餐廚垃圾處理及臭氣系統(tǒng)改造的思考

徐勤云

（浙江愛科樂環(huán)保有限公司，浙江 杭州 310030）

0 前言

該餐廚垃圾處理項(xiàng)目于2015年建成并調(diào)試運(yùn)行，至今已運(yùn)行5、6年，餐廚垃圾處理采用“預(yù)處理+加熱提油+厭氧發(fā)酵+沼氣凈化利用”工藝[1]，處理規(guī)模：200t/d；除臭系統(tǒng)采用“酸洗+堿洗+光催化”工藝，總設(shè)計(jì)風(fēng)量為50000m3/h。

該餐廚垃圾處理項(xiàng)目建設(shè)時(shí)國內(nèi)餐廚垃圾處理技術(shù)處于起步階段，技術(shù)成熟性較低，現(xiàn)狀工藝流程路線復(fù)雜[3]。根據(jù)實(shí)際運(yùn)營情況，由于漿料加熱、水力除渣及立式提油機(jī)等設(shè)備對(duì)后續(xù)厭氧產(chǎn)沼貢獻(xiàn)較小且這些設(shè)備為高濃度臭氣產(chǎn)生源，因此實(shí)際運(yùn)營過程中上述設(shè)備均未使用，存在設(shè)備冗余情況，導(dǎo)致車間內(nèi)須除臭換氣空間體積大。因此，須對(duì)現(xiàn)狀工藝做出優(yōu)化調(diào)整，以提升餐廚垃圾處理效率，同時(shí)為臭氣處理系統(tǒng)提升改造提供空間。

該項(xiàng)目餐廚垃圾處置過程中會(huì)產(chǎn)生并散發(fā)惡臭氣體，其感官體現(xiàn)為綜合性惡臭異味。除臭系統(tǒng)也已嚴(yán)重影響了周圍居民的正常生活，曾多次遭到周圍居民的投訴；環(huán)保要求日趨嚴(yán)格；業(yè)主單位對(duì)臭氣濃度排放限值提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)。因此，須對(duì)現(xiàn)狀除臭系統(tǒng)進(jìn)行提升改造以滿足各方需求。

1 工藝簡(jiǎn)介

1.1 餐廚現(xiàn)存工藝簡(jiǎn)介

餐廚垃圾經(jīng)運(yùn)輸車輛運(yùn)至處理廠，經(jīng)過地磅稱重后由車輛運(yùn)至預(yù)處理車間內(nèi)的接收料斗處。該項(xiàng)目設(shè)置2套物料接收系統(tǒng)，考慮到餐廚垃圾中水分及雜質(zhì)較多，每臺(tái)料斗底部設(shè)置1套三螺旋給料機(jī)。料斗底板為多孔結(jié)構(gòu)，并且在接收料斗底部設(shè)置瀝水收集池，用于收集餐廚垃圾在輸送過程中所瀝出的有機(jī)漿液，然后泵送至沉砂池，沉砂清液通過漿液緩沖池提升泵提升至漿液加熱罐，經(jīng)蒸汽直噴加熱至80℃左右，由三相提油進(jìn)料泵提升至三相離心機(jī)進(jìn)行提油。

接收料斗中的餐廚垃圾，經(jīng)螺旋輸送機(jī)提升進(jìn)入自動(dòng)分選機(jī)，自動(dòng)分選機(jī)的主要功能是對(duì)餐廚垃圾中的塑料、織物及硬質(zhì)不易破碎的無機(jī)物如金屬等無機(jī)雜物進(jìn)行分離，同時(shí)對(duì)餐廚垃圾中的食物殘?jiān)M(jìn)行漿化處理產(chǎn)生有機(jī)粗漿料。餐廚垃圾進(jìn)入自動(dòng)分選機(jī)后，垃圾中的固體有機(jī)物（食品、骨頭、木竹等）和易破碎的重物質(zhì)（貝殼、玻璃、瓷片等）被自動(dòng)分選機(jī)內(nèi)特殊的轉(zhuǎn)錘破碎并排出，而其中輕物質(zhì)（塑料、織物等）和不易破碎的金屬等雜質(zhì)由于轉(zhuǎn)錘的特殊設(shè)計(jì)則沒有被完全粉碎，被輸送至尾端排出，排出的塑料、織物、金屬等雜物與固渣一起外運(yùn)進(jìn)行填埋處理。

經(jīng)過自動(dòng)分選制漿作用后，物料呈漿料狀，通過漿料輸送泵送入濕熱水解裝置。濕熱水解裝置的主要作用有2點(diǎn)：首先對(duì)有機(jī)粗漿料加熱后，有利于油脂回收工藝環(huán)節(jié)最大化回收油脂；其次，在高溫和攪拌作用下，粗漿料中的固態(tài)有機(jī)質(zhì)能最大化地分離，進(jìn)入液相，同時(shí)也減少后續(xù)固液分離環(huán)節(jié)的固相量。升溫后的物料進(jìn)入固液分離機(jī)I型進(jìn)行固液分離，部分固態(tài)有機(jī)質(zhì)也會(huì)在固液分離時(shí)溶入液相。經(jīng)過固液分離產(chǎn)生的有機(jī)漿液與瀝液合并進(jìn)入沉砂池除砂礫，隨后進(jìn)入油脂回收與提純系統(tǒng)，砂礫定期由挖機(jī)清理至運(yùn)渣車上外運(yùn)進(jìn)行填埋處理（運(yùn)至專業(yè)處置場(chǎng)所）。

與瀝水一起除砂礫后的漿液進(jìn)入漿液加熱罐，由三相提油進(jìn)料泵提升至臥式三相提油機(jī)，將漿液中的油脂、固渣以及有機(jī)漿液分離。分離出的有機(jī)漿液暫存于餐廚三相漿料收集罐；粗油脂暫存于餐廚粗油加熱罐，經(jīng)加熱靜止排水后泵入餐廚毛油儲(chǔ)罐；固渣經(jīng)三相出渣螺旋輸送機(jī)提升至廢渣出料螺旋輸送機(jī)，與固液分離出料一起輸送至固渣運(yùn)輸車，由固渣運(yùn)輸車運(yùn)至庫區(qū)進(jìn)行填埋處理（運(yùn)至專業(yè)處置場(chǎng)所）。

1.2 除臭現(xiàn)存工藝介紹

該項(xiàng)目現(xiàn)存除臭凈化工藝簡(jiǎn)介如下。

1.2.1 洗滌凈化工藝

洗滌凈化工藝，利用臭氣中的某些物質(zhì)與配置溶液產(chǎn)生中和反應(yīng)的特性，如利用呈堿性的氫氧化鈉和次氯酸鈉溶液中和臭氣中硫化氫等酸性污染物，利用呈酸性的硫酸溶液中和臭氣中的氨等污染物，利用水洗滌吸收易溶于水的污染物。

化學(xué)洗滌法應(yīng)配備必要的附屬設(shè)施，如溶液貯存裝置、溶液輸送裝置、排出裝置等，對(duì)部分特征污染物的凈化效率較高，但與藥液不反應(yīng)的污染物組分無法去除。

1.2.2 高級(jí)氧化凈化工藝

空氣處理領(lǐng)域的高級(jí)氧化凈化工藝，一般是在輻射能（如光能）的作用下，將氧、水轉(zhuǎn)化為極具活性的氧自由基，通過對(duì)惡臭物質(zhì)的氧化去除作用來去除惡臭氣體中的部分污染物。典型應(yīng)用的高級(jí)氧化法有離子法和光化學(xué)氧化法2種。離子法，利用離子發(fā)生器通過高壓脈沖技術(shù)電暈放電，使離子發(fā)射管產(chǎn)生電場(chǎng)并發(fā)射特定波長(zhǎng)，使空氣中部分氧分子離子化，形成有極高化學(xué)活性的正、負(fù)離子氧群和強(qiáng)氧化性自由基。臭氣分子與離子氧群混合，離子氧群將甲硫醇、氨、硫化氫等致臭污染物降解成臭氣閾值高的物質(zhì)，以減少惡臭（異味）。

2 存在問題

該項(xiàng)目建設(shè)時(shí)間較早，當(dāng)時(shí)餐廚垃圾處理技術(shù)剛剛起步，采取的工藝流程較為復(fù)雜，技術(shù)成熟性欠佳，臭氣擾民問題逐漸凸顯，阻礙了該項(xiàng)目的正常運(yùn)營。該項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)營數(shù)據(jù)與當(dāng)初設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)比如表1所示。

表1 實(shí)際運(yùn)營數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)比表

從表中可以看出，實(shí)際產(chǎn)氣量低于設(shè)計(jì)值，實(shí)際殘?jiān)扛哂谠O(shè)計(jì)值，表明實(shí)際物料性質(zhì)與原設(shè)計(jì)存在一定差別。另外，原設(shè)計(jì)工藝流程冗長(zhǎng)，目前廠區(qū)存在較多冗余設(shè)備，各個(gè)子系統(tǒng)存在問題如下：1）餐廚垃圾接收系統(tǒng)。目前餐廚垃圾接收系統(tǒng)運(yùn)營正常，料斗接收罩因銹蝕出現(xiàn)了一定程度的破損導(dǎo)致臭氣逸散；2）自動(dòng)分選系統(tǒng)。預(yù)處理漿料加熱裝置、固液分離機(jī)對(duì)后續(xù)厭氧產(chǎn)沼貢獻(xiàn)較小且是高濃度臭氣產(chǎn)生源，目前已經(jīng)停用，自動(dòng)分選出的物料直接進(jìn)入位于現(xiàn)狀沼渣脫水車間的螺旋擠壓系統(tǒng)；3）油脂回收與提純系統(tǒng)。物料經(jīng)固相水力除渣系統(tǒng)后分離出的有機(jī)質(zhì)含量較低，對(duì)后續(xù)厭氧產(chǎn)沼貢獻(xiàn)較小，因此固相水力除渣系統(tǒng)未使用；4）沼渣脫水系統(tǒng)。板框脫水系統(tǒng)人工消耗大，勞動(dòng)強(qiáng)度高和作業(yè)環(huán)境差，已經(jīng)停用；5）沼氣凈化及利用系統(tǒng)。整體系統(tǒng)正常運(yùn)行，其中沼氣脫硫系統(tǒng)因采用濕法脫硫工藝存在堵塞及臭氣逸散問題；6）地溝油接收與提純系統(tǒng)。地溝油系統(tǒng)因前端沒有地溝油原料暫未啟用。7）現(xiàn)狀除臭系統(tǒng)運(yùn)營時(shí)間較長(zhǎng)，不滿足嚴(yán)苛的排放指標(biāo)要求；因此，須對(duì)現(xiàn)狀工藝做出優(yōu)化調(diào)整，以提升餐廚垃圾處理效率，同時(shí)為臭氣處理系統(tǒng)提升改造提供空間。

3 改造技術(shù)方法

3.1 餐廚工藝改造路線

根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，預(yù)處理工藝段中“漿料加熱+固液分離+機(jī)械打漿”對(duì)后續(xù)厭氧產(chǎn)氣貢獻(xiàn)較小且這些設(shè)備為車間高濃度臭氣產(chǎn)生源，為提高餐廚垃圾處理效率，降低運(yùn)行成本，控制臭氣，在“預(yù)處理+加熱提油+厭氧發(fā)酵+沼氣凈化利用”整體工藝路線不變的前提下[2]，將現(xiàn)有預(yù)處理工藝由“自動(dòng)分選+漿料加熱+固液分離+機(jī)械打漿+三相提油”優(yōu)化為“自動(dòng)分選+螺壓脫水+三相提油”。餐廚垃圾處理規(guī)模為200t/d 。

根據(jù)總體工藝流程，本次提升改造項(xiàng)目工藝系統(tǒng)較現(xiàn)有工藝系統(tǒng)變化如下。

3.1.1 物料接收系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要是接收并緩存餐廚垃圾，該系統(tǒng)無變化。

3.1.2 自動(dòng)分選系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要是對(duì)餐廚垃圾進(jìn)行預(yù)處理，通過自動(dòng)分選機(jī)去除餐廚垃圾中塑料袋、金屬、砂石、玻璃等無機(jī)雜質(zhì)，同時(shí)通過特殊設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)錘對(duì)餐廚垃圾中的食物殘?jiān)M(jìn)行漿化處理，產(chǎn)生有機(jī)粗漿料從下部多孔板排出。根據(jù)實(shí)際運(yùn)營情況并考慮后續(xù)除臭系統(tǒng)，該系統(tǒng)變化如下：拆除漿料加熱裝置、固液分離機(jī)、固渣應(yīng)急出料輸送機(jī)，新增螺旋擠壓脫水機(jī)2臺(tái)（置于沼渣脫水車間內(nèi)）。自動(dòng)分選出的塑料等無機(jī)物質(zhì)由雜物輸送裝置輸送至打包機(jī)外運(yùn)處置，自動(dòng)分選出的有機(jī)粗漿料通過專用的漿料柱塞泵輸送至螺旋擠壓脫水機(jī)。螺旋擠壓脫水機(jī)產(chǎn)生的固渣外運(yùn)處置，液相泵送至預(yù)處理車間內(nèi)的自動(dòng)除雜機(jī)后進(jìn)入固液分離漿液罐，然后進(jìn)入油脂回收與提純系統(tǒng)。

3.1.3 油脂回收與提純系統(tǒng)

該系統(tǒng)的主要設(shè)備功能為將漿液中的油脂分離，使毛油純度達(dá)到95%左右。根據(jù)實(shí)際運(yùn)營情況，該系統(tǒng)變化如下：新增三相提油機(jī)1臺(tái)，原有三相提油機(jī)位置不變，拆除三相粗油加熱罐和立式提油機(jī)。從固液分離漿液罐和毛油加熱罐過來的物料分別進(jìn)入三相提油機(jī)進(jìn)行提油，產(chǎn)生含水雜率小于5%的毛油，毛油泵送至室外毛油罐緩存；同時(shí)產(chǎn)生含水率在80%左右的固渣，剩余的有機(jī)料液泵送至厭氧消化系統(tǒng)。

3.1.4 固相水力出渣系統(tǒng)

固相水力除渣系統(tǒng)主要功能為固液分離后殘?jiān)叭嗵嵊秃髿堅(jiān)M(jìn)一步處理，充分回收固相中有機(jī)質(zhì)。本次提升改造工程取消固相水力出渣系統(tǒng)。

3.1.5 厭氧消化系統(tǒng)

該系統(tǒng)對(duì)預(yù)處理后的餐廚垃圾進(jìn)行中溫厭氧消化，消化池反應(yīng)溫度35℃，消化進(jìn)料含固率3%～6%，該系統(tǒng)降解餐廚垃圾中的揮發(fā)性懸浮物（VSS），產(chǎn)生沼氣。根據(jù)實(shí)際運(yùn)營情況，該系統(tǒng)變化如下：沼渣脫水將板框壓濾機(jī)更換為離心脫水機(jī)。

3.1.6 沼氣利用系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要對(duì)厭氧消化產(chǎn)生的沼氣進(jìn)行脫硫處理和儲(chǔ)存。根據(jù)實(shí)際運(yùn)營情況，該系統(tǒng)變化如下：沼氣脫硫由濕法脫硫變更為干法脫硫。

3.1.7 干法脫硫系統(tǒng)簡(jiǎn)介

根據(jù)實(shí)際運(yùn)營情況，該提升改造工程擬將現(xiàn)有濕法脫硫系統(tǒng)更換為干法脫硫系統(tǒng)。該工藝段擬采用冷凍法以降低沼氣中的水含量。當(dāng)沼氣溫度降低時(shí)，沼氣中的飽和水蒸汽就會(huì)冷凝成水，通過自排水的方式從沼氣管道中排放出來，從而達(dá)到沼氣脫水的目的。初始沼氣經(jīng)冷干機(jī)脫水后，進(jìn)入干法脫硫系統(tǒng)，將沼氣中的硫化氫脫除至20 ppm以下，經(jīng)過凈化處理后的沼氣，進(jìn)入雙膜干式貯氣柜暫存。干法脫硫是指通過脫硫劑去除沼氣中的硫化氫。在常溫下沼氣通過脫硫劑床層，沼氣中的硫化氫與活性氧化鐵接觸，生成三硫化二鐵，然后含有硫化物的脫硫劑與沼氣中的氧接觸，當(dāng)有水存在時(shí)，鐵的硫化物又轉(zhuǎn)化為氧化鐵和單質(zhì)硫。這種脫硫再生過程可循環(huán)進(jìn)行多次，直至氧化鐵脫硫劑表面的大部分孔隙被硫或其他雜質(zhì)覆蓋而失去活性。

脫硫反應(yīng)為 Fe2O3·H2O +3H2S→Fe2S3·H2O + 3H2O再生反應(yīng)為 Fe2S3·H2O +1.5O2→ Fe2S3·H2O + 3S。

再生后的氧化鐵可繼續(xù)脫除沼氣中的硫化氫，上述2個(gè)公式均為放熱反應(yīng)，但是再生反應(yīng)比脫硫反應(yīng)要緩慢。為了使硫化鐵充分再生為氧化鐵，工程上往往將上述2個(gè)過程分開進(jìn)行。

根據(jù)前面章節(jié)所述的工藝流程優(yōu)化，設(shè)備設(shè)施優(yōu)化主要內(nèi)容：①移除打漿機(jī)、滾筒篩、固液分離機(jī)、漿料加熱裝置等冗余設(shè)備，為工藝優(yōu)化提供空間；②在現(xiàn)有過濾器位置處安裝第3臺(tái)提油機(jī)，滿足增加漿液的提油需求；③螺旋擠壓設(shè)備安裝至板框車間，預(yù)處理系統(tǒng)出渣由預(yù)處理車間變更為沼渣脫水車間，以減少出渣時(shí)高濃度臭氣外溢的情況。據(jù)實(shí)際運(yùn)營情況，該提升改造工程擬將現(xiàn)有濕法脫硫系統(tǒng)更換為干法脫硫系統(tǒng)。④沼氣利用單元拆除濕法脫硫系統(tǒng)，更換2座干式脫硫塔及配套。

3.1.8 干法脫硫注意事項(xiàng)

脫硫劑在塔內(nèi)再生時(shí)應(yīng)設(shè)置進(jìn)空氣管，配在線氧監(jiān)控。應(yīng)定期檢查干法脫硫塔前后硫化氫濃度、沼氣壓力變化，當(dāng)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求時(shí)應(yīng)更換脫硫劑或進(jìn)行脫硫劑再生。當(dāng)采用塔內(nèi)脫硫劑再生時(shí)，應(yīng)關(guān)閉沼氣進(jìn)出口閥門，打開旁通管路和放散管路閥門；當(dāng)采用在線脫硫劑再生時(shí)，應(yīng)根據(jù)沼氣中硫化氫含量確定空氣摻混量及空氣流速，塔內(nèi)溫度應(yīng)低于70℃，脫硫塔出口處沼氣中氧含量應(yīng)小于1%。進(jìn)行2～3 次再生后，應(yīng)及時(shí)更換脫硫劑。更換脫硫劑時(shí)操作人員應(yīng)戴防毒面具，通風(fēng)。廢脫硫劑堆放在室外空地上時(shí)應(yīng)適當(dāng)澆水，防止產(chǎn)生自燃，廢脫硫劑的處置應(yīng)符合環(huán)境保護(hù)的要求，將廢脫硫劑存放在指定地點(diǎn)，避免污染地下水，數(shù)量大時(shí)可送回硫酸廠。

3.2 除臭系統(tǒng)改造路線

除臭系統(tǒng)由原“酸洗+堿洗+光催化”優(yōu)化改造為“生物處理（含預(yù)洗）+3級(jí)化學(xué)洗滌（酸、堿、氧化）+干式吸附過濾”。總設(shè)計(jì)風(fēng)量為50000m3/h。主要除臭控制原則如下：1）除臭控制應(yīng)盡可能避免產(chǎn)生源的臭氣逸散，減小臭氣產(chǎn)生源的空間，以密封臭源位置的點(diǎn)源、面源為先，將臭氣密封在較小的空間里，然后通過除臭收集系統(tǒng)從較小的密封空間進(jìn)行抽氣，從而經(jīng)濟(jì)有效地控制臭氣。2）車間內(nèi)氣流應(yīng)由新鮮空氣向臭氣源流動(dòng)，隨著密封環(huán)境的抽氣，室外新鮮空氣，從污染濃度較低環(huán)境流向濃度較高環(huán)境，最后在靠近臭氣源位置被收集，形成密閉空間的抽吸風(fēng)量平衡，同時(shí)使整個(gè)空間的空氣得以置換，從而降低空間的臭味。

根據(jù)以上原則，臭氣主要控制與收集策略如下：①通過對(duì)部分可限制臭源的密封、隔斷，減少臭源與周邊環(huán)境空氣接觸，以減少臭氣外散。②本次改造須拆除現(xiàn)有風(fēng)管，通過重新布置風(fēng)管，優(yōu)化氣流組織，提高臭氣收集效率，有效控制臭源臭氣外散，改善車間內(nèi)工作環(huán)境。③選用組合式除臭設(shè)備，確保在有效用地空間內(nèi)除臭處理效率高，降低除臭處理后外排臭氣的臭氣濃度 。

改造后除臭凈化工藝采用“生物處理（含預(yù)洗）+3級(jí)化學(xué)洗滌（酸、堿、氧化）+干式吸附過濾”，各級(jí)處理工藝簡(jiǎn)介如下。

3.2.1 生物處理凈化工藝

生物處理凈化工藝，主要利用微生物降解臭氣中的惡臭污染物，氣體流經(jīng)生物活性濾料，濾料上附著的微生物就會(huì)分解致臭物質(zhì)，將被處理臭氣中的部分惡臭污染物吸收，轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的二氧化碳、水、硫酸、硝酸和其他無臭無害小分子。

3.2.2 洗滌凈化工藝

改造后洗滌凈化工藝如下。該改造設(shè)計(jì)包括三級(jí)洗滌，第一級(jí)洗滌采用酸式塔進(jìn)行，洗滌液為硫酸，該級(jí)洗滌利用硫酸溶液中和臭氣中的氨等污染物；第二級(jí)洗滌為堿液洗滌，洗滌液選用呈堿性的氫氧化鈉和次氯酸鈉溶液，堿液的作用是中和臭氣中硫化氫等酸性污染物；第三級(jí)洗滌為水洗滌，該級(jí)洗滌利用水洗滌吸收易溶于水的污染物。洗滌設(shè)備采用圓形洗滌塔，配套溶液儲(chǔ)罐、循環(huán)泵等設(shè)施。

3.2.3 干式吸附過濾凈化工藝

干式吸附過濾凈化工藝，利用多孔性固體物質(zhì)作為吸附劑，惡臭氣體氣流通過吸附劑時(shí)，部分污染組分被吸引到固體表面并濃集保持在吸附劑上，從而達(dá)到臭氣凈化的目的。吸附法可分為物理吸附（如活性炭吸附）和化學(xué)吸附過濾（如高錳酸鉀、氫氧化鈉、磷酸等干式化學(xué)濾料）2種。

4 結(jié)論

該餐廚項(xiàng)目工藝及除臭系統(tǒng)的提升改造，解決了工藝的設(shè)備冗長(zhǎng)、耗能高且產(chǎn)沼量少的問題；除臭效果也明顯改善，并最終達(dá)標(biāo)排放。具體提升改造結(jié)果如下：1）該項(xiàng)目餐廚工藝方面，經(jīng)過此次工藝改造，沼氣產(chǎn)量基本達(dá)到原設(shè)計(jì)值，節(jié)約耗電量291kW·h，節(jié)約占地空間約400m2，設(shè)備故障率降低約60%。2）除臭方面，鑒于該項(xiàng)目的項(xiàng)目背景、項(xiàng)目敏感性，結(jié)合業(yè)主要求，該工程排氣筒以較嚴(yán)的《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（征求意見稿）》（GB 14554-201□）各惡臭污染物排放指標(biāo)作為項(xiàng)目驗(yàn)收指標(biāo)，臭氣濃度以排放指標(biāo)＜300（無量綱）作為項(xiàng)目驗(yàn)收指標(biāo)，驗(yàn)收全部合格。