象山縣餐廚廚余糞便協同處理工程建設方案研究

金文濤 安曉霞

摘要：本文詳細探究了“餐廚、廚余垃圾預處理+加熱提油+濕式厭氧發酵+干式厭氧發酵+糞便處理+沼渣脫水+沼氣凈化利用”的工藝路線協同處理餐廚、廚余垃圾及糞便的工程建設方案。得出此法可有效解決有機垃圾處理難度大、含水率高、油脂及大量有機質進入填埋場填埋導致的資源浪費等問題，能有效實現有機垃圾減量化、無害化、資源化，具有良好的推廣潛能。

關鍵詞：餐廚垃圾;廚余垃圾;糞便;協同處理模式

中圖分類號：X705 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）08-0-04

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.08.062

Research on co-processing model and project construction scheme of food residue，kitchen waste and faeces in Xiangshan County

Jin Wentao，An Xiaoxia

（Hangzhou Environmental Group Co. Ltd.，Hangzhou Zhejiang 310022，China）

Abstract： The article analyzed the technical solutions for the co-processing of food residue， kitchen waste and faeces. The project adopted the process line of “the pretreatment of food residue and kitchen waste + heating extraction of oil + wet anaerobic digestion + dry anaerobic digestion + fecal treatment + biogas slag dehydration + biogas purification”. This method could effectively solve the problems such as the difficulty in the treatment of organic waste， the high oil content and the waste of resources caused by a large amount of organic waste in the landfill site. Besides， this project could successfully realized the reduction， harmless and resource treatment of organic waste， which had the potential to be popularized.

Key words： Food residue;Kitchen waste;Faeces;Co-processing model

2017年3月18日國家發展改革委、住房城鄉建設部《生活垃圾分類制度實施方案》要求各級政府加快建立分類投放、分類收集、分類運輸、分類處理的垃圾處理系統，到2020年底，在實施生活垃圾強制分類的城市，生活垃圾回收利用率達到35%以上，因此各城市加快加強生活垃圾分類處理設施建設迫在眉睫。

近年來隨著社會經濟的迅猛發展，餐廚垃圾呈急速上升趨勢，象山縣環衛處已經開始收集縣主城區的大中型餐館、學校、機關單位食堂的餐廚垃圾，每天收集餐廚垃圾約40t，采用高溫發酵制肥的工藝，每天約生產出1t肥料，但是因為受到征地面積的限制，不能再擴大規模，所以不能滿足象山縣生活垃圾分類處理工作的要求。象山縣主城區糞便主要是通過化糞池，進入污水處理系統，由環衛處凈化中心進行收集處理，處理規模為80t/d，同樣因為受到征地面積的限制，不能再擴大規模，所以也急需再選擇一塊場地進行擴容建設。廚余垃圾為居民生活中廚房內產生的垃圾，目前象山縣的生活垃圾還未徹底進行分類收集，廚余垃圾和其他生活垃圾均采用衛生填埋的方式進行處理。考慮我國固體廢棄物處理現狀[1] [2][3]，并結合象山縣垃圾處理實際，本司對餐廚、廚余、糞便處理等環保產業的資源進行整合以及項目預規劃，提出針對性協同處理[4]方案具有重要的現實意義。

1 餐廚、廚余、糞便性質組成分析

1.1 餐廚垃圾理化性質

餐廚垃圾[5]是指除居民日常生活以外產生的有機垃圾和廢棄食用油脂。其中，有機垃圾是指食物加工殘余和食品加工廢料;廢棄食用油脂是指不可再食用的動植物油脂和各類油水混合物。通過實驗檢測，象山縣餐廚垃圾理化性質如表1所示。

表1 餐廚垃圾理化性質表

參數 容重

kg/L 總固體含量

（干基）% 粘度

mPa.s 含油率

（粗脂肪含量）% 可揮發性有機質含量

（干基）% C/N

含量 0.878 19.34 2.84 9.88 91.65 26.8

1.2 廚余垃圾理化性質

廚余垃圾[6]主要指城鄉居民家庭產生的“濕垃圾”，即居民自家產生的食物殘余和食品加工廢料等，廚余垃圾為生活垃圾的有機部分。通過實驗檢測，象山縣廚余垃圾理化性質如表2所示。

表2 廚余垃圾理化性質表

參數 食物殘渣% 紙類% 塑料% 織物% 玻璃% 金屬% 草木% 其他% 含水率%

含量 73.6 3.3 14.3 3 3 0.15 0.37 2.38 68.94

1.3 糞便理化性質

象山縣糞便收集范圍為全縣縣域內環衛公廁、化糞池，通過實驗檢測，象山縣糞便有機物理化性質如表3所示。

表3 糞便物理化性質表

參數 含水率% 固形物% 大塊雜質%

含量 90.85 8.15 1

2 餐廚廚余糞便協同處理技術方案分析

2.1 處理現狀及規劃

象山縣尚無規模化餐廚、廚余垃圾處理設施，結合杭州市全國第一個規模化的廚余垃圾處理項目[7]，采用“前分選+厭氧產沼+沼氣凈化利用”技術工藝，將有機質分離送入厭氧罐發酵，產生的沼氣經凈化處理變成電能及杭州市第一個規模化的餐廚垃圾處理項目[8][9]，采用“預處理+加熱提油+厭氧發酵+沼氣凈化利用”工藝，將餐廚垃圾提取轉化為沼氣和生物柴油原材料。象山縣計劃在生活垃圾生態化循環產業園區內建設規模化的垃圾分類處置末端設施。項目處理對象為象山縣廚余垃圾、餐廚垃圾和城市糞便，分兩期建設，一期處理規模為餐廚垃圾50t/d，廚余垃圾100 t/d，糞便垃圾120 t/d;二期最終處理規模為餐廚垃圾100 t/d，廚余垃圾400 t/d，糞便垃圾200 t/d。處理工藝采用“餐廚、廚余垃圾預處理+加熱提油+濕式厭氧發酵+干式厭氧發酵+糞便處理+沼渣脫水+沼氣凈化利用”工藝，具體工藝流程及物料平衡見圖1所示。

2.2 總體技術路線

餐廚垃圾預處理去除無機物，有機物破碎成8～10mm粒徑，與去除完無機物的糞便污水一起進行濕式厭氧消化;廚余垃圾經預處理后去除無機物后，進入干式厭氧發酵罐進行厭氧消化;有機廢物厭氧消化后產生的沼氣在本廠內進行脫水、脫硫，然后送入園區的沼氣發電廠內發電;預處理分離出的廢渣和厭氧發酵的殘渣送入園區內生活垃圾填埋場進行最終處置;本廠產生的污水送入園區內的污水處理廠處理達標后外排。

根據總體工藝流程，本項目主要由以下幾個系統組成：

（1）餐廚、廚余垃圾預處理單元：預處理及厭氧發酵是本項目的核心工藝段，服務范圍內的餐廚、廚余垃圾經收集后送至綜合處理車間預處理，分離油脂、殘渣后，達到厭氧發酵的進料要求。（2）濕式厭氧發酵單元：經預處理后餐廚垃圾漿液和廚余垃圾瀝水、糞液在均質池混合后進入厭氧發酵罐厭氧發酵，有效利用有機質進行產沼氣，回收資源。（3）干式厭氧發酵單元：經預處理后廚余垃圾及餐飲垃圾固相有機質在返回系統加熱后進入厭氧發酵罐厭氧發酵，有效利用有機質進行產沼氣，回收資源。（4）沼渣脫水單元：對厭氧后的沼渣進行脫水。（5）糞便處理單元：對進廠的糞便進行固液分離、絮凝脫水，糞渣運到填埋場處理，上清液進入濕式厭氧發酵單元處理。（6）沼氣凈化增壓單元：沼氣凈化后達到沼氣發電機使用要求，園區內沼氣發電廠的蒸汽供廠內預處理加熱及厭氧發酵保溫。在總體技術線路的選擇上，首先能滿足不同特性垃圾的處理需求，分別針對性采取不同的預處理和厭氧工藝，其次也能對沼渣、沼液、沼氣等產物統籌設置處理或資源化利用設施，充分發揮協同處理的優勢，節約工程投資和占地。

3 工藝設計描述

3.1 餐廚垃圾預處理及濕式厭氧系統工藝設計

3.1.1 餐廚垃圾接收系統

餐廚垃圾接收系統[10]設置在餐廚垃圾卸料廳內，實現餐飲垃圾接收及瀝水功能。餐廚垃圾經稱重后駛向卸料大廳，根據監控室和現場調度指示，倒車駛向指定卸料位。餐廚垃圾收集車進入指定卸料位后，首先打開車輛底部閥門，將餐廚垃圾中的易分離水通過放水溝泄水至料斗底部的瀝水集液箱內。然后打開尾部卸料門，將餐廚垃圾卸至接收料斗，作業完成后，采用卸料廳內的高壓水槍及時沖洗車輛卸料倉內部，避免遺留遺撒。餐廚垃圾接收系統由1座容積50m3的接收料斗、瀝水收集箱及若干輸送機械組成。

3.1.2 自動分選系統

餐廚垃圾自動分選系統由自動分選機、漿料加熱裝置和固液分離機以及相配套的物料輸送機械組成。接收料斗中經過瀝水的餐廚垃圾經由輸送螺旋輸送入自動分選機，自動分選機的主要功能是對餐廚垃圾中的塑料、紡織物及硬質不易破碎的無機物如金屬等進行分離，同時通過特殊設計的轉錘對餐廚垃圾中的食物殘渣進行制漿處理產生的有機粗漿料從下部多孔板排出，自動分選產生的無機物的主要成分為塑料，視其品質好壞，可以進行回收利用或填埋。自動分選機產生的有機粗漿料通過專用的漿料柱塞泵輸送至漿料加熱裝置，漿料加熱裝置的主要作用有二：首先是對有機粗漿料進行加熱（加熱至65℃）以利于后續油脂回收工藝最大化的回收餐飲垃圾中的油脂;第二是在高溫和一定機械攪拌作用下使粗漿料中的有機食物殘渣盡可能的水解進入后續固液分離中的液相，同時減少固液分離過程中產生的固相物產生量。經過加熱的有機粗漿料采用固液分離機進行固液分離。固液分離機功能為經過漿料加熱后將漿料的擠壓脫水，有效將漿料中含油漿液分離出來，控制進入固相水力除渣裝置的物料量。

3.1.3 油脂回收及提純系統

本系統的主要設備功能是將漿液中的油脂、固相殘渣以及有機漿液分離，對粗油脂進行提純，使毛油純度達到98%以上。經過加熱后的有機料液溫度為65℃，通過泵輸送至三相提油機[11]，在該溫度下，三相提油機能很好地實現固渣、料液及油分的分離。經過加熱的料液采用三相提油機進行提油，產生含水率小于15%的油水混合液，含水率在80%左右的固渣以及剩余的有機料液。由于固渣中的有機質含量較高，因此固渣輸送入固相水力除渣系統進行有機質回收;有機料液則輸送至厭氧消化系統。為提高油脂提純的質量，設計對三相提油產生的油水混合液進行二次加熱，在三相粗油加熱罐內加熱至80℃后采用立式提油機進行提純，提純產生純度為98%的毛油，輸送至毛油儲罐暫存。立式提油產生的有機廢水也進入后續厭氧消化系統。

3.1.4 固相水力除砂系統

固相水力除渣系統主要功能為固液分離后殘渣及三相提油后殘渣進一步處理，充分回收固相中有機質。由于固液分離產生的固相和油脂回收產生的固相中仍然含有40%～50%的有機質，為充分回收生物質能源，需要對上述固相進行深度處理以實現有機質和無機物的分離。設計采用固相水力除渣機對固相進行深度處理，水力除渣用水為厭氧出水。固液混合物在強力的水力和機械攪拌作用下，將固相中的絕大部分有機物溶進水中，再通過粗渣分離機將無機物分離出并進行壓榨，固渣中可用于厭氧發酵產沼的有機質含量不高于4.5%，含水率不高于60%，可進行填埋處置。而經過粗渣分離的有機料液則經過旋流除砂處理后，輸送至后續厭氧消化系統進行處理。

3.1.5 濕式厭氧消化系統

本項目擬采用CSTR厭氧發酵工藝，CSTR厭氧發酵工藝為完全混合厭氧發酵工藝，其工藝原理如下：經過除渣的有機料液排入均質池經由厭氧進料泵提升入厭氧發酵反應器，中溫CSTR厭氧發酵罐的停留時間高達25d，經過CSTR厭氧反應器充分發酵后產生的沼液通過重力自流進入沼渣儲池，通過沉淀回收其中的厭氧微生物，一部分回流至預處理系統的水力除渣單元，另一部分通過泵提升至廠內的廢水收集池。

3.2 廚余垃圾預處理及干式厭氧工藝設計

3.2.1 廚余垃圾接料、分選、制漿系統

專用的廚余垃圾收運車輛進廠后，首先通過電子汽車衡稱重并記錄，然后直接駛入綜合處理車間，在指定位置將廚余垃圾卸入接料斗，廚余垃圾經過破袋、手選、磁選、滾筒分選等工段將廚余垃圾中大部分的大件、輕質物料、金屬及硬質物料選出。經初步分選后的廚余垃圾進入破碎制漿系統，首先進入進料機，進料機的頂部安裝破碎機，經破碎機破碎到40mm左右，進入破碎制漿器分離雜物，進一步破碎、粉碎等措施后將料液制成漿液，并保證漿料顆粒直徑在15mm以下。

3.2.2 干式厭氧發酵系統

進入本工段之前，餐廚垃圾固相、廚余垃圾已進行了分選、制漿，大部分的雜質已被去除。本工段包含廚余垃圾的勻質、接種、厭氧消化等工藝，其中勻質、接種在返混箱內實現，由于廚余垃圾中的纖維素較多，且也包含一部分油脂，為了使廚余垃圾無害化和資源化處理更徹底，本項目采用高溫干式厭氧工藝。厭氧罐內沒有攪拌設備或氣體噴嘴，靠物料自身重力下降，熱量消耗少，熱量主要用于新鮮物料的加熱，罐體本身熱量消耗少，結構簡單免維護，消化罐的錐形設計，避免了傳統發酵罐上層浮渣、下層沉淀的現象，處理后不用除砂系統。反應器內無機械傳送部件，方便檢修，提高系統的穩定性，厭氧罐有效容積2600m3。

3.3 糞便處理系統工藝設計

3.3.1 固液分離系統

糞便運輸車進入卸糞間后與專用快速密閉對接裝置和固液分離設備相連接，快速卸糞，避免卸載糞便過程中糞液遺撒、泄露及臭氣對空氣的污染。接糞管內設有沖洗裝置[12]，卸糞后可將對接口內部進行清洗，避免糞便固化和遺撒。接口材質為AISI304不銹鋼，耐腐蝕能力強。糞便進入的固液分離設備[13]由大塊物分揀、水下無支撐雙轉鼓螺旋細格柵（糞便分離器）、輸砂螺桿、排渣/砂螺桿、壓榨脫水和臭氣集中收集排放管等組成，集成在一個密封箱體內。其功能是去除糞便中的大塊沉淀物和直徑大于20mm的漂浮懸浮物以及90%以上的直徑大于0.5 mm的砂。經固液分離后的液體進入糞便沉砂、調節池，調節池出水排入絮凝脫水段。由于糞便具有靜態分層的特性，即表面結痂，池底沉淀固化，中間懸浮，這些都將導致調節池內物料性質惡化，嚴重影響后續工藝的運行及對設備造成損傷。所以在調節池中設置攪拌裝置[14]，可有效解決糞液表面結痂和池底沉淀的問題。

3.3.2 絮凝脫水系統

固液分離后的液體經糞便調節池進入絮凝脫水設備[15]，絮凝脫水后的液體懸浮物含量將大幅下降，不會對管道造成堵塞和淤積，CODcr也有大幅下降。脫水機采用螺壓式濃縮脫水裝置，為低轉速、全封閉、可連續運行的濃縮脫水一體化的脫水機。整機在工作狀態時全密閉。設備所有和介質（糞便）的接觸件均采用不銹鋼（AISI304）材質并經酸洗鈍化處理，使用壽命長。脫水機單臺處理能力8～12m3/h，主機裝機功率僅3.04 kW，能耗低，節約投資和占地面積，節約運行費用。脫水機有穩壓裝置，保證當脫水機進料濃度發生變化時，脫水泥餅的含固率20%～30%。脫水機的濾網內、外側均有專用清洗裝置。在脫水運行中，由內、外側的專用清洗裝置配合運行實現對濾網的全面清洗。可在不影響脫水機出泥的運行狀態中對濾網進行間歇式全方位360°高效自清洗。脫水機備有單獨的、完整的濾網自動沖洗系統，其中包括安裝在脫水機上的沖洗裝置、輸水管及閥門等。在沖洗時不影響設備的運行和脫水效果。

3.3.3 沼渣脫水系統

由于厭氧消化產生的沼渣含水率較高，需進行脫水后才能外運填埋處理，并且脫水沼渣含水率要求較低，為60%以下，傳統的脫水設備如帶式脫水機、離心脫水機均達不到此要求，只有板框式脫水機的壓榨才能讓沼渣脫水后含水率降到60%以下。

3.4 沼氣凈化系統工藝設計

厭氧反應產生的沼氣首先經初級過濾器去除50μm以上的雜質，之后進入濕法脫硫系統，脫除以硫化氫為主的硫化物，原料氣中硫化氫含量降至200ppm以下，脫除的硫化氫轉化為單質硫排出系統。濕法脫硫后的沼氣經汽水分離器去除液滴后進入沼氣-水換熱器，將沼氣降溫，使沼氣中的水蒸氣冷凝出來，脫水后的沼氣進入干法脫硫系統進一步脫硫，原料氣中硫化氫含量降至150ppm以下，之后進入沼氣柜存放。氣柜中的沼氣經羅茨風機加壓，使沼氣壓力滿足發電機組對燃氣壓力的要求，最后經精密過濾器去除3μm以上的雜質，使沼氣中的粉塵粒徑及含量達到發電機組對粉塵的要求。當沼氣利用設備檢修，或沼氣量超出其處理能力時，多余的氣體經火炬燃燒后安全排放。

4 成本分析

該項目計劃占地面積約48.5畝，全廠裝機容量為1771.39 kW。日耗電量約 10136 kW·h，耗水量約60 m3，藥劑消耗量為PAM 0.04 kg，脫硫劑0.18 kg。全年計劃工作日為365d，預處理系統為二班制，沼渣脫水系統為3班工作制，厭氧系統、糞便處理系統、沼氣凈化系統、變配電、控制室均為3班工作制，每班工作時間為8小時。餐廚垃圾、廚余垃圾、糞便處置廠勞動定員50人。僅考慮人工、電、水、藥劑成本，平均垃圾處理成本約162.96元/t。

5 結論及建議

（1）該工程采用“餐廚、廚余垃圾預處理+加熱提油+濕式厭氧發酵+干式厭氧發酵+糞便處理+沼渣脫水+沼氣凈化利用”的工藝路線協同處理餐廚、廚余垃圾及糞便，對有機廢物進行厭氧發酵產生沼氣進行發電，沼氣年產生量為511萬m3（一期），年減排二氧化碳約為6.5萬t，節能效果明顯。（2）經項目一期規模設計平衡性測算，該工藝減量化率可達70%以上，年提取毛油365t，年回收金屬36.5t，年外運填埋量2.2萬t，年外排污水9.8萬t（含沖洗水、除臭水，厭氧沼液等）。（3）經項目一期規模測算，預處理分離出來的固渣、厭氧消化產生的脫水沼渣及糞渣的綜合含水率會降到60%以下，原生垃圾產氣量約51.85 m3/t，甲烷含量為60%以上。（4）該工程可有效解決有機垃圾處理難度大、含水率高、油脂及大量有機質進入填埋場填埋導致的資源浪費等問題，能有效實現有機垃圾減量化，還能回收生物質能，實現有機廢物的再生利用，充分體現環境效益、節能減排和經濟效益的三贏效應，是有機廢物資源化處理、生物質能源開發和節能減排的低碳發展綜合性示范工程，具有較高的推廣價值。

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收稿日期：2019-06-15

作者簡介：金文濤（1987-），男，碩士研究生，工程師，研究方向為污水處理、固體廢棄物處理與資源化利用。