餐廚垃圾與生活垃圾高效協(xié)同處理的探討及工程案例分析

文_張珺 上海嘉偉環(huán)保科技有限公司

1 概況

目前餐飲服務(wù)業(yè)產(chǎn)生的餐廚垃圾，其處理工藝主要有厭氧工藝、好氧工藝、制肥工藝以及飼料化工藝等，其中厭氧工藝約占76%，為當(dāng)前餐廚垃圾處置的主流工藝。厭氧工藝主要通過預(yù)處理將餐廚垃圾中的有機(jī)質(zhì)分離出來，進(jìn)入?yún)捬醴磻?yīng)器內(nèi)進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣，在分離有機(jī)質(zhì)的同時還能夠?qū)⒉蛷N垃圾中利用價值較高的油脂類物質(zhì)分離出來，實(shí)現(xiàn)資源再利用。厭氧產(chǎn)生的沼氣通過沼氣鍋爐、沼氣發(fā)電機(jī)等設(shè)施進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為能源供外部使用，實(shí)現(xiàn)餐廚垃圾的資源化處置及利用。

國內(nèi)餐廚垃圾處置的工程雖然已發(fā)展多年，但目前工藝、設(shè)備仍有許多不成熟的地方，例如：廢渣利用、臭氣外溢、滲濾液濃液、經(jīng)濟(jì)效益等。如何應(yīng)對引發(fā)了業(yè)內(nèi)人士的不斷思考和嘗試。

2 方案分析

2.1 典型問題

餐廚垃圾處理中碰到的典型問題有：

①垃圾分類處在初期，實(shí)際收運(yùn)中餐廚垃圾?；旌现罅康纳罾?，處置后產(chǎn)生的廢渣較多，常見的處置方法是外運(yùn)衛(wèi)生填埋，而填埋并沒有真正將餐廚垃圾資源化。

②厭氧發(fā)酵工藝受限于有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化效率問題，根據(jù)熊建軍等人的研究，優(yōu)化后的厭氧效率也僅能將46%的TS 轉(zhuǎn)化為沼氣，而熊彩虹等人將含有有機(jī)質(zhì)的廢渣一起進(jìn)行生物昆蟲如黑水虻飼養(yǎng)，將有機(jī)質(zhì)通過生物生長轉(zhuǎn)化為有機(jī)高蛋白飼料，但受銷售和設(shè)備規(guī)模限制。

③臭氣是最受百姓關(guān)注的重點(diǎn)問題，如不妥善應(yīng)對，將會引起居民投訴及環(huán)保處罰。

④餐廚滲濾液處置的常規(guī)膜法處理會產(chǎn)生20%～30%的濃液，這部分濃液無論廠內(nèi)或外運(yùn)，最終處置均需要昂貴的成本。

⑤蒸汽和發(fā)電上網(wǎng)作為整個工藝的核心能源和收入，穩(wěn)定供應(yīng)是必備的，蒸汽在鍋爐系統(tǒng)檢修等情況停爐時無法穩(wěn)定供應(yīng)，餐廚廠將面臨停產(chǎn)的窘境，并且發(fā)電獨(dú)立上網(wǎng)的外部高壓線路審批嚴(yán)格、成本高、周期長且經(jīng)濟(jì)效益一般也限制了沼氣發(fā)電的進(jìn)一步利用，造成了能源浪費(fèi)。

2.2 與生活垃圾焚燒協(xié)同處置

隨著垃圾分類、靜脈產(chǎn)業(yè)園等理念的不斷推廣，易腐垃圾處理進(jìn)入了“多元化協(xié)同處理”的新階段。其技術(shù)特點(diǎn)是餐廚垃圾、廚余垃圾、糞便、污泥、秸稈等物料分別通過不同的預(yù)處理工藝后，一并進(jìn)入后續(xù)處理系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)同處置。本文結(jié)合實(shí)際工程案例，探討餐廚垃圾與生活垃圾焚燒高效協(xié)同處置的新思路。

將餐廚垃圾處置廠與生活垃圾焚燒廠同廠建設(shè)，餐廚垃圾處理廠布置于生活垃圾焚燒主廠房旁。兩個項(xiàng)目的管理僅需一套運(yùn)維管理團(tuán)隊；環(huán)場通道、市政水電管網(wǎng)、倉庫均可實(shí)現(xiàn)共用。相比完全獨(dú)立的餐廚垃圾處理廠，可以減少大量共用設(shè)施土地占用，避免公共建構(gòu)筑物的重復(fù)建設(shè)，降低整體人員的編制數(shù)量，提高生產(chǎn)和管理效率。餐廚垃圾處理廠與生活垃圾焚燒廠同場建設(shè)如圖1。

圖1 餐廚垃圾處理廠與生活垃圾焚燒廠

2.3 協(xié)同處置利弊

餐廚垃圾與生活垃圾協(xié)同處理，解決餐廚垃圾處置中碰到的典型問題，并與生活垃圾焚燒電廠形成良好的互動，實(shí)現(xiàn)環(huán)保效益、經(jīng)濟(jì)效益雙豐收。

2.3.1 廢渣

廢渣通過物料輸送機(jī)進(jìn)入到密閉式垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)車中，在廠內(nèi)運(yùn)輸至電廠垃圾儲坑內(nèi)與生活垃圾混合后進(jìn)入爐內(nèi)焚燒。相較于非協(xié)同項(xiàng)目，協(xié)同處理可以充分利用電廠的垃圾焚燒能力處置餐廚廢渣，并進(jìn)一步利用焚燒產(chǎn)生的熱值進(jìn)行發(fā)電，變廢為寶。廠內(nèi)運(yùn)輸，廢渣不出廠，運(yùn)輸距離近、費(fèi)用低、環(huán)境影響小的同時，還免去了填埋場的土地占用。有條件的協(xié)同項(xiàng)目還可以用密閉機(jī)械輸送如鏈板機(jī)等代替垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)車輸送廢渣，更進(jìn)一步降低費(fèi)用及環(huán)境影響。

2.3.2 滲濾液

餐廚滲濾液主要來自厭氧發(fā)酵后的沼液，沼液在泥水分離后的清液進(jìn)入與電廠共建的滲濾液處理站，與生活垃圾滲濾液混合后進(jìn)入生化系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一處置。相較于獨(dú)立建設(shè)污水處理站，可充分發(fā)揮滲濾液處理的規(guī)模效應(yīng)，節(jié)約沼液處理系統(tǒng)的用地和投資。

2.3.3 沼氣

沼氣利用主要是將沼氣用于燃?xì)忮仩t產(chǎn)蒸汽以及燃?xì)獍l(fā)電機(jī)發(fā)電，也有少數(shù)項(xiàng)目將沼氣制成CNG 出售。其中，沼氣發(fā)電是餐廚垃圾處理項(xiàng)目為數(shù)不多的能夠產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益和收入的來源。鍋爐產(chǎn)生的蒸汽自用于預(yù)處理車間，發(fā)電在滿足自用后多余電力可并入電廠，與電廠一道并入當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)，實(shí)現(xiàn)能源充分利用。

協(xié)同處理還可以有效利用電廠的蒸汽和電路資源，在鍋爐檢修維護(hù)或計劃外停機(jī)時利用電廠的蒸汽繼續(xù)維持餐廚預(yù)處理系統(tǒng)的正常工作，在發(fā)電機(jī)檢修維護(hù)或計劃外停機(jī)時將沼氣直接送至垃圾焚燒爐內(nèi)作為補(bǔ)充熱源進(jìn)行焚燒產(chǎn)熱發(fā)電。該方案即保證了餐廚預(yù)處理在各工況下仍能穩(wěn)定運(yùn)行以及能源浪費(fèi)的行業(yè)通病問題，還能夠節(jié)約并網(wǎng)線路投資和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。

2.3.4 臭氣

臭氣問題一直是困擾餐廚處理行業(yè)的難點(diǎn)重點(diǎn)。利用與電廠的協(xié)同，將餐廚垃圾處理過程中異味最重的設(shè)備點(diǎn)源臭氣通過除臭管道直接送至電廠垃圾坑,作為焚燒爐一次風(fēng)。而相對異味較輕的預(yù)處理車間內(nèi)面源臭氣,則利用就地除臭設(shè)施進(jìn)行處置。兩路除臭措施可互為備用，實(shí)現(xiàn)了臭氣處置的雙保險。

該協(xié)同方案可根據(jù)運(yùn)行工況，靈活調(diào)節(jié)除臭風(fēng)量和切換除臭設(shè)施，降低了除臭系統(tǒng)運(yùn)行的整體費(fèi)用的同時大大提高了除臭效果的穩(wěn)定性，確保臭氣不外溢，周邊居民無影響。

3 工程實(shí)例分析

現(xiàn)以長三角地區(qū)的某縣級餐廚處置項(xiàng)目為例，進(jìn)一步剖析和討論餐廚垃圾與生活垃圾同廠區(qū)同項(xiàng)目共建的協(xié)同模式。該項(xiàng)目生活垃圾日處理規(guī)模為分兩期共1200t/d、餐廚垃圾日處理規(guī)模為210t/d（其中餐廚垃圾100t/d，廚余垃圾100t/d，地溝油處置10t/d），餐廚垃圾處置與生活垃圾二期同期建設(shè)，目前均已建成投產(chǎn)。生活垃圾處理工藝采用機(jī)械爐排爐工藝，餐廚垃圾則采用了預(yù)處理機(jī)械分選+蒸煮提油+中溫厭氧發(fā)酵+沼氣發(fā)電的厭氧處理工藝。與電廠充分共建公用設(shè)施，如宿舍、食堂、綠化、休閑運(yùn)動區(qū)等，以及合用發(fā)電并網(wǎng)設(shè)備、污水處理設(shè)備、臭氣處理設(shè)備，并依托電廠提供穩(wěn)定蒸汽、廢渣焚燒以及多余沼氣入爐。并且在管理上除餐廚項(xiàng)目專業(yè)工程師以及值班巡檢操作員，其他管理人員與電廠配置一套管理團(tuán)隊。

3.1 協(xié)同過程中存在的問題及解決辦法

3.1.1 廢渣運(yùn)輸時間沖突

該項(xiàng)目廢渣通過密閉轉(zhuǎn)運(yùn)車輸送，在閑時廢渣轉(zhuǎn)運(yùn)車可以順暢通過引橋進(jìn)入垃圾坑卸料平臺，但每天上午同時是生活垃圾以及餐廚垃圾的進(jìn)場高峰期，經(jīng)常會出現(xiàn)車輛排隊等待卸料的現(xiàn)象，導(dǎo)致廢渣不能及時傾倒并回到餐廚出渣接料口，耽誤餐廚垃圾的連續(xù)處置。

為了解決這一問題，在設(shè)計之初即考慮選擇勾臂車配可拆卸的勾臂密封渣箱的轉(zhuǎn)運(yùn)車量，并且配置了3 個8t 密封渣箱，共可存放24t 廢渣，約2 ～3h 的出渣量，可以有充分緩沖時間避開早高峰卸料時段，且無需多購置運(yùn)輸車，僅需多配置2 個可拆卸密封渣箱即可。

由于該項(xiàng)目在最初建設(shè)方案時未考慮到此情況，餐廚項(xiàng)目出渣間與電廠垃圾坑設(shè)置在了兩個相反方向，在之后的項(xiàng)目里已吸取了這方面的經(jīng)驗(yàn)，將出渣間和垃圾坑就近布置，使用鏈板機(jī)等密閉機(jī)械輸送方式直接輸送至垃圾坑內(nèi)，大大提高了運(yùn)輸效率，避免卸料擁堵，減少了運(yùn)輸中滴冒跑漏風(fēng)險。

3.1.2 臭氣輸送效果保證

該項(xiàng)目點(diǎn)源臭氣輸送至垃圾坑作為一次風(fēng)使用，設(shè)計及建設(shè)時采用了僅在電廠一側(cè)設(shè)置引風(fēng)機(jī)輸送的方式，實(shí)際除臭效果沒有那么明顯。經(jīng)查找原因發(fā)現(xiàn)是由于管路漏氣、吸風(fēng)量分布不均等情況造成局部死角，無法形成足夠抽吸風(fēng)量導(dǎo)致形成不了負(fù)壓，因此在餐廚項(xiàng)目一側(cè)的局部管路上增加了防爆軸流風(fēng)機(jī)，改善風(fēng)量分布不均、負(fù)壓壓力不足情況。此外，在垃圾坑側(cè)采用了除臭風(fēng)管就近進(jìn)入垃圾坑內(nèi)，與一次風(fēng)吸風(fēng)口相隔較遠(yuǎn)，餐廚臭氣無法第一時間作為一次風(fēng)吸入爐膛內(nèi)，在垃圾坑局部形成正壓，在隨后整改中將餐廚除臭風(fēng)管出口延長至一次風(fēng)吸風(fēng)口附近，垃圾坑負(fù)壓可以很好的保持。

3.1.3 廢渣焚燒、蒸汽使用以及并網(wǎng)線路合理使用

餐廚項(xiàng)目一天產(chǎn)渣率可按餐廚垃圾30%、廚余垃圾60%計，地溝油產(chǎn)渣量非常小可不計，滿負(fù)荷時日產(chǎn)渣約90t/d，占電廠生活垃圾處置量的7.5%。廢渣的組分主要為餐廚垃圾混入的生活垃圾即塑料、玻璃、皮革、廢紙等，且該部分垃圾原本亦應(yīng)該分類進(jìn)入生活垃圾，實(shí)際運(yùn)行情況也表明廢渣對生活垃圾的處置不產(chǎn)生任何負(fù)面影響，還可增加鍋爐產(chǎn)熱，提高電廠發(fā)電量。

餐廚項(xiàng)目蒸汽一般使用溫度160℃左右，壓力0.4MPa 以下的蒸汽。起初設(shè)計和使用的是電廠鍋爐三抽做工后蒸汽，溫度壓力都無法保證。經(jīng)過分析，調(diào)整為電廠鍋爐二抽做工后蒸汽。實(shí)際運(yùn)行，每日使用蒸汽量約5t 左右，且為做工后蒸汽，對電廠蒸汽及發(fā)電系統(tǒng)幾乎沒有影響。該方案可無需在餐廚項(xiàng)目內(nèi)設(shè)置沼氣鍋爐系統(tǒng)，且電廠供蒸汽更加穩(wěn)定，餐廚項(xiàng)目產(chǎn)生的沼氣可全部用于發(fā)電產(chǎn)出經(jīng)濟(jì)效益，即節(jié)約了鍋爐系統(tǒng)重復(fù)投資，又可降低運(yùn)維費(fèi)用增加發(fā)電收入。

獨(dú)立餐廚項(xiàng)目的沼氣發(fā)電除自用外仍會有多余電量通過并網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)入市政電網(wǎng)進(jìn)行銷售，但單獨(dú)的并網(wǎng)線路及設(shè)備投入高、日常使用維護(hù)費(fèi)用多且報批建設(shè)手續(xù)時間長和繁雜，本項(xiàng)目在設(shè)計之初考慮的發(fā)電上網(wǎng)最終無法落地。考慮到項(xiàng)目利用協(xié)同優(yōu)勢，將餐廚項(xiàng)目的沼氣發(fā)電用于餐廚項(xiàng)目自用電的同時，通過內(nèi)部電網(wǎng)直接輸送至電廠的發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)，通過電廠變壓站升壓和計量后并入市政電網(wǎng)進(jìn)行銷售。該項(xiàng)目滿負(fù)荷時設(shè)計日發(fā)電量為8000kWh 左右，而電廠日發(fā)電量為48 萬kWh，占比為1.67%左右，實(shí)際運(yùn)行對電廠并網(wǎng)系統(tǒng)不會造成額外負(fù)荷，使用穩(wěn)定。

3.2 經(jīng)濟(jì)成本分析

本項(xiàng)目處理規(guī)模為175t/d，其中餐廚120t/d、廚余50t/d、地溝油5t/d，采用預(yù)處理+厭氧+沼氣產(chǎn)熱+沼氣發(fā)電的工藝路線，與本文的協(xié)同項(xiàng)目相似。

3.2.1 投資成本

協(xié)同處置項(xiàng)目中餐廚項(xiàng)目投資為0.8 億元，折算餐廚垃圾投資成本為37.2 萬元/t 餐廚垃圾。獨(dú)立項(xiàng)目總投資1.05億元，完整設(shè)置了沼氣鍋爐、滲濾液處理站、辦公及宿舍樓、消防設(shè)施、地磅及門衛(wèi)房、全風(fēng)量的除臭設(shè)施和整套的并網(wǎng)設(shè)備和線路。折算噸餐廚垃圾投資成本為60 萬元/t 餐廚垃圾。協(xié)同處置項(xiàng)目在投資成本明顯優(yōu)于獨(dú)立項(xiàng)目。

3.2.2 運(yùn)營成本

協(xié)同項(xiàng)目的運(yùn)營成本（包含材料、水電、人員工資、維修、環(huán)保檢測、其他費(fèi)用等）為137 元/t 餐廚垃圾。獨(dú)立項(xiàng)目的運(yùn)營成本為192 元/t 餐廚垃圾。

4 結(jié)語

本文以長三角地區(qū)的某縣級餐廚處置項(xiàng)目為例，對餐廚垃圾與生活垃圾協(xié)同處置模式的進(jìn)行了探討和分析，得出建議：①餐廚垃圾與生活垃圾的協(xié)同處置能夠解決許多在獨(dú)立項(xiàng)目中碰到的典型難題，并在該案例中進(jìn)行了成功的應(yīng)用。②經(jīng)過對該協(xié)同項(xiàng)目的論證，在臭氣、滲濾液、廢渣、蒸汽和并網(wǎng)線路以及管理團(tuán)隊上，都能很好地發(fā)揮協(xié)同處置的優(yōu)勢。③無論是初期的投資建設(shè)成本還是后期的運(yùn)營管理成本，協(xié)同處置項(xiàng)目都明顯優(yōu)于獨(dú)立項(xiàng)目，在經(jīng)濟(jì)性上具有很高的實(shí)施性，為后續(xù)同類其他項(xiàng)目提供了很好的經(jīng)驗(yàn)。