餐廚垃圾協(xié)同生活垃圾焚燒廠處理工藝技術(shù)

宋士麗 馮 楠 石姍姍 劉希曈

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038)

0 前言

“十二五”至“十三五”期間，我國已分5批在100個試點(diǎn)城市建設(shè)了共計100余座餐廚垃圾資源化與無害化處理廠。其中，有79個試點(diǎn)城市采用厭氧消化技術(shù)，其他處理廠采用飼料化或好氧堆肥工藝。這些項目主要采用BOT、BOO、BOOT及PPP模式，由社會資本投資建設(shè)和運(yùn)營，政府提供餐廚垃圾收運(yùn)及處置補(bǔ)貼費(fèi)，但處理規(guī)模較小的獨(dú)立餐廚垃圾處理廠盈利能力較弱。隨著非洲豬瘟的蔓延，為了避免餐廚垃圾引發(fā)的資源浪費(fèi)與環(huán)境污染等問題，建設(shè)餐廚垃圾處理廠的需求已經(jīng)從大中城市發(fā)展到中小城市。中小城市人口少，餐廚垃圾產(chǎn)量少，如果采用傳統(tǒng)的餐廚垃圾處理廠工藝，存在工藝復(fù)雜、建設(shè)投資高、運(yùn)行成本高、盈利難的問題[1-2]。“十四五”時期，生活垃圾分類和處理設(shè)施建設(shè)將進(jìn)入關(guān)鍵時期，其中餐廚廚余垃圾處理是重點(diǎn)發(fā)展項目。

目前，餐廚垃圾處理大部分采用“預(yù)處理+破碎分選制漿+全物料厭氧消化+產(chǎn)物資源化利用”的主體技術(shù)路線。近年來，隨著各地固廢處理循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)園的規(guī)劃建設(shè)，餐廚垃圾處理不再是孤立的項目，而是與生活垃圾焚燒發(fā)電廠等環(huán)保設(shè)施統(tǒng)籌建設(shè)，各項目之間的物質(zhì)能量流動越來越密切。餐廚垃圾處理廠更多地開始考慮與其他設(shè)施協(xié)同建設(shè)，尤其是與生活垃圾焚燒廠協(xié)同建設(shè)，可以為其處理工藝所需的熱能、廢水、廢渣利用及處理提供便捷途徑。

當(dāng)前，依托國家政策，結(jié)合行業(yè)處理現(xiàn)狀及項目實(shí)際特點(diǎn)，探索一種適合中小城市餐廚垃圾的處理方法，開發(fā)簡單、資源化程度高、智能高效的餐廚垃圾處理工藝，有效實(shí)現(xiàn)餐廚垃圾資源化、無害化及減量化，同時保證項目實(shí)現(xiàn)最大經(jīng)濟(jì)效益迫在眉睫。

1 餐廚垃圾協(xié)同處理工藝

餐廚垃圾處理項目單獨(dú)建廠模式的預(yù)處理工藝主要采用水力制漿、破碎分選制漿等工藝。這些預(yù)處理工藝復(fù)雜，設(shè)備處理精細(xì)，最大程度地減少物料有機(jī)質(zhì)損失率，主要是將餐廚垃圾中可發(fā)酵的有機(jī)物盡可能多地轉(zhuǎn)移到漿液中，通過厭氧發(fā)酵最大程度生產(chǎn)沼氣，并對沼氣進(jìn)行資源化(主要是沼氣發(fā)電或提純制天燃?xì)?。

餐廚垃圾協(xié)同焚燒廠處理，從節(jié)約投資及運(yùn)行成本方面考慮，大部分100 t/d以下規(guī)模的項目對餐廚進(jìn)行預(yù)處理后，便將餐廚垃圾與生活垃圾焚燒廠協(xié)同處置。大部分100 t/d以上規(guī)模的項目采用“預(yù)處理+厭氧消化”工藝路線。根據(jù)規(guī)模及沼氣用途不同，各工藝處理系統(tǒng)仍有較大差異。常規(guī)采用“物料接收+分選系統(tǒng)+擠壓系統(tǒng)+除砂除雜+蒸煮提油+中溫濕式水相厭氧消化+沼氣/渣/液協(xié)同焚燒廠處置”工藝，流程圖如圖1所示。該工藝流程短，保證經(jīng)過預(yù)處理后的有機(jī)物料的各項指標(biāo)，滿足提油系統(tǒng)及厭氧消化系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求，減少設(shè)備磨損維修成本，提高粗油脂的提取率，實(shí)現(xiàn)了餐廚垃圾的資源化、無害化及減量化處理[3]。

圖1 餐廚垃圾處理工藝流程圖

1.1 餐廚垃圾預(yù)處理

餐廚垃圾預(yù)處理采用“物料接收+分選系統(tǒng)+擠壓系統(tǒng)+除砂除雜+蒸煮提油”的主體工藝。

餐廚垃圾進(jìn)廠稱重計量后卸倒在接收斗內(nèi)，接收斗內(nèi)設(shè)有濾水裝置，濾水后的餐廚垃圾通過底部螺旋輸送至分選系統(tǒng)內(nèi)去除大塊雜質(zhì)。分選雜質(zhì)后的有機(jī)物料進(jìn)入擠壓系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行固液分離，擠壓后的漿液由氣力輸送泵送入除砂設(shè)備，去除漿液中的重物質(zhì)砂礫。除砂后的漿液送入除雜機(jī)進(jìn)一步去除輕物質(zhì)雜質(zhì)。除雜后的漿液暫存后泵送入蒸汽噴射器內(nèi)與蒸汽混合加熱，加熱后的物料暫存后泵送入三相離心機(jī)內(nèi)。三相分離產(chǎn)出油脂、有機(jī)廢水及有機(jī)固渣。油脂暫存定期外售；有機(jī)廢水暫存后泵送至后端厭氧消化系統(tǒng)；有機(jī)固渣和除雜機(jī)分出的有機(jī)固渣集中收集后外售資源化利用或協(xié)同焚燒處置，預(yù)處理系統(tǒng)分選出的固渣雜質(zhì)協(xié)同焚燒處置。

上述預(yù)處理工藝流程短，設(shè)備投資低，可最大化提取餐廚垃圾中的油脂。根據(jù)餐廚垃圾物料性質(zhì)，餐廚垃圾預(yù)處理工藝選擇的關(guān)鍵原則是 “處理環(huán)境安全、環(huán)保(無跑冒滴漏)、節(jié)能及智能化”，保證處理工序流暢，物料進(jìn)得去、出得來、不卡堵，在工藝設(shè)計上充分考慮延長后續(xù)工序設(shè)備使用壽命，減少設(shè)備磨損停機(jī)維修時間，降低運(yùn)營成本，保證效益最大化。

1.2 中溫濕式水相厭氧消化工藝

餐廚垃圾經(jīng)過預(yù)處理工藝后，有機(jī)廢水泵送至厭氧消化系統(tǒng)，采用中溫濕式水相厭氧消化為主體的工藝路線進(jìn)行處理，經(jīng)過充分的酸化水解后完成甲烷化過程產(chǎn)生沼氣，從而實(shí)現(xiàn)餐廚垃圾的資源化利用和無害化處置，有效控制餐廚垃圾處置過程產(chǎn)生的污染。

采用水相厭氧消化工藝，系統(tǒng)占地面積小，節(jié)省厭氧系統(tǒng)投資，后期運(yùn)營維護(hù)也相對簡單方便。此外，水相厭氧消化工藝產(chǎn)生的沼液量較全物料厭氧消化工藝少，可減少后續(xù)污水處理建設(shè)和處理的成本。

1.3 沼氣/液/渣協(xié)同焚燒廠處置

餐廚垃圾漿料經(jīng)過厭氧消化后產(chǎn)生的消化液經(jīng)過固液分離后，產(chǎn)生的沼氣輸送至氣柜儲存增壓，然后送至焚燒廠的焚燒爐焚燒；產(chǎn)生的沼液送至焚燒廠滲濾液處理站協(xié)同處理；產(chǎn)生的含水80%的沼渣送至焚燒廠焚燒爐焚燒。沼氣/液/渣協(xié)同焚燒廠處置減少建設(shè)運(yùn)營成本，實(shí)現(xiàn)項目收益最大化。

1.4 主要技術(shù)指標(biāo)對比

以處理規(guī)模100 t/d的項目為例進(jìn)行測算，對比分選擠壓工藝與破碎分選制漿工藝主要技術(shù)指標(biāo)，結(jié)果見表1。

從表1可知：

表1 分選擠壓工藝與破碎分選制漿主要技術(shù)指標(biāo)對比

1)分選擠壓工藝固渣雜質(zhì)比例為30%，破碎分選制漿工藝固渣雜質(zhì)比例為33%。對于這部分固渣雜質(zhì)，協(xié)同焚燒廠項目都做焚燒處置，固渣雜質(zhì)處置成本差異很小。

2)分選擠壓工藝設(shè)計時，對分選產(chǎn)生的固渣雜質(zhì)進(jìn)行加熱洗滌，瀝出油水再次提油，可保證其提油率與破碎分選工藝差異不大。

3)兩種工藝沼氣產(chǎn)量相差約2 000 m3/d，協(xié)同項目不單獨(dú)建設(shè)沼氣凈化利用系統(tǒng)，沼氣直接進(jìn)焚燒爐焚燒，而焚燒爐燃燒沼氣的發(fā)電效率為20%，相對較低。因此，兩種預(yù)處理工藝選擇對整個項目影響相對較小。

4)分選擠壓工藝產(chǎn)生的沼液較破碎制漿工藝少15 t/d，運(yùn)行能耗低、設(shè)備投資少，可節(jié)省建設(shè)投資及運(yùn)行成本。

2 餐廚垃圾協(xié)同處理優(yōu)勢

餐廚垃圾處置項目單獨(dú)建立處理廠時，生產(chǎn)管理、公用輔助設(shè)施需建設(shè)齊全，主處理工藝流程繁長，因餐廚垃圾含油率高、物料粘稠同時夾雜無機(jī)雜質(zhì)等理化特點(diǎn)，運(yùn)行過程中經(jīng)常出現(xiàn)設(shè)備卡堵等現(xiàn)象。目前，國內(nèi)大部分單獨(dú)建設(shè)的餐廚垃圾處理廠建設(shè)投資和運(yùn)行維護(hù)成本高，產(chǎn)品沼氣不能獲得長期穩(wěn)定的收益，完全依賴政府補(bǔ)貼，所以存在虧損現(xiàn)象。

餐廚垃圾協(xié)同生活垃圾焚燒廠處理的優(yōu)勢[4]如下：

1)共用設(shè)施，降低投資。餐廚垃圾廠與垃圾焚燒廠協(xié)同共建，可共用垃圾焚燒廠的辦公樓、計量系統(tǒng)、供水、供熱、供電等公用設(shè)施，沼氣等資源化產(chǎn)品可協(xié)同焚燒處置，降低投資；餐廚垃圾處理過程中的固渣雜質(zhì)可直接送至垃圾焚燒廠處置，實(shí)現(xiàn)無害化、減量化處理，并降低運(yùn)行成本。固渣雜質(zhì)在廠區(qū)內(nèi)處理，運(yùn)輸距離短，臭氣逸散易控制，作業(yè)環(huán)境好。

2)人員共用減少人工成本。餐廚垃圾處理廠與生活垃圾焚燒廠協(xié)同共建，行政管理、運(yùn)行、維修、安保等人員可以共用，可減少人員工資成本。

3)沼氣/沼液協(xié)同處置。餐廚垃圾有機(jī)漿液經(jīng)厭氧消化后產(chǎn)生的沼氣送至生活垃圾焚燒爐作為燃料助燃，既充分利用了沼氣熱值，又有利于提升焚燒爐爐內(nèi)溫度，減少助燃柴油的使用。沼液送至焚燒廠滲濾液處理站協(xié)同處理，可以解決沼液單獨(dú)處理的技術(shù)難題，同時為焚燒廠滲濾液處理補(bǔ)充碳源，減少外購碳源的成本。

4)工藝簡單、設(shè)備投資低。餐廚垃圾預(yù)處理工藝的核心設(shè)備——螺旋擠壓設(shè)備來自食品行業(yè)，根據(jù)餐廚垃圾物料特點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化改造。該預(yù)處理路線設(shè)備投資和能耗低，解決餐廚垃圾預(yù)處理過程中出現(xiàn)的設(shè)備卡堵等問題，滿足餐廚垃圾預(yù)處理除雜及蒸煮提油資源化處置需求。

5)預(yù)處理環(huán)節(jié)保證最大除雜率及最大量提取油脂，盡量減少后端進(jìn)厭氧消化系統(tǒng)的有機(jī)漿液量；而后端采用的水相厭氧消化工藝節(jié)省了系統(tǒng)投資及運(yùn)營維護(hù)成本。

3 典型協(xié)同處置案例分析

餐廚垃圾與生活垃圾焚燒廠協(xié)同共建已逐漸成為主流，不同的規(guī)模及沼氣利用方式?jīng)Q定了餐廚垃圾的處理工藝有所不同。

3.1 簡單預(yù)處理協(xié)同項目

某餐廚垃圾處理規(guī)模50 t/d的項目采用的主要處理工藝為：預(yù)處理+蒸煮提油+固渣雜質(zhì)協(xié)同焚燒廠焚燒+水相漿料協(xié)同滲濾液處理站處理+油脂外售，工藝流程如圖2所示。

圖2 餐廚垃圾簡單預(yù)處理工藝流程圖

該工藝較為簡單，后端不設(shè)計厭氧消化系統(tǒng)，適合中小城市餐廚垃圾處理規(guī)模50 t/d以下、與焚燒廠協(xié)同共建的項目。

該工藝的優(yōu)點(diǎn)是工藝簡單，占地小，節(jié)省建設(shè)投資及運(yùn)行成本。缺點(diǎn)是經(jīng)過預(yù)處理的餐廚垃圾蒸煮提油產(chǎn)生的有機(jī)水相漿液中各類污染物濃度較高：COD濃度為14萬～18萬mg/L，SS濃度為2萬～4.5萬mg/L，油脂濃度約5 000 mg/L。因此，有機(jī)水相與焚燒廠滲濾液處理站進(jìn)行協(xié)同處置時，前端去除油脂、SS等預(yù)處理工藝設(shè)備選擇是關(guān)鍵。如果油脂及SS去除效果不佳，對后端MBR超濾系統(tǒng)及膜系統(tǒng)影響極大，會導(dǎo)致滲濾液處理系統(tǒng)崩潰。

對于餐廚垃圾簡單預(yù)處理協(xié)同工藝，餐廚垃圾處置規(guī)模與滲濾液處理站規(guī)模匹配、選擇合適的油脂及SS去除設(shè)備是關(guān)鍵，否則這種工藝不能長期穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 預(yù)處理+水相濕式厭氧消化+沼氣凈化發(fā)電協(xié)同項目

某餐廚垃圾處理規(guī)模250 t/d的項目采用的主要處理工藝為：預(yù)處理+蒸煮提油+固渣雜質(zhì)協(xié)同焚燒廠焚燒+水相漿料厭氧消化+沼氣凈化發(fā)電+沼液滲濾液處理站協(xié)同處理，工藝流程如圖3所示。

圖3 預(yù)處理+水相濕式厭氧消化+沼氣凈化發(fā)電 工藝流程圖

該工藝適合餐廚垃圾處置規(guī)模較大的項目或與焚燒廠協(xié)同共建的項目。

該工藝為全流程餐廚垃圾處置工藝，可實(shí)現(xiàn)餐廚垃圾最大程度資源化，產(chǎn)品為油脂、沼氣和電，全面響應(yīng)國家餐廚垃圾處置相關(guān)政策。餐廚垃圾200 t/d以上規(guī)模獨(dú)立建設(shè)的餐廚垃圾廠采用此工藝也可形成規(guī)模效應(yīng)，保證項目收益。若與焚燒廠協(xié)同共建，廢水、廢渣處置便利，節(jié)省成本；焚燒廠滲濾液處置沼氣與餐廚沼氣協(xié)同處理，可避免單獨(dú)焚燒廠滲濾液沼氣直接火炬焚燒處置，減少資源浪費(fèi)。該工藝的缺點(diǎn)是相對運(yùn)行成本較高。

由于該工藝為餐廚垃圾工藝全流程處置，為保證項目穩(wěn)定運(yùn)行及盈利，項目的運(yùn)行管理水平必須提高。

3.3 預(yù)處理+全物料濕式高溫厭氧消化協(xié)同項目

某餐廚垃圾150 t/d、廚余垃圾150 t/d、糞便300 t/d處理規(guī)模的項目采用的主要處理工藝為：餐廚垃圾、廚余垃圾及糞便預(yù)處理+高溫聯(lián)合厭氧消化+沼氣加熱焚燒爐一次風(fēng)+沼液滲濾液處理站協(xié)同處理+固渣雜質(zhì)協(xié)同焚燒，工藝流程如圖4所示。

圖4 預(yù)處理+全物料高溫厭氧消化工藝流程圖

預(yù)處理+全物料濕式高溫厭氧消化工藝既適合規(guī)模較大或多種垃圾物料聯(lián)合厭氧消化的項目，又適合與焚燒廠協(xié)同的項目。

這種工藝采用全物料高溫濕式厭氧消化工藝，由于糞便含水率較高，可用作物料調(diào)配稀釋水，減少外加工藝水成本。沼氣用于加熱焚燒爐一次風(fēng)，可減少焚燒廠蒸汽消耗，提高發(fā)電效益，同時還可減少沼氣凈化發(fā)電投資及運(yùn)行成本，提高項目收益；多種物料聯(lián)合厭氧消化也是未來有機(jī)垃圾聯(lián)合處置的發(fā)展趨勢。

該工藝的缺點(diǎn)為：多種物料聯(lián)合進(jìn)行高溫濕式厭氧消化，在實(shí)際運(yùn)行時，溫度控制及調(diào)試、多種物料調(diào)配及C/N配比調(diào)試將會面臨很大挑戰(zhàn)。

對于規(guī)模較大、多種物料聯(lián)合厭氧消化的項目，建議優(yōu)化全廠沼氣利用方案，推薦采用部分沼氣單獨(dú)發(fā)電機(jī)組，防止沼氣直接火炬焚燒，造成資源浪費(fèi)。

4 結(jié)束語

餐廚垃圾處理廠與生活垃圾焚燒廠協(xié)同共建，協(xié)同處理模式的工藝系統(tǒng)精簡，建設(shè)投資及運(yùn)營成本低，是未來餐廚垃圾、廚余垃圾及糞便等有機(jī)垃圾處理廠工藝選擇的主流趨勢，尤其適合餐廚垃圾產(chǎn)量少、缺乏規(guī)模效應(yīng)、不適合采用全工藝路線的中小城市。協(xié)同焚燒廠處置采用“簡單預(yù)處理+水相厭氧消化”工藝，可保證餐廚垃圾資源化、無害化、減量化處理，實(shí)現(xiàn)項目的經(jīng)濟(jì)收益最大化。