餐廚垃圾處理廠預(yù)處理工藝應(yīng)用分析

曹 猛

（大連市市政設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，遼寧 大連 116011）

餐廚垃圾成分十分復(fù)雜，是油、水、果皮、蔬菜、米面、肉、骨頭以及廢餐具、塑料、紙巾等多種物質(zhì)的混合物。其主要特點(diǎn)是含水量高，水分占垃圾總量的80%～90%；有機(jī)物含量高，油脂高，鹽分含量高；易腐爛變質(zhì)，易發(fā)酵，易發(fā)臭；易滋長(zhǎng)寄生蟲(chóng)與卵、病原微生物和霉菌毒素等有害物質(zhì)。因此，餐廚垃圾不能有效處理及利用將對(duì)環(huán)境和人體產(chǎn)生危害，也會(huì)造成資源浪費(fèi)。國(guó)內(nèi)餐廚垃圾常用的處理技術(shù)有厭氧消化、好氧堆肥、飼料化技術(shù)三種，無(wú)論采用哪種技術(shù)方案，前端都需要進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理工藝系統(tǒng)組成和設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合后續(xù)核心處理工藝的類(lèi)型、餐廚垃圾物料性質(zhì)統(tǒng)籌分析。本文結(jié)合我國(guó)西南地區(qū)某餐廚垃圾處理廠的應(yīng)用實(shí)例，分析其適用的預(yù)處理工藝。

1 工程物料性質(zhì)與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

本餐廚垃圾處理廠的餐廚垃圾處理規(guī)模為50 t/d，廠區(qū)用地面積為12 077 m，總投資為5 945.65 萬(wàn)元。本工程于2020年12月動(dòng)工，2021年10月調(diào)試運(yùn)行。該廠核心處理工藝為全物料中溫厭氧消化，工藝系統(tǒng)組成包括預(yù)處理系統(tǒng)、全物料中溫厭氧消化系統(tǒng)、沼氣凈存及綜合利用系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)及全廠除臭系統(tǒng)。

1.1 物料性質(zhì)

本工程位于我國(guó)西南地區(qū)，餐廚垃圾性質(zhì)與成都市、重慶市的餐廚垃圾性質(zhì)較為接近，其成分包括但不限于油、水、果皮、蔬菜、米面、肉、骨頭以及廢餐具、玻璃容器、金屬器物、塑料、紙巾。本次設(shè)計(jì)采用的餐廚垃圾原始物料主要成分如表1所示，其含固率為16.0%，含水率為84.0%，有機(jī)干物質(zhì)（VS）占總固體（TS）的75%。餐廚垃圾含水率較大，有機(jī)質(zhì)和油脂含量均較高。該地區(qū)垃圾分類(lèi)一直沒(méi)有落實(shí)，物料成分十分復(fù)雜，干物料中纖維及貝殼含量對(duì)比國(guó)內(nèi)其他城市均較高，因此預(yù)處理工藝應(yīng)對(duì)各種大物質(zhì)、細(xì)碎雜質(zhì)、輕飄纖維進(jìn)行重點(diǎn)篩分去除，保證有機(jī)質(zhì)含量及油脂提取率。

表1 餐廚垃圾物料組分

1.2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

根據(jù)餐廚物料組分和理化性質(zhì)，結(jié)合本工程核心工藝選擇和國(guó)內(nèi)工程案例經(jīng)驗(yàn)，預(yù)處理工藝選擇應(yīng)重點(diǎn)考慮7 點(diǎn)：油脂含量高，經(jīng)濟(jì)附加值高，盡可能提取物料中油脂；大物質(zhì)含量高，成分復(fù)雜，應(yīng)保證大物質(zhì)有效去除；貝殼、沙粒、辣椒籽較多，應(yīng)保證細(xì)碎雜質(zhì)的有效去除，減少對(duì)機(jī)械設(shè)備的磨損；有機(jī)質(zhì)含量較高，結(jié)合全物料厭氧要求，盡可能減小有機(jī)質(zhì)的耗損；含水率較高，盡可能在預(yù)處理工藝中回用，減少分離液相總量，減輕后續(xù)污水處理負(fù)擔(dān)；工藝設(shè)備應(yīng)可靠密閉，避免跑冒滴漏；蒸汽等熱能盡可能回收利用，減少能源浪費(fèi)。

2 工藝流程及物料平衡

預(yù)處理系統(tǒng)工藝流程及物料平衡如圖1所示。餐廚垃圾先進(jìn)廠計(jì)量稱(chēng)重，后進(jìn)入卸料大廳，其由專(zhuān)用車(chē)輛倒入指定的接料裝置中。接料裝置瀝水后輸出的固態(tài)物料通過(guò)大物質(zhì)分選單元、破損制漿分選單元、除砂除雜單元，其以機(jī)械分選方式將物料中大物質(zhì)、細(xì)碎雜質(zhì)、纖維、沙粒逐級(jí)分離去除，處理后的漿液進(jìn)入中間池儲(chǔ)存，并用作油水分離系統(tǒng)的原料進(jìn)入油脂提取系統(tǒng)。

圖1 預(yù)處理系統(tǒng)工藝流程及物料平衡

中間池漿液經(jīng)提升泵提升至高位緩沖罐同時(shí)加熱，然后送入三相離心機(jī)進(jìn)行三相分離，分離出三種狀態(tài)的物料，分離的粗油脂儲(chǔ)存至油脂存儲(chǔ)槽后輸送至油脂回收系統(tǒng)，分離后的高溫?zé)崴赜玫较到y(tǒng)中；三相離心機(jī)分離的水相和渣相存入漿液池，然后泵送至厭氧發(fā)酵系統(tǒng)的均漿池均質(zhì)，為厭氧發(fā)酵系統(tǒng)提供合適的有機(jī)漿料。

3 工藝設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

根據(jù)餐廚物料性質(zhì)及《餐廚垃圾處理技術(shù)規(guī)范》（CJJ 184—2012）要求，本工程預(yù)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)及相關(guān)指標(biāo)如下：分選后餐廚垃圾中不可降解雜質(zhì)含量應(yīng)小于5%，外運(yùn)雜質(zhì)含水率不大于75%；粗分后餐廚物料粒徑應(yīng)不大于60 mm，破碎精分后餐廚物料粒徑應(yīng)不大于10 mm；三相分離后，液相中含油率不大于5%，油脂含雜率不大于3%，整體提油率應(yīng)大于90%；有機(jī)質(zhì)損耗量應(yīng)低于10%，有機(jī)漿液含固率應(yīng)不小于8%。

3.2 大物質(zhì)分選單元

原生餐廚垃圾在接收斗內(nèi)經(jīng)過(guò)濾水處理后被底部的螺旋送至大物質(zhì)分選單元，實(shí)物如圖2所示。大物質(zhì)分選單元的主要作用是把餐廚垃圾中的大物質(zhì)分離出來(lái)，如塑料袋、玻璃瓶、易拉罐等。國(guó)內(nèi)大物質(zhì)分選機(jī)主要分為螺旋滾筒篩式和擺臂掄錘式，本工程采用的是螺旋滾筒篩式，該設(shè)備為上、下兩層無(wú)軸螺旋結(jié)構(gòu)，不易堵塞和纏繞，中間設(shè)置帶孔的篩網(wǎng)，在螺旋推進(jìn)的過(guò)程中，小于篩網(wǎng)孔的物料和液體落到篩下，大于篩孔的物料被螺旋推送至雜質(zhì)出料口，作為大物質(zhì)雜質(zhì)從本單元中分出，設(shè)備粗大雜物去除率大于95%，能將物料中粒徑60 mm 以上的雜物分離出系統(tǒng)，同時(shí)可以靈活調(diào)節(jié)篩網(wǎng)孔徑來(lái)去除目標(biāo)粒徑雜質(zhì)。設(shè)備推進(jìn)的過(guò)程中，無(wú)軸螺旋對(duì)袋裝物形成一定的破碎作用。大物質(zhì)分選機(jī)底部設(shè)置格柵，將垃圾中的剩余油水進(jìn)一步濾出。

圖2 大物質(zhì)分選機(jī)實(shí)物圖

本單元核心處理設(shè)備包括物料接收設(shè)備、螺旋式大物質(zhì)分選機(jī)和雜料輸出螺旋。螺旋式大物質(zhì)分選機(jī)處理能力為10 t/h，螺旋體材質(zhì)為16 錳鋼，外罩及蓋板材質(zhì)為SS304，上層有2 根螺旋（單臺(tái)功率5.5 kW），下層有1 根螺旋（單臺(tái)功率7.5 kW），整機(jī)推進(jìn)頻率控制在10 Hz 左右，轉(zhuǎn)速控制在50 r/min 以下。

3.3 破碎制漿分選單元

破碎制漿分選單元主要作用是將大物質(zhì)分選單元送來(lái)的餐廚垃圾破碎成粒徑10 mm 以下的顆粒，同時(shí)將餐廚垃圾中的輕物質(zhì)和部分不易破碎的其他雜質(zhì)分離出來(lái)。

本單元核心設(shè)備包括破碎制漿分選機(jī)、雜料輸出螺旋及氣提輸送設(shè)備。從設(shè)備參數(shù)來(lái)看，破碎制漿分選機(jī)處理能力為10 t/h，主材為SS304。

3.4 除砂除雜單元

除砂除雜單元主要作用是去除有機(jī)漿液中的重物質(zhì)雜質(zhì)（貝殼、玻璃、瓷片、砂石等比重大于2 000 kg/m），防止其對(duì)泵、脫水機(jī)、管道等設(shè)備造成損害，并且減少厭氧發(fā)酵系統(tǒng)的罐內(nèi)沉砂。除雜單元主要作用是去除有機(jī)漿液中的纖維、殘留塑料、辣椒皮、辣椒籽、海椒籽等對(duì)提油單元和厭氧系統(tǒng)有干擾的輕飄雜質(zhì)，防止其對(duì)泵、離心機(jī)、管道及厭氧設(shè)備造成損害，同時(shí)提高毛油品質(zhì)。

本單元核心設(shè)備包括除砂除雜一體機(jī)、雜質(zhì)輸送螺旋及雜質(zhì)匯總螺旋。從設(shè)備參數(shù)來(lái)看，除砂除雜一體機(jī)處理能力10 t/h，除砂裝置的主旋流器材質(zhì)采用耐磨聚氨酯，設(shè)備功率約為27 kW，除雜機(jī)的篩鼓和螺旋材質(zhì)為SS304，機(jī)座材質(zhì)為碳鋼，設(shè)備功率約為30 kW。

3.5 油脂提取單元

油脂提取單元主要包括混合加熱器、三相臥式螺旋離心機(jī)、油脂暫存罐等，通過(guò)加熱+離心分離工藝將有機(jī)漿液中的油脂分離出來(lái)，實(shí)現(xiàn)粗油脂的回收。漿液泵送入加熱器內(nèi)，直接通入蒸汽并混勻，將漿液溫度升高到75 ℃左右，實(shí)現(xiàn)油脂的溶解?；旌霞訜崞鬟B續(xù)工作，保證了工作效率。加熱后的漿液在加熱緩沖罐暫存后泵送入三相離心機(jī)。三相離心機(jī)可將漿液分成三部分，即油脂、廢渣和廢水。廢水和廢渣混合后泵送至厭氧發(fā)酵系統(tǒng)，毛油則送至室外毛油罐。加熱器、加熱罐外部均做保溫，起到安全防護(hù)和保溫功能。本單元分離后的高溫?zé)崴赜玫较到y(tǒng)中，通過(guò)廢水暫存池的盤(pán)管換熱，減少熱量損耗。

本單元主要設(shè)備包括加熱器進(jìn)料泵、混合加熱器、加熱緩沖罐、三相離心機(jī)、雜質(zhì)輸送螺旋、油脂暫存罐、輸油泵、均漿池出料泵、漿液池?cái)嚢杵鞯取?/p>

4 各單元處理效果分析

預(yù)處理系統(tǒng)各單元處理效果實(shí)物圖如圖3所示。粗分選后，粒徑大于60 mm 的大塊金屬、瓷片、玻璃瓶及塑料袋等雜物被分離，有機(jī)質(zhì)得以保留，進(jìn)入后續(xù)破碎制漿分選系統(tǒng)，大物質(zhì)分選出的雜質(zhì)如圖3（a）所示。破碎分選后分離的雜質(zhì)如圖3（b）所示，其主要為不易破碎的塑料、纖維等，同時(shí)其他能被破碎成粒徑10 mm 以下的有機(jī)漿料和雜質(zhì)進(jìn)入后續(xù)除砂除雜系統(tǒng)。除砂除雜系統(tǒng)分離的重物質(zhì)雜質(zhì)，其主要為破碎后比重大于2 000 kg/m的貝殼、玻璃、瓷片和砂石等。細(xì)碎砂粒主要利用旋流除砂器實(shí)現(xiàn)分離。未除雜的有機(jī)漿液如圖3（c）所示，漿液中仍含一定細(xì)碎雜質(zhì)，主要為輕飄物。除雜單元從有機(jī)漿液中分離出纖維、殘留塑料、辣椒籽和海椒籽等，如圖3（d）所示。經(jīng)過(guò)提油單元加熱處理和三相分離后，得到粗油脂，如圖3（e）所示，經(jīng)分析，油脂含雜率不大于3%，整體提油率達(dá)到93%左右。提油均漿后送至厭氧消化系統(tǒng)的有機(jī)漿液含固率為9%～10%，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

圖3 預(yù)處理系統(tǒng)分選效果圖

經(jīng)處理效果分析及實(shí)踐論證，本工程采用的預(yù)處理系統(tǒng)具備如下特點(diǎn)：大物質(zhì)分選采用螺旋滾筒篩式分選機(jī)，可有效分離各種粗大雜質(zhì)，同時(shí)能避免細(xì)長(zhǎng)纖維的纏繞和堵塞，降低有機(jī)物料損失率；破碎制漿分選單元能有效分離難以破碎的纖維和塑料，保證物料破碎至小于目標(biāo)粒徑，氣提輸送系統(tǒng)能避免泵送系統(tǒng)對(duì)機(jī)械設(shè)備的磨損；除砂除雜單元能有效去除比重大的細(xì)碎顆粒雜質(zhì)和有機(jī)漿液中的輕飄細(xì)碎雜質(zhì)；油脂提取單元可保證油脂含量和含雜率；系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，用水及用熱等資源利用率得到有效保證。

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)近2 個(gè)月的調(diào)試運(yùn)行，本工程預(yù)處理系統(tǒng)目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)投產(chǎn)。實(shí)踐證明，采用大物質(zhì)分選-破碎制漿分選-除砂除雜-油脂提取的綜合預(yù)處理工藝，能夠?yàn)楹罄m(xù)全物料厭氧消化系統(tǒng)提供較高質(zhì)量的有機(jī)漿液，同時(shí)能夠有效去除各種雜質(zhì)，油脂提取效果也較為理想。該預(yù)處理工藝可以在西南地區(qū)同類(lèi)性質(zhì)的餐廚垃圾處理項(xiàng)目中推廣和應(yīng)用。