杭州天子嶺廚余垃圾處理工程實(shí)例分析

安曉霞，金文濤

(杭州市環(huán)境集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 310022)

1 引言

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，城市生活垃圾處理工作面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)[1]。2018年，杭州天子嶺垃圾填埋場(chǎng)填埋生活垃圾165.88萬t，日均處理4545 t。杭州市為推動(dòng)垃圾“三化四分”工作，在天子嶺上建成了全國(guó)首個(gè)規(guī)模化廚余垃圾生化產(chǎn)沼處置項(xiàng)目[2]，2018年該項(xiàng)目有效處置廚余垃圾6.94萬t，年產(chǎn)沼氣561.49萬m3。杭州天子嶺廚余垃圾處理項(xiàng)目采用“預(yù)處理+干式厭氧消化+沼氣凈化+沼渣脫水”工藝路線，通過干式厭氧消化可將廚余垃圾中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為甲烷、二氧化碳、腐殖質(zhì)及無機(jī)營(yíng)養(yǎng)物[3，4]，其中產(chǎn)生的沼氣經(jīng)凈化處理變成電能，最終廚余垃圾減量率達(dá)70%以上，還能從中回收塑料、金屬、紙張、玻璃，有效降低環(huán)境二次污染，節(jié)約填埋庫(kù)容。

近年來，固廢從業(yè)人員們殫智竭力尋求符合當(dāng)?shù)厍闆r的垃圾分類處理體系[5]，生活垃圾處理在“三化四分”上也取得了可喜的進(jìn)展，大批垃圾綜合處理新技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生[6]。但規(guī)模化穩(wěn)定運(yùn)行處理廚余垃圾的項(xiàng)目寥寥可數(shù)[7]，僅北京豐臺(tái)、廣州李坑、寧波鄞州、紹興上虞等幾家，且均未有相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道。因此，本文擬以杭州天子嶺廚余垃圾處理項(xiàng)目為例，結(jié)合2018全年度項(xiàng)目運(yùn)行數(shù)據(jù)，以期為國(guó)內(nèi)推行類似的廚余垃圾處理工程提供參考[8，9]。

2 工程概述

杭州市廚余垃圾分選減量暨生化利用工程是國(guó)內(nèi)第一個(gè)規(guī)模化廚余垃圾處理項(xiàng)目，該項(xiàng)目由杭州市環(huán)境集團(tuán)有限公司負(fù)責(zé)建設(shè)，中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院、鄭州藍(lán)德環(huán)保科技有限公司、浙江三豐建設(shè)有限公司聯(lián)合體承包，位處于杭州市天子嶺靜脈小鎮(zhèn)內(nèi)。該項(xiàng)目由前分選系統(tǒng)、干式厭氧產(chǎn)沼系統(tǒng)、沼氣凈化系統(tǒng)和沼渣脫水系統(tǒng)組成，并配備自動(dòng)化控制系統(tǒng)、除臭系統(tǒng)等輔助設(shè)施，項(xiàng)目總占地面積5710.5 m2，建筑總面積4656.3 m2，2018年度日均處理廚余垃圾190.1t，平均日產(chǎn)沼氣15383 m3，沼氣脫硫凈化后用于熱電聯(lián)產(chǎn)。項(xiàng)目工藝流程如圖1所示。

圖1 項(xiàng)目工藝流程

廚余垃圾收運(yùn)車輛進(jìn)入園區(qū)后，先計(jì)量稱重并記錄，然后進(jìn)入卸料大廳將廚余垃圾卸入受料斗中進(jìn)入前分選系統(tǒng)分選出塑料、紡織品、玻璃及金屬，經(jīng)過分選處理后的物料泵入干式厭氧產(chǎn)沼系統(tǒng)，進(jìn)行中溫干式厭氧消化，所產(chǎn)沼氣經(jīng)脫硫凈化后用于熱電聯(lián)產(chǎn)，電能并網(wǎng)，蒸汽回用至厭氧產(chǎn)沼系統(tǒng)，消化后的漿料經(jīng)沼渣脫水系統(tǒng)固液分離后，沼液進(jìn)入污水處理站，沼渣衛(wèi)生填埋。圖2為該廚余垃圾處理項(xiàng)目照片。

3 工藝流程

3.1 前分選系統(tǒng)

首先,廚余垃圾經(jīng)鱗板給料機(jī)及勻料機(jī)輸送至人工手選室，其中滲濾液進(jìn)行污水收集處理，人工手選將其中的玻璃、金屬分揀出外賣，紡織物進(jìn)行衛(wèi)生填埋；其次，通過磁選機(jī)上的內(nèi)部永磁性物質(zhì)，吸附黑色金屬并外賣處理；再次，通過破袋機(jī)將盛放廚余垃圾的塑料袋撕破，使被包裹的垃圾釋放出來；然后，通過風(fēng)選機(jī)將大量的塑料、紙等輕質(zhì)物料全部或者部分去除；最后，進(jìn)入破碎系統(tǒng)，經(jīng)過破碎后的垃圾進(jìn)入滾筒篩，篩上物及風(fēng)選出的輕物質(zhì)通過打包機(jī)打包外賣，重物質(zhì)進(jìn)入生物質(zhì)分離器。圖3為2018年處理的廚余垃圾各成分占比，其中預(yù)處理可分選出19.86%的塑料、0.92%的玻璃、7.10%的紡織品及0.12%的金屬，72.00%的有機(jī)物料泵入后續(xù)的干式厭氧產(chǎn)沼系統(tǒng)。

圖2 杭州市廚余垃圾分選減量暨生化利用工程照片

圖3 前分選系統(tǒng)分離成分占比

3.2 干式厭氧產(chǎn)沼系統(tǒng)

經(jīng)前分選后的物料先進(jìn)入生物質(zhì)分離器，進(jìn)一步破碎、粉碎等措施后制成漿料，并保證制漿后的漿料顆粒直徑在35 mm以下，通過生物質(zhì)分離器，重物質(zhì)因離心力被甩至分離器內(nèi)壁，并沿分離器內(nèi)壁下降，輕物質(zhì)通過內(nèi)部螺旋上升通過打包機(jī)外賣。經(jīng)分選制漿后的漿料進(jìn)入返混系統(tǒng)，設(shè)計(jì)返混比為1∶8，進(jìn)入返混箱內(nèi)的物質(zhì)由三部分組成：分選后的漿料、從厭氧罐返混后的沼液、蒸汽，三種物質(zhì)在返混箱中混合均勻及加熱至35～38 ℃后，再通過進(jìn)料泵輸送至厭氧罐頂部進(jìn)料，在厭氧消化器中垂直向下運(yùn)移，消化罐在底部出料。本項(xiàng)目采用比利時(shí)OWS公司的滲濾液儲(chǔ)存桶型干發(fā)酵系統(tǒng)，即Dranco厭氧設(shè)備[10]。圖4為該項(xiàng)目厭氧罐照片。

干式厭氧消化是指系統(tǒng)進(jìn)料的TS>15%的厭氧消化工藝[11]。本項(xiàng)目厭氧消化工藝參數(shù)如表1所示。

3.3 沼氣凈化系統(tǒng)

來自厭氧發(fā)酵罐的沼氣通過管道輸送至沼氣凈化系統(tǒng)[12]，首先經(jīng)過粗過濾器去除固體雜物和部分水分后，進(jìn)入雙膜沼氣儲(chǔ)氣柜；隨后進(jìn)入沼氣增壓風(fēng)機(jī)，增壓后進(jìn)入脫硫系統(tǒng)，脫硫后沼氣再經(jīng)過換熱器，精密過濾器后分兩路，一路去鍋爐房，供蒸汽鍋爐燃燒用熱，另一路送至沼氣發(fā)電廠發(fā)電機(jī)發(fā)電。2018年，本項(xiàng)目共計(jì)發(fā)電8.42×106kW·h。圖5為該項(xiàng)目沼氣凈化系統(tǒng)照片。

圖4 杭州市廚余垃圾處理項(xiàng)目厭氧罐照片

指標(biāo)數(shù)值溫度a/℃37.74進(jìn)料TSa/%22.08pHa值7.5～8.0干式厭氧反應(yīng)器容積/m32345×2停留時(shí)間/d26沼氣產(chǎn)量a/(m3/d)15383單位原生垃圾產(chǎn)氣率/%a/(m3/t)80.92CH4a/%58.63

注: a為2018年平均值

圖5 沼氣凈化系統(tǒng)照片

3.4 沼渣脫水系統(tǒng)

厭氧系統(tǒng)排出的消化沼渣通過高壓污泥泵輸送至沼渣儲(chǔ)池，然后再進(jìn)入沼渣脫水車間，通過螺壓脫水機(jī)和離心脫水機(jī)分離出上清液和沼渣，其中沼渣含水率穩(wěn)定在52.74%左右，上清液輸送至填埋場(chǎng)滲濾液調(diào)蓄池進(jìn)行污水處理，沼渣進(jìn)行衛(wèi)生填埋。2018全年度，共計(jì)產(chǎn)生4.29×104t污水和2.07×104t沼渣。

4 運(yùn)行效果分析與結(jié)論

杭州天子嶺廚余垃圾處理工程的規(guī)模化穩(wěn)定運(yùn)行符合杭州城市發(fā)展要求[13]，貼合杭州市環(huán)境衛(wèi)生設(shè)施專項(xiàng)規(guī)劃，堅(jiān)持“分類處置、突出重點(diǎn)、因地制宜”的原則，將廚余垃圾中可回收物質(zhì)進(jìn)行分類利用，降低處置成本、提高資源化利用率，做到了工程項(xiàng)目的環(huán)境效益、社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益及景觀效益相統(tǒng)一。

(1)2018年運(yùn)行期間，處理量穩(wěn)定在190.1 t/d，單日最大處理量為257.90 t(2018年7月23日)，減量化率大于70%(除脫水產(chǎn)生污水外，全廠無二次污染物產(chǎn)生)，塑料回收率穩(wěn)定在19.86%左右，玻璃回收率穩(wěn)定在0.92%左右，紡織品回收率穩(wěn)定在7.10%左右，金屬回收率穩(wěn)定在0.12%左右，4個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，各項(xiàng)指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求。

(2)預(yù)處理分離出來的固渣、厭氧消化產(chǎn)生的脫水沼渣綜合含水率為52.74%，沼液TSa為5.73%。

(3)厭氧消化系統(tǒng)中的原生垃圾產(chǎn)氣量高達(dá)80.92 m3/t，厭氧罐內(nèi)漿料含固率穩(wěn)定在22.08%左右、pHa值為7.84、ORPa為-43.45 mV、CODa為57734.07 mg/L、NH3-Na為4827.51 mg/L、TNa為6544.43 mg/L、堿度a為21254.29 mg/L、VFAa為2795.59 mg/L，年產(chǎn)沼氣561.49萬m3，沼氣日產(chǎn)量最高可達(dá)23115 m3/d(2018年12月8日)，沼氣甲烷含量穩(wěn)定在58.63%左右(設(shè)計(jì)要求≥50%)，經(jīng)凈化后沼氣能滿足沼氣發(fā)電機(jī)正常使用。按發(fā)電收入0.67元/(kW·h)計(jì)，2018年度發(fā)電收益達(dá)564.14萬元。

(4)沼渣脫水后的沼液和其他污水通過廠內(nèi)污水管網(wǎng)收集，進(jìn)入后端污水廠處理，其中項(xiàng)目總出水TSa為3.11%、VSa為57.78%、pHa值為7.54、CODa為15061.32 mg/L、NH3-Na為1110.76 mg/L、TNa為1902.63 mg/L。

(5)本項(xiàng)目惡臭污染物控制執(zhí)行《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB14554-1993)新擴(kuò)改建二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，其中在24 m排氣筒高度處檢測(cè)到H2S排放濃度為0.02 mg/m3、氨排放濃度為0.11 mg/m3、二硫化碳排放濃度為0.21 mg/m3、臭氣濃度為412 (無量綱)。

(6)本項(xiàng)目日均用電量為5166.11 kW·h/d，日均用水量為89.99 t/d。

5 展望

本項(xiàng)目的建成能有效實(shí)現(xiàn)有機(jī)垃圾減量化，減少溫室氣體排放，還能回收生物質(zhì)能，實(shí)現(xiàn)廢物的再生利用，充分體現(xiàn)環(huán)境效益、節(jié)能減排和經(jīng)濟(jì)效益的三贏效應(yīng)。但由于垃圾前端分類工作還存在掣肘[14，15]，廚余垃圾混合了部分生活垃圾，這對(duì)項(xiàng)目的設(shè)備維保工作造成了巨大的壓力，極容易影響項(xiàng)目的持續(xù)滿負(fù)荷運(yùn)行。故建議政府從頂層設(shè)計(jì)著手，政策引導(dǎo)垃圾分類處理產(chǎn)業(yè)鏈的前端分類、中端收運(yùn)和末端處置形成完整閉環(huán)，同時(shí)還應(yīng)盡快建立、完善良好的法律體系，為垃圾分類處理提供法律保障，那樣末端垃圾處理設(shè)施體系才會(huì)健康穩(wěn)健發(fā)展。