餐廚垃圾滲濾液處理改造節(jié)能降耗分析

（銀川保綠特生物技術(shù)有限公司，銀川 750001）

餐廚垃圾，俗稱泔腳，包括蔬菜、米、面、動植物油、肉、骨頭等種類[1]。餐館、飯店、單位食堂等的飲食剩余物以及后廚的果蔬、肉食、油脂、面點等的加工過程廢棄物稱作餐飲垃圾，家庭日常生活中丟棄的果蔬及食物下腳料、剩菜剩飯、瓜果皮等易腐有機垃圾稱廚余垃圾。餐飲垃圾和廚余垃圾總稱為餐廚垃圾[2]。以上垃圾經(jīng)過無害化處理后產(chǎn)生的污水具有高溫、高油脂等特點，在最初的工藝設(shè)計中并沒有完全考慮到實際操作過程中出現(xiàn)的問題，導致處理過程能耗較高，經(jīng)過分析研究，制定改造方案，經(jīng)過技術(shù)改造處理后達到節(jié)能降耗的目標。

1 項目概述

某公司收運來的餐廚垃圾處理量在200 t/ d，餐廚垃圾經(jīng)過粉碎、高溫（蒸汽溫度一般為90～100 ℃）滅菌后，所產(chǎn)生的污水溫度為65～70 ℃，產(chǎn)生的污水量在150 m3/d 左右。同時經(jīng)高溫滅菌后，水中的動植物油含量非常高，經(jīng)過乳化、離心后，無法完全將水中的油分離徹底，水中油含量在20 g/L 左右。

餐廚垃圾收運前已經(jīng)變質(zhì)腐敗，來料中pH 值基本在3.5～5.0 之間，因為是餐廚垃圾，來料種類及成份復雜，加之垃圾分類不徹底、不完善，水中夾雜著毛發(fā)、花椒粒、瓜子皮、碎塑料片、碎木筷渣等雜物。

該公司污水處理簡易流程如下：

緩沖罐 → 轉(zhuǎn)鼓細格柵 → 中溫UASB → AO 池→ 沉淀池 → 清水池

2 運行中存在的問題

2.1 溫度調(diào)節(jié)

中溫UASB 反應器要求的反應溫度一般為35～38 ℃，但污水溫度為65～70 ℃，所以需要在緩沖罐前加入清水進行混合，并降溫和稀釋污水中的CODcr 濃度，加入的水量為50 m3/d，溫度雖然降低了，但是除每天加水外，同時也增加了污水處理的總水量。

2.2 堵塞格柵

由于污水中含有大量的油污、蛋白質(zhì)、脂肪酸鈣、淀粉等膠體糊狀物質(zhì)，這些不溶于水的物質(zhì)包裹在懸浮物表面上，須經(jīng)細格柵除去，同時由于水中的動植物油含量較高，導致細格柵經(jīng)常堵塞，需要頻繁反洗、人工清理。

2.3 人工清理

由于污水中油屬于乳化狀態(tài)，遇冷后，水中黏度增加，即便通過細格柵反洗，格柵污堵依然比較嚴重，需要人工清理細格柵，清理頻率為1 次/3 d，2 h/次，而且需要停水，生產(chǎn)壓力較大。

2.4 能源浪費

通過人工清理，該部分油脂進入外運廢物中填埋浪費，是無法回收的。但通過細格柵反洗，反洗水及油類物質(zhì)（油類混合于懸浮物中）通過管道可以進入前端工藝將油脂回收，20 g/L 的油脂從細格柵出水后可以降至8 g/L 以下，12 g/L 換算為12 kg/m3，按照150 m3/d 水量計算，12×150=1 800 kg/d 的油脂，粗油脂按3 000 元/t 計，1.8×3 000=5 400 元/d，也造成經(jīng)濟損失。

3 存在問題分析

3.1 降溫水由清水改為循環(huán)水

公司現(xiàn)有逆流機械通風冷卻塔[3]1 座，循環(huán)冷卻水量80 m3/h，供水溫度32 ℃，回水溫度42 ℃，為液壓油站、曝氣風機供冷卻水，日常需求量20 m3/h就可以滿足生產(chǎn)，尚有60 m3/h 的余量，夏季極端氣溫時，冷卻塔頂風機也沒有啟動運行，風機電機為7.5 kW。2018年7月持續(xù)監(jiān)測該冷卻塔回水平均溫度為32 ℃，出水平均溫度為21 ℃，現(xiàn)將60 m3/h 的循環(huán)水余量用于工藝原水降溫，方案是可行的。

表1 改造前冷卻塔運行參數(shù)表（未開啟冷卻塔風機工況）Tab.1 Operation parameter list of cooling tower before modification（working condition of cooling tower fan not opened）

3.2 采用蒸汽高溫去除油脂類物質(zhì)

公司鍋爐產(chǎn)生的蒸汽用于前端預處理系統(tǒng)的高溫滅菌，原設(shè)計為4 t/h 的油/氣鍋爐，因餐廚垃圾在日常收運處置過程中的操作時間為每天9:00～22:00，其余時間段基本不用蒸汽，目前蒸汽有富余。

蒸汽溫度為100 ℃以上，工藝界區(qū)蒸汽壓力為0.6 MPa，利用蒸汽高溫高壓的特點，將格柵中的糊狀油脂除去，避免堵塞格柵，清洗頻次因此下降，同時油脂經(jīng)高溫后會成乳化狀，也易從格柵上剝離下來。而且此格柵使用蒸汽為間歇式，不影響前端預處理連續(xù)生產(chǎn)。

4 解決方案

4.1 增加換熱器

根據(jù)以上分析，在原工藝基礎(chǔ)上增加1 臺換熱器，引入循環(huán)水，新污水處理簡易流程如下：

緩沖罐 →轉(zhuǎn)鼓細格柵 → 換熱器（新增）→ 中溫UASB → AO 池 → 沉淀池 → 清水池

根據(jù)熱交換器[4]設(shè)計原則，進行熱量衡算，選用管殼式換熱器，又因為污水pH 值在3.5～5 之間，選用SS304 材質(zhì)臥式列管式換熱。冷卻水中懸浮物在80～100 mg/L，工藝原水中懸浮物在10 000～12 000 mg/L，設(shè)計冷卻水走管程，工藝原水走殼程，為防止污堵，在換熱器的原水管線上加裝閥門并設(shè)置反沖洗水管，定期進行沖洗。

具體計算依據(jù)如下：

冷卻水進水溫度31 ℃，換熱后回水溫度為41 ℃，冷卻循環(huán)水量為60 m3/h；

工藝原水進水溫度65 ℃，換熱后溫度為40 ℃，工藝原水水量為150 m3/h，列管式換熱器材質(zhì)為SS304；

Cp=4.18 kJ/kg· ℃，水的比熱

K在（850～1 700）W/m2· ℃（本次計算取1.1 kW/m2· ℃），SS304 的傳熱系數(shù)，

Δt=（24+9）÷2=16.5 ℃，說明：采用逆流換熱方式，原水進水溫度減去冷卻水回水溫度（65- 41=24 ℃），原水出水溫度減去冷卻水進水溫度（40-31=9 ℃），

W=60×1 000÷3 600=16.67 kg/s，質(zhì)量流量

Q（冷）=W·Cp·Δt=16.67×4.18×16.5

=1149.73Kw，

換熱面積S=Q（冷）/（K×Δt）

=1 149.73÷1.1÷16.5

=63.35 m2，

根據(jù)以上核算，考慮到余量問題，決定由換熱器廠家制作提供了換熱面積為65 m2的列管式換熱器。2018年8月投運該換熱器，開始時循環(huán)水溫上升較快，平均升高15 ℃，冷卻塔回水溫度為47 ℃，進水溫度為36 ℃，工藝原水溫度從65～70 ℃降至45 ℃，后期將冷卻塔頂風機開啟后，整體溫度又降了5 ℃，循環(huán)冷卻水未超出設(shè)計溫度，工藝原水降至40 ℃以下。循環(huán)冷卻水溫差約為11 ℃，按照冷卻塔進塔干球空氣溫度30 ℃，蒸發(fā)損失率為1.65%[5]，變化不大，該損失可以忽略不計。

4.2 增加蒸汽沖洗管線

根據(jù)轉(zhuǎn)鼓細格柵特點，在保留原沖洗用水管線基礎(chǔ)上，增加新的SS304 蒸汽管線，通過減溫減壓后，蒸汽運行壓力0.3～0.4 MPa，溫度在80～90 ℃，格柵處設(shè)置的沖洗用蒸汽總管管徑10 mm，支管徑5 mm，該蒸汽會將懸浮物上的油污進行乳化，實現(xiàn)油水分離，效果比較明顯，沖洗完的殘渣、糊狀油脂均進入排渣螺旋，送入前端工藝段進行回收。

表2 改造后冷卻塔運行參數(shù)表（未開啟冷卻塔風機工況）Tab.2 Operation parameter list of cooling tower after modification（working condition of cooling tower fan not opened）

表3 改造后冷卻塔運行參數(shù)表（開啟冷卻塔風機工況）Tab.3 Operation parameter list of cooling tower after modification（start cooling tower fan working condition）

5 經(jīng)濟效益

5.1 可節(jié)約費用

可節(jié)約費用見表4。

表4 可節(jié)約費用Tab 4 Cost savings

5.1.1 清水費

每天加入的清水量50 m3，每天需要清洗水約1 m3，清水價格3.88 元/m3，清水費用約為：

（50+1）×3.88=197.88 元/d，年節(jié)約清水費用197.88×365=72 226.2 元。

5.1.2 污水費

除直接節(jié)約清水成本外，節(jié)約因清水增加的污水排污費為：

51 m3/d×25 元/m3=1 275 元/d，年節(jié)約污水排污費為1 275×365=465 375 元

（因外排污水水質(zhì)較復雜，進入附近的污水處理廠再處理，與該污水廠簽訂的處理協(xié)議價為污水處理費25 元/m3）

5.1.3 粗油脂外售及人工費

回收粗油脂5 400 元/d，節(jié)約人工成本2 000元 /月（66.67 元/d，以30 天計），總計節(jié)約5 466.67元/d，全年可節(jié)約5 466.67×365=1 995 334.55 元。

5.2 消耗費用

消耗費用見表5。

表5 消耗費用Tab.5 Consumption cost

5.2.1 電費

冷卻塔電費，1 臺冷卻塔風機7.5 kW 運行，平均電費0.57 元/度，全年電機運行費用：7.5×24×0.57×365=37 449 元，本工序用水量30 m3/ h，占比60%。37 449×60%=22 469.4 元。

5.2.2 沖洗水費

沖洗水80 L/（次·d-1），全年用水量80×365=29.2 m3，沖洗水費為29.2×3.88=113.296 元，沖洗水產(chǎn)生的排污費29.2×25=730 元。耗水及排污費為113.296+730=843.296 元。

5.2.3 設(shè)備及管道投資費

一次性投入換熱器定制費用為89 000 元，配套的管線閥門費用為21 000 元，總計投入110 000 元。其中靜設(shè)備按照20年折舊，每年為89 000÷20=4 450 元，管線閥門按照5年折舊，每年為21 000÷5=4 200元。設(shè)備及管道投資為：4 450+4 200=8 650元。

5.3 年凈節(jié)約費用

按照以上核算，換熱器和管線進入固定成本，年凈節(jié)約費用為：

2 532 935.75 - 31 962.696=2 500 973.054 元/年。

6 結(jié)束語

餐廚垃圾資源化利用和無害化處理是一個新興行業(yè)，其滲濾液（污水）處理難度大、起點低，可以以傳統(tǒng)的污水處理工藝為基礎(chǔ)進行設(shè)計，還需在生產(chǎn)過程中逐步摸索和研究，結(jié)合運行工況，引用新技術(shù)、新工藝，解決生產(chǎn)難題，不但使生產(chǎn)安全平穩(wěn)運行，而且可以達到節(jié)能降耗的目的。