西安市餐廚垃圾提油廢水的資源化利用

俞敏潔，郭逸帆，王鈺博，雷俊強

（維爾利環(huán)?？萍技瘓F股份有限公司，江蘇 常州 213125）

2014年，西安市成為國家第四批餐廚廢棄物資源化利用和無害化處理試點城市，規(guī)劃建設(shè)4 座餐廚垃圾處理廠，其中，西安市餐廚垃圾資源化利用和無害化處理項目（簡稱西安餐廚項目）是第一座建成的餐廚垃圾處理廠。該項目位于西安市西咸新區(qū)，占地約3.33 hm2，分兩期建成，一期處理餐廚垃圾200 t/d+地溝油20 t/d，二期處理餐廚垃圾200 t/d，總投資約為2.78 億元，其由西安維爾利環(huán)?？萍加邢薰疽越ㄔO(shè)-擁有-經(jīng)營（BOO）模式投資、運營和管理。

1 項目的基本情況

本項目一期于2018年建成投產(chǎn)，采用“預(yù)處理+濕式中溫厭氧”工藝。餐廚垃圾經(jīng)過分選、漿化、提油等預(yù)處理后產(chǎn)生有機漿液（簡稱提油廢水），提油廢水進入濕式中溫厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼，沼氣發(fā)電自用，余電上網(wǎng)，剩余沼液、沼渣進行無害化處理。項目運營發(fā)現(xiàn)，提油廢水的有機質(zhì)含量高，使得厭氧產(chǎn)沼量也特別高，總產(chǎn)氣量超過沼氣發(fā)電機組的設(shè)計容量，每天富余4 000 Nm3沼氣，只能通過火炬燃燒處置，造成資源浪費。另外，餐廚漿液在提油之前需要加熱至80 ℃，但提油廢水進入中溫厭氧反應(yīng)器又需要冷卻至35～40 ℃[1-2]，升溫和降溫的過程帶來能源浪費。針對這些問題，二期采取一系列措施對提油廢水進行資源化利用，降低厭氧進料的有機負荷，高效回收多余有機質(zhì)，同時充分利用提油廢水余熱，降低項目運行能耗。

2 提油廢水組分及物理特性

根據(jù)2019年本項目一期運營數(shù)據(jù)，提油廢水的組分及物理特性如表1所示。結(jié)果顯示，西安市餐廚垃圾提油廢水有機質(zhì)含量、油脂含量及溫度均較高，蘊含的豐富資源可供深度挖掘和回收利用。

表1 一期提油廢水組分及物理特性

3 兩期工程的工藝流程及物料平衡

匯總并整理西安餐廚項目運營數(shù)據(jù)，得到一期、二期的工藝流程及物料平衡圖，如圖1所示。兩期工程在提油廢水的資源化方面存在較大差異，一期僅對提油廢水進行厭氧產(chǎn)沼發(fā)電，而二期的資源化利用途徑更加多樣，資源化程度更高。后文將對二期采用的提油廢水資源化利用方案進行詳細介紹。

圖1 西安餐廚項目一期和二期的工藝流程及物料平衡

4 提油廢水資源化利用方案詳述

4.1 厭氧產(chǎn)沼發(fā)電

采用厭氧發(fā)酵技術(shù)處理提油廢水并產(chǎn)生沼氣是當(dāng)前的主流資源化方法，也是西安餐廚項目應(yīng)用的主體資源化工藝。厭氧產(chǎn)生的沼氣發(fā)電自用，余電上網(wǎng)，并對發(fā)電機余熱利用，通過蓄熱器緩存余熱，最終以蒸汽形式為餐廚垃圾預(yù)處理系統(tǒng)連續(xù)供熱。如圖1所示，在滿負荷情況下，一期預(yù)處理系統(tǒng)產(chǎn)生提油廢水200 t/d，全量進入?yún)捬跸到y(tǒng)，總沼氣產(chǎn)量為20 000 Nm3/d，其中約16 000 Nm3/d 用于沼氣發(fā)電，其余沼氣火炬燃燒，總發(fā)電量約為35 000 kW·h/d，同時余熱利用產(chǎn)蒸汽約25 t/d，所發(fā)電量和所產(chǎn)蒸汽均滿足項目生產(chǎn)需求，剩余電量上網(wǎng)銷售。二期更加合理地分配提油廢水，降低厭氧系統(tǒng)處理負荷，沼氣產(chǎn)量為16 000 Nm3/d，無多余沼氣需要火炬燃燒，發(fā)電量和蒸汽產(chǎn)量與一期持平。總的來說，厭氧產(chǎn)沼發(fā)電可實現(xiàn)提油廢水中絕大部分生物質(zhì)能的資源化利用，但厭氧系統(tǒng)處理規(guī)模與能源轉(zhuǎn)化系統(tǒng)設(shè)計容量不匹配，會帶來一定的資源浪費。

4.2 作為稀釋水回用

餐廚漿液在提油前需要除砂除雜，以免砂礫、細雜對提油設(shè)備及管路造成堵塞、磨損。一期漿化處理產(chǎn)生的漿液TS 在16%以上，高含固漿液的除砂除雜處理效果欠佳，為優(yōu)化工藝，一期向除砂除雜進料添加自來水，作為稀釋水降低進料TS，提高除砂除雜效果，同時作為淋洗水，將砂礫和細雜上的油脂淋洗出來，提高提油率，但系統(tǒng)外來水的引入無疑增加后端厭氧系統(tǒng)的處理量。而二期設(shè)計充分考慮這一點，改用提油廢水作為稀釋水回流至前端，將除砂除雜進水TS 控制在15%以下，從而提高除砂除雜效果；高溫提油廢水回流淋洗，可使絕大部分動物油脂融化，降低漿料黏度，使得砂礫和細雜攜帶出系統(tǒng)的油脂量減少，相應(yīng)地，餐廚垃圾的提油量提高20%（一期餐廚垃圾提油10 t/d，二期提油12 t/d）；由于提油廢水是系統(tǒng)內(nèi)部水，它的回流不會增加后端系統(tǒng)的處理量，并且減少自來水用量約10 t/d（見圖1），節(jié)約水資源。

4.3 作為生產(chǎn)沖洗水回用

餐廚垃圾預(yù)處理系統(tǒng)存在許多工藝環(huán)節(jié)，如螺旋瀝水段篩網(wǎng)、容易積砂的自流管路等，為避免篩孔堵塞或管道淤堵，要用自來水進行沖洗。一期沖洗水用量約為15 t/d（見圖1），這部分沖洗水最終會進入后端系統(tǒng)，增加后端系統(tǒng)的處理量。二期設(shè)計改用提油廢水作為生產(chǎn)沖洗水。提油廢水溫度較高，可降低堵塞物的黏度，再通過高揚程水泵輸送，其帶有一定沖擊力，沖洗效果佳。

4.4 進行余熱利用

餐廚垃圾富含油脂，加熱提油是餐廚垃圾預(yù)處理系統(tǒng)的重要工段，加熱提油機進料漿液有利于提油工段最大化回收油脂。一期將餐廚漿液蒸汽直噴加熱至80 ℃，此過程消耗大量蒸汽。加熱后的漿液經(jīng)過提油工段處理，出水溫度仍有75 ℃，提油廢水在進入中溫厭氧反應(yīng)器之前需要冷卻至35～40 ℃，這個冷卻過程造成余熱散失。二期則通過列管換熱的方式，將冷態(tài)的提油進料與熱態(tài)的提油廢水進行換熱，預(yù)加熱餐廚漿液的同時冷卻提油出水，從而將提油廢水的余熱充分利用。通過合理設(shè)計進料泵流量、換熱器換熱面積等參數(shù)，提油廢水的溫度可降至43 ℃，再輔以管道沿程熱損失，進入?yún)捬豕薜奶嵊蛷U水溫度可基本滿足中溫厭氧的要求，無須二次冷卻，此外，可將提油進料預(yù)熱至40 ℃，減少大約36%的蒸汽用量（一期蒸汽用量為25 t/d，二期為16 t/d），節(jié)約的蒸汽可供給廠區(qū)淋浴、采暖等生活系統(tǒng)使用。

4.5 作為沼液生化處理的碳源

西安餐廚項目提油廢水經(jīng)過厭氧反應(yīng)后，沼液的C/N 嚴重失調(diào)，C/N 失調(diào)會抑制后端膜生物反應(yīng)器（MBR）反硝化菌的培養(yǎng)，造成MBR 無法穩(wěn)定運行[3-5]。一期主要通過投加商品碳源調(diào)節(jié)MBR 進水的C/N，該方法碳源用量較大，藥劑成本較高。二期采用提油廢水作為補充碳源，替代部分商品碳源，節(jié)約碳源成本50%以上（商品碳源用量一期為1.78 t/d，二期為0.89 t/d）。此外，將部分提油廢水超越厭氧系統(tǒng)至MBR 作為碳源，降低厭氧系統(tǒng)的處理負荷，減少沼氣產(chǎn)量，避免多余沼氣火炬燃燒帶來的資源浪費。

5 結(jié)論

餐廚垃圾提油廢水是一種二次資源，西安餐廚項目將其充分資源化、能源化利用，真正做到變廢為寶。厭氧產(chǎn)沼發(fā)電、用作稀釋水、用作生產(chǎn)沖洗水、余熱利用、用作沼液生化系統(tǒng)碳源是可行的提油廢水資源化方式，在二期成功應(yīng)用，為項目帶來可觀的經(jīng)濟效益。二期發(fā)電量與一期持平，厭氧產(chǎn)沼發(fā)電量為35 000 kW·h/d，相較于一期，二期節(jié)約用水25 t/d，節(jié)省蒸汽36%，節(jié)省碳源50%，提高提油量20%。