蔬菜廢棄物濕式厭氧發(fā)酵機械預(yù)處理系統(tǒng)對比

李晨彬，陳慧慧，劉玉坤

（上海環(huán)境工程設(shè)計研究院有限公司，上海 200040）

隨著我國農(nóng)作物產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，我國已成為世界上最大的蔬菜生產(chǎn)和消費國，截至2019年，我國蔬菜種植面積超過2×105km2，產(chǎn)量達7.85×108t。蔬菜產(chǎn)量的增加伴隨著蔬菜廢棄物產(chǎn)生量的增加，每年產(chǎn)生的蔬菜廢棄物占蔬菜產(chǎn)量的30%以上。蔬菜廢棄物具有含水量高、易腐爛變質(zhì)、營養(yǎng)豐富、可生化性好的特點[1-2]，但未經(jīng)處理的蔬菜廢棄物腐爛變質(zhì)會對環(huán)境造成嚴重污染。

厭氧發(fā)酵是一種可以很好地將蔬菜廢棄物資源化處理的方式[3-4]。厭氧發(fā)酵分濕式厭氧和干式厭氧兩大類，目前國內(nèi)濕式厭氧發(fā)酵技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展已較為成熟，干式厭氧發(fā)酵技術(shù)起步較晚，成功運行案例較少。國內(nèi)工程實例表明，蔬菜廢棄物適宜采用濕式厭氧發(fā)酵技術(shù)[5]。濕式厭氧發(fā)酵技術(shù)對進料粒徑和雜物含量要求較高，因此需要對蔬菜廢棄物進行制漿和除雜處理。

本文介紹了3種蔬菜廢棄物機械預(yù)處理系統(tǒng)，分析比較其優(yōu)缺點，以期對蔬菜廢棄物濕式厭氧發(fā)酵機械預(yù)處理提供一定的參考。

1 蔬菜廢棄物機械預(yù)處理系統(tǒng)

蔬菜廢棄物具有含水量高，含有塑料、金屬等雜物，尺寸較大的特點。因此，原始蔬菜廢棄物往往無法直接利用濕式厭氧發(fā)酵的方式進行資源化利用，需要對其進行預(yù)處理，去除其中的雜物并制漿，以便后續(xù)濕式厭氧發(fā)酵處理的開展。

利用機械設(shè)備對蔬菜廢棄物進行預(yù)處理，是目前規(guī)模化處理蔬菜廢棄物的主要方式。機械預(yù)處理工藝主要為“磁選+制漿+除雜+均質(zhì)”。蔬菜廢棄物卸至接收料倉后，通過輸送裝置（皮帶機、鏈板機、螺旋輸送機等）輸送至制漿設(shè)備制漿，物料進制漿設(shè)備前通過磁選機清除蔬菜廢棄物中的金屬，除雜裝置清除塑料等雜物，最后將干凈的漿料輸送至均質(zhì)罐中進行均質(zhì)。

機械預(yù)處理工藝主要設(shè)備包括接收料倉、輸送設(shè)備（皮帶機、螺旋輸送機、鏈板機、泵等）、磁選機、制漿設(shè)備、除雜設(shè)備及均質(zhì)設(shè)備，不同的機械預(yù)處理系統(tǒng)關(guān)鍵區(qū)別在于除雜和制漿設(shè)備的選擇不同。

1.1 “磁選+破碎+制漿篩分+均質(zhì)”預(yù)處理系統(tǒng)

“磁選+破碎+制漿篩分+均質(zhì)”系統(tǒng)流程如圖1所示。該工藝的關(guān)鍵設(shè)備是破碎機和制漿篩分機，利用破碎機將蔬菜廢棄物粗破碎，粗破碎的物料尺寸不大于50 mm，制漿篩分機將粗破碎后的物料制漿并篩分出其中的塑料雜物。

圖1 “磁選+破碎+制漿篩分+均質(zhì)”系統(tǒng)流程圖

破碎機工作原理：利用兩組單獨傳動的輥軸，相對旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的擠軋和磨剪力來破碎物料。相向轉(zhuǎn)動的兩個輥子可以通過調(diào)節(jié)液壓缸或彈簧的壓力來控制產(chǎn)品的出料粒度。

制漿篩分機工作原理：利用高速旋轉(zhuǎn)的主軸帶動捶頭，將料腔內(nèi)物料打碎成漿，漿料透過料腔下方的篩網(wǎng)出料，塑料雜物不易破碎，從出渣口排出。

“磁選+破碎+制漿篩分+均質(zhì)”系統(tǒng)的優(yōu)勢與不足：根據(jù)云南某縣果蔬廢棄物處理項目實際運行情況來看，該系統(tǒng)優(yōu)勢在于機械自動化程度較高，處理后的漿料粒徑不大于10 mm，塑料等雜物去除率大于95%，滿足后續(xù)的濕式厭氧發(fā)酵進料要求。不足之處是制漿篩分機的處理能力有限，設(shè)備設(shè)計處理能力50 t/h，但實際處理能力不超過20 t/h，當處理量超過20 t/h時，制漿篩分機的除雜能力將大大降低，并且出渣口跑料的現(xiàn)象非常嚴重。

1.2 “磁選+水力碎漿+均質(zhì)”預(yù)處理系統(tǒng)

“磁選+水力碎漿+均質(zhì)”系統(tǒng)流程如圖2所示。與“磁選+破碎+制漿篩分+均質(zhì)”機械預(yù)處理系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)水力碎漿機不需要進行粗破碎，可同步制漿和除雜。

圖2 “磁選+水力碎漿+均質(zhì)”系統(tǒng)流程圖

水力碎漿機工作原理：水力碎漿機轉(zhuǎn)盤（帶切割刀片）高速旋轉(zhuǎn)，物料沿著軸線中心吸入，從圓周高速拋出形成劇烈的湍流循環(huán)。由于轉(zhuǎn)盤的撕扯和不同流速漿料之間的相互攪動，產(chǎn)生巨大的摩擦作用，從而使物料強力分解，設(shè)備底部的篩網(wǎng)可攔截未破碎的雜物，轉(zhuǎn)盤也可纏繞部分雜物，需要人工定期清理雜物。

“磁選+水力碎漿+均質(zhì)”系統(tǒng)的優(yōu)勢與不足：根據(jù)云南某縣某冷庫的試驗裝置運行情況來看，該系統(tǒng)處理量大（10 m3容積的水力碎漿機處理能力可達50 t/h），處理后的物料尺寸不大于20 mm，塑料等雜物去除率大于80%，基本滿足后續(xù)的濕式厭氧發(fā)酵進料要求。但水力碎漿機的制漿除雜能力與制漿篩分機相比稍有不足：（1）漿料尺寸相對較大，部分細碎的塑料混雜在漿料中進入濕式厭氧發(fā)酵系統(tǒng)；（2）水力破碎機篩分出的雜物需要人工定期清理，操作相對煩瑣；（3）在水力碎漿機啟動過程中需要注入3 m3生產(chǎn)用水，增加了運行成本。

1.3 “磁選+破碎+水解除雜”預(yù)處理系統(tǒng)

“磁選+破碎+水解除雜”系統(tǒng)流程如圖3所示。與上述兩種機械預(yù)處理系統(tǒng)相比，該工藝關(guān)鍵設(shè)備為水解除雜罐及其配套設(shè)施，水解除雜罐具有水解酸化、除雜和均質(zhì)功能。

圖3 “磁選+破碎+水解除雜”系統(tǒng)流程圖

粗破碎后的蔬菜廢棄物（尺寸不大于50 mm），通過螺桿泵輸送至水解除雜罐（水解液可回流至螺桿泵進料口處的料斗，與料斗內(nèi)破碎后的物料混合后加強混合物料的流動性，從而提升螺桿泵輸送能力），物料在水解除雜罐中水解酸化（接種液為發(fā)酵沼液），水解酸化過程將漿料固相中更多的有機質(zhì)轉(zhuǎn)化到液相，物料中的塑料等雜物漂浮在液面上方，通過定期開啟罐內(nèi)的浮渣斗排出，重質(zhì)雜物通過罐底的錐形沉槽收集后定期排出，罐內(nèi)物料通過配套的循環(huán)泵均質(zhì)。

“磁選+破碎+水解除雜”系統(tǒng)的優(yōu)勢與不足如表1所示：根據(jù)云南某縣果蔬廢棄物處理項目技術(shù)改進后的運行情況來看，該系統(tǒng)處理能力大，達到1 200 t/d，集除雜（塑料去除率大于80%，砂等雜質(zhì)去除率大于60%）、水解和均質(zhì)功能于一體，液相中COD比上述兩種系統(tǒng)產(chǎn)生的COD高40%以上，pH值在4.5～5.5。不足之處在于水解除雜罐（利用舊IC厭氧罐改造而成，有效容積1 500 m3）占地面積大，水解除雜罐及其配套設(shè)施之間的連鎖自控要求高，并需要操作人員定期觀察罐內(nèi)浮渣累積情況。

表1 3種機械預(yù)處理系統(tǒng)優(yōu)劣對比

2 能耗對比

根據(jù)實際運行情況，3種蔬菜廢棄物機械預(yù)處理系統(tǒng)滿負荷運行20 h耗電量如表2所示，“磁選+破碎+制漿篩分+均質(zhì)”預(yù)處理系統(tǒng)單位耗電量最大，是另外兩種預(yù)處理系統(tǒng)的2.4倍。

表2 3種機械預(yù)處理系統(tǒng)耗電量對比

3 結(jié)語

（1）“磁選+破碎+制漿篩分+均質(zhì)”機械預(yù)處理系統(tǒng)制漿后的漿料尺寸最小，雜物去除率最高，在設(shè)計處理能力不超過20 t/h時，此種機械預(yù)處理方式較為合適，有利于后續(xù)濕式厭氧發(fā)酵系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行。

（2）“磁選+水力碎漿+均質(zhì)”和“磁選+破碎+水解除雜”機械預(yù)處理系統(tǒng)能耗、除雜能力幾乎一致，但后者是根據(jù)昆明某縣的果蔬廢棄物處理項目因地制宜改造的，造價和占地也大，建議同等條件下優(yōu)先考慮“磁選+水力碎漿+均質(zhì)”機械預(yù)處理方式。