濕熱解技術在餐廚垃圾預處理工程中的應用

文_趙春波 北京梅凱尼克環(huán)保科技有限公司

針對我國市餐廚垃圾產(chǎn)生及性狀特點，在考察其在新疆某市餐廚廢棄物處理工程中的實際應用效果的基礎上，建議含油脂率較高的餐廚垃圾處理工程使用本工程的濕熱解技術為核心的綜合分選預處理工藝進行處理。

1 項目背景

本項目建設地點位于中心城區(qū)東南邊緣，距離城區(qū)約25km，距離市衛(wèi)生填埋場約400m，建設用地總占地面積約30000m2。主體工藝采用“預處理+厭氧發(fā)酵”，主要產(chǎn)品有工業(yè)粗油脂和沼氣。

預處理系統(tǒng)采用濕熱解技術為核心的綜合分選系統(tǒng)，此階段實現(xiàn)固相無機質(zhì)、油脂和固相有機質(zhì)、液相物料的分離。其中無機質(zhì)送入填埋場處理，粗油脂作為工業(yè)原料外售；剩余物料進入?yún)捬醢l(fā)酵系統(tǒng)。厭氧發(fā)酵系統(tǒng)采用中溫、兩級發(fā)酵技術，系統(tǒng)產(chǎn)品沼氣平均產(chǎn)量不小于2600Nm3/d，沼氣經(jīng)過凈化處理用于鍋爐燃燒；發(fā)酵后的殘渣經(jīng)過固液分離后產(chǎn)生沼渣、沼液，沼液排至廠區(qū)西側(cè)填埋場廢水處理站，沼渣經(jīng)過脫水后堆肥外售；分選出的雜物進入填埋場填埋。

2 項目設計特點

本工程采用“接收及輸送+綜合分選+加熱離心”的預處理工藝。工程設計點：

①結(jié)合項目地區(qū)的氣候條件，接收斗上部設計多個噴淋嘴，根據(jù)現(xiàn)場情況噴淋85℃熱水，將垃圾中更多的油脂溶化為液體狀態(tài)，隨水流出并收集用于油脂提取。同時，大物質(zhì)分選機蓋板上也設置多個噴淋嘴，根據(jù)需要回流廢水噴淋。

②根據(jù)物料組分，設計全物料濕熱解提油來配置設備和工藝。若收運的物料含油率較低，考慮工藝的合理性和節(jié)省能耗，在除砂機出料端設置旁通管路，通過閥門的切換，將除砂后的漿液直接泵入勻漿緩沖池，實現(xiàn)濾水除油方式。這樣的設計可控性比較強，操作靈活。

③由于餐廚垃圾大雜質(zhì)和輕物質(zhì)較多，為防止大雜質(zhì)卡塞和輕物質(zhì)對物料的纏繞，接料斗底部及大物質(zhì)分選機設置無軸螺旋輸送，變頻控制，保證物料輸送量及輸送效果。

④接收斗底部設置的兩條無軸螺旋均可正反轉(zhuǎn)，出現(xiàn)卡死時可反轉(zhuǎn)，提高系統(tǒng)運行穩(wěn)定性。

⑤除砂機的集砂罐設置反沖水清洗裝置，清洗重物質(zhì)中的有機物。清洗后的有機水回到漿液中，減少有機物的損失。

⑥為防止物料輸送泵和管道發(fā)生堵塞與磨損問題，采用壓縮空氣輸送泵壓送漿液。該泵沒有與物料接觸的轉(zhuǎn)動部件，即使物料含有較大輕物質(zhì)，也不會發(fā)生機械纏繞導致輸送泵堵塞、避免采用螺桿泵由于磨損需定期更換的問題，具有高揚程、不堵塞、運行成本低的優(yōu)點。

⑦為確保提油生產(chǎn)線的連續(xù)運行，設置2臺加熱罐交替運行；將臥式三相離心分離機設置在廢水池和勻漿緩沖池上，分離后的廢水和廢渣依靠自重流進池內(nèi)，在高程上節(jié)省動力，降低系統(tǒng)能耗。

⑧漿液暫存池設置換熱盤管，用未加熱前的漿料對提油系統(tǒng)的出口廢水進行換熱，回收利用對除油后的高溫物料的溫度進行。這樣既可以降低進厭氧系統(tǒng)的漿料溫度，又可以減少前端提油系統(tǒng)所投入的熱量，降低工程能耗，節(jié)約運行成本。

⑨厭氧消化系統(tǒng)前的漿液輸送管道材質(zhì)均為SS304不銹鋼，管道耐磨性高、阻力損失小。

⑩為保證整個項目無二次污染，供貨范圍內(nèi)設備均保證密閉性，所有需連接除臭系統(tǒng)的設備均設置臭氣收集口，并預留排氣口及排氣管道的安裝位置。

3 設計內(nèi)容

3.1 物料接收及輸送系統(tǒng)

物料接收及輸送系統(tǒng)在實現(xiàn)垃圾的接收和輸送同時，還具有一定儲存功能，能夠滿足高峰期物料的接收和輸送，避免車輛長時間排隊等候的現(xiàn)象。

接收斗尺寸標準密封箱式餐廚垃圾車設計，標準運輸車出料口離地高度為0.8m。本方案接收斗接料口尺寸大于8t垃圾車的寬度的同時，還考慮了物料自由下落0.8m左右的濺射面寬度。

接收及輸送系統(tǒng)處理規(guī)模50t/d，按每天8h運行設計，設置一套7.5m3/h的輸送線，每條線設置一個20m3接收斗。接料斗和輸送螺旋具備在4h內(nèi)儲存和輸送大于50t餐廚垃圾的容積和輸送能力。

3.2 綜合分選系統(tǒng)

50t原生垃圾每天分出≥60mm的大雜質(zhì)4.5t、輕雜質(zhì)0.2t、重雜質(zhì)0.5t，同時物料被制備成含固率11.4%的有機漿液送入全物料濕熱解提油系統(tǒng)。綜合分選系統(tǒng)按每天8h運行設計，設置處理能力7.5t/h的大物質(zhì)分選機、破碎制漿分選一體機、除砂機各1臺。

大物質(zhì)分選機采用無軸螺旋結(jié)構(gòu)，上層結(jié)構(gòu)設置孔徑60mm的篩網(wǎng)。垃圾在上層螺旋推進的過程中，小于篩孔的物料落到篩下；大于篩孔的物料被推送至雜質(zhì)出口從系統(tǒng)中分出。下層結(jié)構(gòu)設置8mm的濾網(wǎng)，將垃圾中的油水進一步的瀝出，通過管道送入漿液暫存池。

餐廚垃圾進入破碎制漿分選一體機，固體有機物和易被破碎的重物質(zhì)被碎成8mm的顆粒，從設備下部排出進入漿液收集箱，通過空氣泵輸送至除砂機；剩余的輕物質(zhì)和不易破碎的雜質(zhì)被輸送至尾端排出。除砂機通過3個串聯(lián)的旋流器和循環(huán)除砂工藝，二次去除有機漿液中重物質(zhì)顆粒，防止重物質(zhì)對設備造成損害以及在罐體中沉降淤積。

本系統(tǒng)優(yōu)勢：①精細的分選系統(tǒng)，雜質(zhì)分離效率高，有機損失小；②破碎、制漿、分選一體化設計，結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)約占地；③物料采用無磨損輸送系統(tǒng)輸送，降低設備維護費用。

3.3 全物料濕熱解提油系統(tǒng)

將含固率約11.4%的69.2t有機漿液送入濕熱解提油系統(tǒng)，通過2臺加熱罐和1臺三相臥式離心機，實現(xiàn)粗油脂、廢水、廢渣三相分離。

將有機漿液泵入加熱罐，通入飽和蒸汽直接加熱至80℃，再泵入三相臥式離心機，分出1.68t粗油脂、廢渣和廢水。廢渣進入勻漿緩沖池，廢水進入廢水暫存池，粗油脂則泵送至毛油儲存罐。廢水通過換熱器和油脂提取系統(tǒng)的前端進料進行換熱利用后，與廢渣混勻進入后端厭氧處理系統(tǒng)。

系統(tǒng)設計優(yōu)勢：①同傳統(tǒng)的靜置、高速離心等分離方法相比，處理能力大，且能處理高濃度餐廚垃圾漿液；②對餐廚垃圾固相和液相同時進行處理，提油效率較高；③通過改變物料重蛋白質(zhì)、碳水化合物及油脂的物理化學性能，可提高后續(xù)生物處理效率，在實現(xiàn)資源化的同時，更實現(xiàn)消毒滅菌。

3.4 除臭點及風量設計

根據(jù)污染程度不同進行分區(qū)劃分。接收斗設除臭口，斗內(nèi)保持微負壓狀態(tài)。除接收斗外設備采用密閉控制，通過除臭管道直接連入臭氣處理系統(tǒng)處理后達標排放。根據(jù)相關標準規(guī)范規(guī)定及工程項目經(jīng)驗，設計預處理車間換氣次數(shù)3次/h，構(gòu)筑物內(nèi)集氣容器換氣次數(shù)6次/h，保證構(gòu)筑物內(nèi)處于負壓狀態(tài)，避免惡臭氣體逸散。統(tǒng)計本項目預處理車間除臭風量約3萬m3/h。

4 運行效果驗證

4.1 處理效果

預處理后的有機漿液滿足進入后端厭氧發(fā)酵系統(tǒng)處理的指標，漿液量不超過進料量的120%。系統(tǒng)分離出的雜質(zhì)滿足進入垃圾填埋場填埋的要求。

4.2 經(jīng)濟指標

本工程日處理含固率18%的餐廚垃圾50t，直接運行費用49元/t。從工程處理效果看出，以“物料接收及輸送+綜合分選+全物料濕熱解提油”為主體工藝的餐廚垃圾預處理工程，系統(tǒng)設備運行功率低，處理噸原料電耗為27.0kWh，處理噸原料用水量為0.14t，全系統(tǒng)年均蒸汽消耗量約4.8t/d。

5 結(jié)語

收運來的餐廚垃圾經(jīng)油脂分離產(chǎn)出的粗油脂作為工業(yè)原料直接外售；通過雜質(zhì)分離、破碎分選、制漿后的垃圾，經(jīng)發(fā)酵系統(tǒng)處理產(chǎn)生沼氣產(chǎn)品，真正實現(xiàn)了垃圾無害化處理和資源化利用。

以濕熱解技術為核心的綜合分選系統(tǒng)在本工程的設計、建設和運行過程中，表現(xiàn)出了油脂回收率高、雜質(zhì)分離效率高、有機質(zhì)損失小、節(jié)省占地、運行效果穩(wěn)定、運行成本低、自動化程度等優(yōu)勢，說明該工藝完全適用該市餐廚垃圾預處理工程。