廚余垃圾熱水解-制漿耦合高效厭氧關(guān)鍵技術(shù)裝備研發(fā)與應(yīng)用

北京潔綠環(huán)境科技股份有限公司

作者：蘇 迎，居玉坤，郵箱：suying@jeegreen.com

【基本情況】

2016 年以來，隨著生活垃圾分類制度的逐步施行，居民分選出的以廚余垃圾為主的有機(jī)濕垃圾，需要單獨(dú)的處理設(shè)施進(jìn)行有效處理。北京潔綠環(huán)境科技股份有限公司開展餐廚/廚余垃圾處理系統(tǒng)項(xiàng)目的建設(shè)，針對現(xiàn)有廚余垃圾工藝流程過長、臭氣外溢擾民、殘?jiān)矢撸ā?0%）、殘?jiān)矢撸ā?0%）、厭氧調(diào)試期較長（一般超過3 個(gè)月）且調(diào)試后的厭氧系統(tǒng)易發(fā)生酸化、殘?jiān)Y源化利用率低等6 大難點(diǎn)進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新與裝備開發(fā)。在廚余垃圾有機(jī)質(zhì)資源化機(jī)理研究的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新研發(fā)出廚余垃圾熱水解-制漿耦合高效厭氧關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備。該技術(shù)相比傳統(tǒng)工藝流程大幅縮短，可達(dá)到殘?jiān)省?0%、殘?jiān)省?0%的處理效果；廚余垃圾有機(jī)物溶出高達(dá)80%，產(chǎn)沼率90 m3/t，已在多個(gè)項(xiàng)目中成功實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

廚余垃圾熱水解-制漿耦合高效厭氧關(guān)鍵技術(shù)被北京市發(fā)改委、市科委和中關(guān)村管委納入《創(chuàng)新型綠色技術(shù)目錄》，其裝備研發(fā)與應(yīng)用榮獲2022 年度中國城市環(huán)境衛(wèi)生協(xié)會科技應(yīng)用獎一等獎、中環(huán)機(jī)協(xié)環(huán)保裝備科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新二等獎。

【技術(shù)/案例原理及技術(shù)路線】

以“熱水解+水力旋流制漿”為預(yù)處理工藝，厭氧消化為后端主要處理工藝；熱水解系統(tǒng)使廚余垃圾熟化、細(xì)胞物質(zhì)水解破壁；水力旋流系統(tǒng)集除雜、制取濃漿于一體；高濃度漿液高效厭氧消化產(chǎn)甲烷，實(shí)現(xiàn)能源循環(huán)利用；沼渣生產(chǎn)有機(jī)肥料外售，回收廚余垃圾殘?jiān)蛥捬跽釉氖Ｓ鄡r(jià)值。其工藝流程（以100 t/d 的廚余垃圾為例）如圖1 所示。

圖1 工藝流程示意Figure 1 Schematic of process flow

（1）物料接收系統(tǒng)。來料稱質(zhì)量后，運(yùn)至卸料大廳卸料。物料接收斗密封設(shè)計(jì)，便于臭氣收集。物料接收斗底部設(shè)有無軸雙螺旋輸送裝置，可將廚余垃圾輸送至熱水解系統(tǒng)。

（2）熱水解系統(tǒng)。物料進(jìn)入熱水解設(shè)備后，系統(tǒng)自動密封，通入蒸汽，進(jìn)行升溫和升壓。熱水解罐內(nèi)達(dá)到100～150 ℃、0.2～0.4 MPa 條件后，保溫保壓40～60 min，反應(yīng)結(jié)束后以自重方式排料。熱水解后的物料排至熟料接料倉，采用螺旋輸送機(jī)送至水力旋流制漿系統(tǒng)。

（3）水力旋流系統(tǒng)。立式水力旋流系統(tǒng)經(jīng)過3～5 min 的強(qiáng)烈水力作用，將物料制備成有機(jī)質(zhì)漿液，并分離出不可生物降解物質(zhì)。其中，有機(jī)質(zhì)漿液泵送至漿液暫存池，經(jīng)厭氧進(jìn)料泵輸送進(jìn)入?yún)捬醢l(fā)酵器；雜質(zhì)經(jīng)螺旋輸送到擠壓脫水機(jī)脫水外運(yùn)。

（4）厭氧消化系統(tǒng)。本技術(shù)配套高效厭氧系統(tǒng)采用中溫厭氧發(fā)酵罐。經(jīng)過預(yù)處理后漿液含固量高，約為8%～15%，屬于高濃度有機(jī)濃漿廢水范疇，采用中溫濕式厭氧反應(yīng)系統(tǒng)，進(jìn)料溫度控制在35 ℃左右。

【技術(shù)/案例特點(diǎn)】

（1）集成創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)全流程裝備化，成功將熱水解、水力旋流制漿與高效厭氧消化相耦合。與現(xiàn)有廚余垃圾處理技術(shù)相比，預(yù)處理比傳統(tǒng)工藝流程縮短50%。

（2）實(shí)現(xiàn)在廚余垃圾處理中采用熱水解技術(shù)裝備。實(shí)現(xiàn)熱水解裝備集成化、全密閉、全自動控制，可安全自鎖。采用直徑800～1 200 mm 進(jìn)出口刀閘閥和耐磨、耐高溫F 型密封圈。

（3）水力旋流制漿設(shè)備實(shí)現(xiàn)了制漿除雜集成一體化。通過制漿轉(zhuǎn)子自身的機(jī)械作用和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的水力剪切作用，實(shí)現(xiàn)有機(jī)質(zhì)溶出率高、成漿均勻、漿液和雜質(zhì)分離徹底、占地面積小、全自動化運(yùn)行。

（4）高效厭氧消化系統(tǒng)將微生態(tài)發(fā)酵工程原理和微生態(tài)調(diào)控機(jī)理成功應(yīng)用于厭氧消化系統(tǒng)的調(diào)試。厭氧消化裝備內(nèi)形成穩(wěn)定的微生態(tài)系統(tǒng)，耐沖擊負(fù)荷能力增強(qiáng)，生命周期內(nèi)無酸化，運(yùn)行穩(wěn)定，調(diào)試期周期縮短至30 d 以內(nèi)，比常規(guī)縮短50%。

（5）除臭系統(tǒng)采用Fluent、Matlab 軟件模擬運(yùn)行，通過對系統(tǒng)密閉空間氣體流態(tài)模擬與數(shù)據(jù)分析，形成臭氣產(chǎn)生-輸送-處理一體化微負(fù)壓空間，解決處理系統(tǒng)臭氣散溢難題。

【長效運(yùn)行模式與機(jī)制】

（1）設(shè)置專業(yè)實(shí)施與管理機(jī)構(gòu)，明確人員職責(zé)，落實(shí)運(yùn)營質(zhì)量控制，在安全有序的條件下，確保項(xiàng)目系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

（2） 制定運(yùn)行崗位人員管理制度，指導(dǎo)約束人員的操作行為，爭取做到現(xiàn)場事故零發(fā)生。

（3）通過運(yùn)行操作程序、運(yùn)行報(bào)告制度以及日常維護(hù)檢修程序等，指導(dǎo)工作人員，維護(hù)項(xiàng)目穩(wěn)定、安全運(yùn)行。

（4）通過對各系統(tǒng)主要設(shè)備運(yùn)行性能的監(jiān)測，調(diào)整運(yùn)行工況，使整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，保證系統(tǒng)有效處理量和資源化利用率。

（5）制定完善的應(yīng)急管理以及安全管理預(yù)案等，確保運(yùn)行管理工作順利、高效完成。

【經(jīng)濟(jì)、環(huán)境及社會效益】

（1）經(jīng)濟(jì)效益。以150 t/d 的廚余項(xiàng)目為例，每年可處理4.95×104t 廚余垃圾，產(chǎn)生3.96×106m3沼氣，并網(wǎng)后年均可發(fā)電7.246 8×106kWh，可滿足1 萬戶居民1 a 的清潔用電需求。垃圾減量化可達(dá)70%以上，固渣含水率低于60%，固渣低位熱值可達(dá)到6 322 kJ/kg，可直接進(jìn)行焚燒，無需添加助燃劑。濕質(zhì)量1 t的廚余垃圾含0.095 t 初始碳，150 t/d 的廚余項(xiàng)目相當(dāng)于每天回收14.25 t 初始碳，年初始碳回收量可達(dá)4 702.5 t。項(xiàng)目運(yùn)營期內(nèi)年均經(jīng)營收入達(dá)1 435.47 萬元，包括垃圾處理費(fèi)收入、發(fā)電收入等。成套設(shè)備合同總額約5 億元，每年還會產(chǎn)生約3 億元的運(yùn)營收入，隨著進(jìn)一步推廣應(yīng)用，預(yù)期經(jīng)濟(jì)效益巨大。

（2）社會效益。研發(fā)出的關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備，已成功應(yīng)用于李坑1 000 t/d 廚余垃圾處理項(xiàng)目、金水區(qū)150 t/d 廚余垃圾分揀項(xiàng)目、滁州300 t/d 廚余垃圾處理項(xiàng)目、南宮400 t/d 餐廚垃圾處理項(xiàng)目等多個(gè)有機(jī)固體廢物處理項(xiàng)目中，這些項(xiàng)目應(yīng)用案例可為廚余垃圾處理設(shè)施建設(shè)提供經(jīng)驗(yàn)、為垃圾分類工作保駕護(hù)航。

（3）環(huán)境效益。本技術(shù)實(shí)現(xiàn)了廚余垃圾資源化高值利用，工藝產(chǎn)品沼氣替代化石燃料、沼渣制有機(jī)肥料具有顯著的碳減排效益。