(jiān)測數(shù)據(jù)，厭氧消化罐內(nèi)物料參數(shù)詳見表4。

由上表運(yùn)行數(shù)據(jù)可看出，2座厭氧罐內(nèi)物料pH基本穩(wěn)定在7.6，大于7.2，而中性偏堿性的厭氧消化有利于產(chǎn)甲烷菌的生長，厭氧消化產(chǎn)沼效率高[2]；經(jīng)厭氧消化后有機(jī)質(zhì)被大量降解轉(zhuǎn)變?yōu)檎託猓珻OD降解率約97%；厭氧罐內(nèi)物料氨氮含量較高，平均約為1757.6 mg/L，而氨氮既是微生物重要的營養(yǎng)物質(zhì)，并提供厭氧消化體系部分堿度，但其過量后會(huì)對厭氧消化體系產(chǎn)生較強(qiáng)的抑制作用，甚至導(dǎo)致厭氧消化系統(tǒng)失穩(wěn)[3]，因此，氨氮指標(biāo)在今后的運(yùn)行中應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)控；厭氧消化VFA/堿度是監(jiān)測系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要指標(biāo)[4]，正常的厭氧消化系統(tǒng)堿度不應(yīng)低于2000mg/L，本系統(tǒng)堿度超過10000 mg/L，VFA/堿度在0.1-0.2之間，表明系統(tǒng)耐酸堿沖擊的能力較強(qiáng)；厭氧系統(tǒng)單罐平均產(chǎn)氣量約6585Nm3/d，容積產(chǎn)氣量約1.6Nm3/d，產(chǎn)氣水平屬于合理范圍，從而驗(yàn)證了整個(gè)系統(tǒng)處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。

5 結(jié)語

（1）從常州餐廚垃圾處理廠實(shí)際運(yùn)行來看，基于ACS預(yù)處理+CSTR厭氧主體工藝，具有極高的自動(dòng)化水平，適合常州餐廚物料特性，項(xiàng)目投產(chǎn)至今運(yùn)行穩(wěn)定。

（2）從預(yù)處理后漿液理化性質(zhì)來看，餐廚垃圾往往在收運(yùn)及預(yù)處理階段已經(jīng)發(fā)生部分水解酸化，因此設(shè)備的設(shè)計(jì)選型應(yīng)特別注意防腐問題。

（3）厭氧消化系統(tǒng)是餐廚垃圾處理廠的核心，從COD降解率、氨氮、VFA/堿度來看，厭氧消化系統(tǒng)處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，但今后應(yīng)注意氨氮累積可能帶來的厭氧系統(tǒng)穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]王巧玲，等.含油量對餐廚垃圾厭氧發(fā)酵的影響.環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2012年12期.

[2]韓艷霞，等.餐廚垃圾高溫厭氧消化產(chǎn)沼氣的試驗(yàn)研究.環(huán)境污染與防治，2015年6月.

[3]梅冰，等.CSTR反應(yīng)器厭氧消化餐廚垃圾啟動(dòng)過程的監(jiān)控.中國給水排水，2013年6月.

[4]熊杰，等.餐廚垃圾兩相厭氧消化特性試驗(yàn)研究.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2012年3月.