廚余垃圾能源化處置及預處理方案討論

余淑蓉 謝小明

（1 廈門市政環境科技股份有限公司 福建廈門 361000 2 廈門驛鴻環境服務有限公司 福建廈門 361000）

1 廚余垃圾性質特征及組成

我國已于2019 年啟動生活垃圾分類工作，主要推行四分法， 計劃2025 年底地級及以上城市基本建成分類處理系統，當前主要將垃圾分成廚余和其他進行分類和處置［1］。根據住建部發布的數據統計，我國生活垃圾清運量在2017 年已達2.15億t，而廚余垃圾（即居民產生的剩菜飯、果蔬皮等）約占36%～52%［2］，占城市生活垃圾中較大的比重。

我國地廣遼闊，由于飲食習慣不同，產生的廚余垃圾成分略有差異， 如重慶廚余垃圾食物殘渣含量71.2%， 含水率約73.5%， 而杭州廚余垃圾食物殘渣含量約72.4%， 含水率約69.2%［3］。廈門作為垃圾分類試點城市，較早開展了垃圾分類工作，對其廚余垃圾物理組成情況進行抽樣調研（見表1）。 分析顯示，成分依然比較復雜，易腐類組分比重增長明顯，其他各組分均有下降，主要雜質為橡塑和紙類，幾乎沒有有害垃圾和大件垃圾。

2 廚余垃圾處理技術及存在的問題

前端分類與后端處理唇齒相依， 分類廚余垃圾品質決定了后端處理工藝的選擇。 目前我國主要通過源頭減量、 肥料化、厭氧消化和焚燒等手段處理廚余垃圾。

2.1 源頭減量處理技術

源頭減量處理技術是指在居民廚房中安裝廚余垃圾粉碎機，廚余垃圾粉碎后，直接通過污水管網進入污水處理系統。該技術對保持廚房衛生、 減少蚊蠅方面對居民有非常直觀的感受；對于環衛部門，可顯著減少垃圾清運量，降低配套人員、設施等費用投入；對污水處理系統，可提升進水C/N 從而改善脫氮除磷效果。 但也存在以下問題：①由于我國飲食高油、高鹽的習慣和市政管網設計限制，容易造成下水道堵塞等問題；②污水含固率增高，增加小區化糞池、排水管道清淤頻次和成本；③污水中有機物濃度增高，在管道厭氧環境中容易生物降解，產生沼氣，有安全隱患；④根據居民生活習慣，生活污水集中時段排放，瞬時污水濃度高，對污水廠運行有一定影響。

目前， 廚余垃圾處理機在我國應用較少， 數據調查顯示2012 年在上海使用廚余垃圾處理機的居民僅有1.69%， 廚余垃圾粉碎直排污水系統對于城市能源消耗、 污水廠運行以及經濟性等究竟有多大的影響，還未有定論［4］。

2.2 肥料化處理技術

廚余垃圾肥料化處理技術包括好氧發酵堆肥技術和生物制肥技術。 好氧發酵處理技術是指將廚余垃圾通過破碎、篩分出垃圾中的有機部分，對有機部分進行鼓風曝氣供氧，將有機物轉化為有機肥料的技術，可分為集中和分散2 種方式。 生物制肥是指通過蚯蚓、黑水牤等生物，將廚余中的有機質進行分解，轉變為有機肥的過程。 垃圾制肥農用其實已經在我國實踐了十幾年，但未有明確的政策支持，受此影響，肥料銷售出路困難。 若作為園林綠化用肥，也因垃圾體量太大，市場容量有限，仍難以大量推廣實施。

2.3 厭氧消化處理技術

廚余垃圾厭氧消化處理技術目前主要有濕式厭氧和干式厭氧2 種，所需技術條件和特征見表2。

表1 廚余垃圾物理組分（濕基） %

廚余垃圾處理工藝的選擇與原料性質密切相關， 一般認為根據我國廚余垃圾含水率在30%以上的情況， 更適用于干式厭氧。 但在實際工程應用中， 為滿足干式厭氧設施穩定運行，也需要較高的預處理條件，且干式厭氧產生的沼液含固率高，黏度高達為83 cp～367 cp，遠高于一般生化進水，無法通過0.45 μm 濾膜，極易造成后續超濾膜堵塞，導致污水處理無法正常運行。 然而，隨著廚余垃圾分類工作的逐步推進，分類效果越來越好，廚余垃圾品質隨之提升，含水率進一步提升，越來越接近餐廚垃圾，預處理系統也會趨向簡單，基于此認為采用濕式厭氧消化處理廚余垃圾將更為適用。

表2 濕式和干式厭氧消化技術工藝條件與特征

2.4 直接焚燒處理技術

在未進行垃圾分類前， 廚余垃圾和其他垃圾一并焚燒處理，由于混合均勻，在焚燒技術上是可行的。 推行垃圾分類后，末端處置系統未跟上情況下， 廚余垃圾還是只能進行焚燒處置。但是，由于廚余垃圾含有60%～70%的有機垃圾，含水率高、熱值低，分類后未經任何預處理無法與其他垃圾充分混合，帶來了諸多問題。

以某生活垃圾焚燒廠為例， 該廠日處理垃圾600 t/d （2×300 t/d），采用日本荏原機械爐排爐，發電量為6 288 萬kWh/a，應急接收廚余垃圾約200 t/d。 分析該廠的運行情況發現以下問題：①環境惡化、蚊蠅增多，對廠區和周邊環境造成不良影響；②廚余垃圾集中進廠，難與其他垃圾均勻混合，影響垃圾可堆放高度和發酵；③廚余垃圾熱值低，需增加助燃油投加量以避免爐溫低于850 ℃，經統計廚余垃圾減少15%時，助燃油投加量可下降80%；④滲濾液增量明顯，滲濾液泵抽排頻率較之前增加200%～300%，且滲濾液油脂含量較高，導致卸料門、爐排下篩分斗等處導管堵塞，滲濾液處理站無配套除油設備，對膜處理系統有破壞性影響，出水氨氮偏高；⑤增加設備運維投入，常出現垃圾無法完全燃燒后產生漂浮物，造成出渣機堵渣次數增加，半年累計增加外委疏通費用約30 萬元。

不管采用哪種技術路線， 廚余垃圾處理后的產物去向是首先需要考慮的問題。 當前，在未有更好的資源化途徑前，將廚余垃圾能源化處置是最適合當前國情的處理工藝。 即廚余垃圾經過固液分離，固相焚燒發電，液相厭氧消化產沼氣，有效利用了廚余垃圾的有機質， 又能處理過程中產生的固渣和水的問題。 在工藝選擇上，應思考如何降低固相的含水率和液相的含固率，同時工藝流程應盡量簡單。

3 廚余垃圾能源化處置預處理工藝方案

廚余垃圾能源化處置工藝預處理的目的在于： 降低固相含水率，可滿足焚燒的要求； 控制液相的含固率，可進行水處理。 針對廚余垃圾的特點及后端工藝的要求，本方案設計采用破碎篩分+生物質分選+擠壓脫水的工藝，流程圖見圖1。

圖1 預處理工藝流程圖

（1）破碎篩分：由于前端分類不完全，廚余垃圾中仍含有塑料袋、棉被、裝修廢物等垃圾，影響后續生物質分選和壓榨效果，易對設備磨損，因此對來料先進行破碎，篩分出粒徑＞200 mm 的物料，篩下物進入下一處理系統。

（2）生物質分選：廚余垃圾破碎后直接脫水擠壓，壓力需高達30 MPa～100 MPa，能耗高，擠壓的漿液含固率、含雜率高，采用干式厭氧處理產生的沼渣仍然難以處理［5］。 設計采用生物質分選機，將物料中塑料、紡織品、玉米皮等纖維長的物體與有機物料分離，得到較為均質化的有機物料，粒徑范圍12 mm～50 mm。

（3）擠壓脫水：分選出的有機物料通過擠壓高效脫水，擠壓出的固渣含水率為50%～60%，熱值4 000 kJ/kg～5 000 kJ/kg，與前端篩選出來的無機物料混合，作為RDF 焚燒發電，液相經調漿除砂后去做濕式厭氧產沼。

4 結論

（1）針對我國廚余垃圾含水率高、雜物含量高的特征，結合多種處置工藝分析，提出在當前垃圾分類國情下，能源化是現階段廚余垃圾處置更為合適的選擇之一。

（2）由于廚余垃圾的特性，直接焚燒對垃圾焚燒廠帶來多種問題情況，提出廚余垃圾能源化預處理工藝，即破碎篩分+生物質分選+擠壓脫水，固相焚燒，液相厭氧產沼。