淺析廈門市某餐廚廢棄物處理處置工程

彭文馨

（福建省環(huán)境保護(hù)設(shè)計院有限公司，福建 福州 350002）

0 引言

餐廚廢棄物不同于廚余垃圾，是非居民生活產(chǎn)生的食物殘余，包含部分可食用的油脂等[1]。餐廚廢棄物經(jīng)傳統(tǒng)的焚燒、填埋后，易出現(xiàn)環(huán)境二次污染、資源利用率低等問題[2]。研究表明，餐廚廢棄物中富含大量的有機(jī)質(zhì)組分，其中的脂肪、淀粉、蛋白質(zhì)等在一定比例和環(huán)境下，可以作為微生物生長的養(yǎng)分[3]。餐廚廢棄物厭氧發(fā)酵技術(shù)是一種利用厭氧微生物降解餐廚廢棄物中的固液有機(jī)質(zhì)，在較短的時間內(nèi)引導(dǎo)性產(chǎn)生沼氣并收集回收利用的綜合處理技術(shù)[4]。本文以廈門市某餐廚廢棄物處置項(xiàng)目為例，對目前常用的餐廚廢棄物處理處置技術(shù)進(jìn)行了簡要的闡述，并重點(diǎn)討論了厭氧發(fā)酵技術(shù)在餐廚廢棄物處理處置過程中的工藝方案和效益分析，為高效厭氧發(fā)酵資源化處理餐廚廢棄物提供了參考。

2 餐廚廢棄物處理處置技術(shù)概述

餐廚廢棄物的主要處理處置技術(shù)包括生物處理、填埋和焚燒、飼料化三大類，其中生物處理技術(shù)是一種新型的餐廚廢棄物處理技術(shù)。

2.1 生物處理技術(shù)

2.1.1 好氧堆肥（肥料化）

好氧堆肥的本質(zhì)是多種微生物在好氧條件下共同作用，將有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化成腐殖質(zhì)的過程。餐廚廢棄物中富含大量有機(jī)質(zhì)，同時具有適合微生物生長的營養(yǎng)元素。目前，好氧堆肥主要包括傳統(tǒng)好氧堆肥發(fā)酵技術(shù)及高溫好氧堆肥發(fā)酵技術(shù)。

2.1.2 厭氧發(fā)酵（能源化）

厭氧發(fā)酵是現(xiàn)階段實(shí)現(xiàn)餐廚廢棄物無害化資源化的有效途徑，一般在無氧的環(huán)境下，以專門的厭氧微生物分解餐廚廢棄物中的有機(jī)物為基礎(chǔ)，通過水解、酸化、產(chǎn)氫及乙酸和產(chǎn)甲烷4個階段，形成各菌群代謝作用相互影響的生化反應(yīng)過程，最終轉(zhuǎn)換為甲烷和氫氣等能源產(chǎn)物。

2.2 填埋和焚燒

過去餐廚廢棄物與生活垃圾均采用填埋和焚燒的處理處置方式，由此產(chǎn)生諸多后續(xù)問題。首先，餐廚廢棄物含水較多，填埋會占用大量的庫容，給用地預(yù)算和決策造成很大的阻力；其次，餐廚廢棄物有機(jī)質(zhì)較高，腐敗變質(zhì)后易造成人體感官上的不適，還會加大滲濾液處理難度；最后，餐廚廢棄物中有機(jī)質(zhì)用以直接焚燒或填埋是一種資源浪費(fèi)[5]。

2.3 飼料化技術(shù)

餐廚廢棄物中富含大量脂肪酸、氨基酸和粗蛋白質(zhì)等。然而，安全性是限制其飼料化的主要因素之一[6]，不同地域的餐廚廢棄物類型及其組成不一，物料需在一定技術(shù)條件下進(jìn)行加工處理，有效減少重金屬、病菌等有害成分。

3 案例工藝方案

3.1 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目建設(shè)一座處理能力為400 t/d的餐廚廢棄物處理廠。經(jīng)前期對廈門市餐廚行業(yè)摸排整理，結(jié)合投資、運(yùn)行成本等可行性指標(biāo)，最終本項(xiàng)目選用了“預(yù)處理+高溫濕式厭氧發(fā)酵+沼氣綜合利用”的工藝方案。

3.2 處理工藝介紹

預(yù)處理分離的毛油直接外售，厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣脫硫凈化后，用于內(nèi)燃機(jī)組發(fā)電；同時配備余熱鍋爐及蒸汽鍋爐，產(chǎn)生的蒸汽及熱水為工藝提供熱源。

本項(xiàng)目餐廚廢棄物預(yù)處理車間、均質(zhì)池和沼液儲池、污水處理站產(chǎn)生的惡臭經(jīng)除臭系統(tǒng)收集處理后由排氣筒達(dá)標(biāo)排放；沼氣內(nèi)燃機(jī)廢氣經(jīng)SCR（選擇性催化還原法）脫硝后由排氣筒達(dá)標(biāo)排放；蒸汽鍋爐廢氣收集后由排氣筒達(dá)標(biāo)排放，如圖1所示。

圖1 餐廚廢棄物處理工藝流程

3.2.1 預(yù)處理工藝方案

餐廚廢棄物經(jīng)收運(yùn)車運(yùn)送并傾倒至場內(nèi)接料斗中，分揀輸送過程附帶瀝水功能，實(shí)現(xiàn)初步的固液分離作用，固態(tài)物質(zhì)以機(jī)械分選方式分選出不同粒徑大小的雜物，將逐級篩分的小顆粒物料（一般小于8 mm）進(jìn)一步破碎處理，得到有機(jī)漿液。經(jīng)除砂、除輕飄物后的漿液至加熱罐中加熱，進(jìn)而被均勻輸送至三相分離機(jī)進(jìn)行油、水、渣三相分離。該過程是通過熱解離心提油工藝，將精分制漿系統(tǒng)的出料分離成高濃度有機(jī)廢水及粗油脂。油相進(jìn)入粗油脂中間罐，同時加熱至45～55℃，經(jīng)過泵提升至廢棄油脂處理單元的粗油加熱罐，進(jìn)一步提純；水相進(jìn)入回用水池，一部分回流至精分制漿機(jī)，提高此部分的含水率有利于增強(qiáng)精分制漿效果，另一部分進(jìn)入混漿池，與三相分離得的固相一起進(jìn)入混漿池中，進(jìn)行濕式厭氧。

3.2.2 厭氧發(fā)酵工藝方案

濕式厭氧發(fā)酵系統(tǒng)是整個項(xiàng)目的核心部分，利用生物降解產(chǎn)生潔凈能源沼氣，實(shí)現(xiàn)餐廚廢棄物資源化利用。物料送入發(fā)酵罐后，在密閉環(huán)境下進(jìn)行生物降解。經(jīng)過厭氧發(fā)酵過程，其中的有機(jī)質(zhì)部分生物降解并產(chǎn)生沼氣，沼氣通過管道進(jìn)入沼氣柜暫儲。本項(xiàng)目采用高溫CSTR濕法厭氧發(fā)酵罐，罐體為圓柱體，鋼混結(jié)構(gòu)，內(nèi)設(shè)物料均勻攪拌器，有效容積約8000 m3，安裝兩座發(fā)酵罐，發(fā)酵罐的停留時間通常為30～40 d，發(fā)酵溫度為55℃，采用蒸汽加熱方式，同時在外壁采用保溫措施，減少熱量損失。

3.2.3 廢水處理工藝方案

本項(xiàng)目廢水包括沼液、設(shè)備沖洗廢水、車間沖洗廢水、除臭系統(tǒng)排水、沼氣凈化系統(tǒng)排水、余熱鍋爐排水、軟水制備系統(tǒng)排水、蒸汽鍋爐排廢水及化驗(yàn)廢水（低濃度），其中設(shè)備沖洗廢水及車間沖洗廢水收集后進(jìn)入?yún)捬醢l(fā)酵程序，沼液經(jīng)廠區(qū)自建污水處理站處理后與其他生產(chǎn)廢水排至園區(qū)衛(wèi)生填埋場滲濾液處理站進(jìn)行后續(xù)處理。

3.2.4 沼氣綜合利用工藝方案

本項(xiàng)目沼氣產(chǎn)量約為31 725 Nm3/d，沼氣凈化系統(tǒng)設(shè)計規(guī)模為1600 m3/h，擬采用濕式和干式串聯(lián)的兩級脫硫工藝凈化。沼氣凈化后儲存于5000 m3的氣囊式雙膜氣柜，項(xiàng)目正常運(yùn)行時，全部沼氣都被收集利用，且不產(chǎn)生多余沼氣。為保證生產(chǎn)安全，本工程設(shè)計了一個沼氣火炬燃燒器，在用氣發(fā)生故障或在一些緊急情況下（如設(shè)備維修等），過量的沼氣由該氣體燃燒器進(jìn)行安全的燃燒處理，擬采用封閉式火炬，設(shè)計能力為1600 Nm3/h。

凈化后的沼氣一部分進(jìn)入燃?xì)鈨?nèi)燃式發(fā)電機(jī)組發(fā)電，所發(fā)電力并網(wǎng)，沼氣發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)的熱能總利用效率約為80%，余熱鍋爐利用熱量產(chǎn)生蒸汽及熱水，用于各工藝所需的加熱及保溫；另一部分用于蒸汽鍋爐，鍋爐產(chǎn)生的蒸汽通過分汽缸平衡壓力輸送至各工藝用蒸汽車間。

3.2.5 沼渣、污泥處理工藝方案

經(jīng)過全混合厭氧反應(yīng)器充分發(fā)酵后產(chǎn)生的沼液進(jìn)入沼液儲罐，停留一段時間，進(jìn)入后續(xù)的沼渣脫水系統(tǒng)，厭氧發(fā)酵的剩余液經(jīng)離心脫水后，分離出來的沼渣送至沼渣收集容器，后運(yùn)至垃圾焚燒廠處理。項(xiàng)目污泥收集后暫存于一般固廢暫存間，后運(yùn)至垃圾焚燒發(fā)電廠焚燒處理。

3.2.6 臭氣處理工藝方案

本項(xiàng)目均質(zhì)池和沼液儲池、預(yù)處理車間及污水處理站等臭氣的主要成分為氨氣、硫化氫、甲硫醇和其他含硫氣體，具有氣量大、濃度高等特點(diǎn)。本項(xiàng)目擬采用“負(fù)壓收集+化學(xué)洗滌+生物濾池+植物液洗滌”組合除臭工藝處理后達(dá)標(biāo)排放；同時為改善勞動者工作環(huán)境、有效控制臭源，在預(yù)處理車間局部區(qū)域增加離子氧送風(fēng)+植物液霧化噴淋設(shè)施。

根據(jù)風(fēng)量分布及場地現(xiàn)狀選用兩套一體化除臭設(shè)備，單套處理能力135 000 m3/h，總計處理能力270 000 m3/h，合并為同一根排氣筒排放。

4 項(xiàng)目效益分析

4.1 環(huán)境效益分析

本項(xiàng)目有效地解決了餐廚廢棄物的消納問題，同時本項(xiàng)目推薦采用厭氧產(chǎn)沼技術(shù)，產(chǎn)生的沼氣可用于發(fā)電，實(shí)現(xiàn)廢棄物的減量化、無害化和資源化，有效控制二次污染，對周圍環(huán)境的影響較小，達(dá)到改善生態(tài)和生活環(huán)境的目的，具有較好的環(huán)境效益。

4.2 社會效益分析

（1）為當(dāng)?shù)厮茉炝己玫某鞘行蜗螅瑺I造廈門市美麗、清潔、舒適的居住和旅游環(huán)境，為美麗東方沿海城市增添新的環(huán)保旗幟。

（2）有利于減少廢棄物焚燒，不僅提高有機(jī)質(zhì)廢棄物資源利用效率，還可以為協(xié)同降碳服務(wù)，為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)提供有效的基礎(chǔ)支撐。

（3）作為廈門城市環(huán)境保護(hù)基礎(chǔ)設(shè)施可為城市可持續(xù)發(fā)展提供重要保證。

4.3 經(jīng)濟(jì)效益分析

本項(xiàng)目的實(shí)施不僅能夠促進(jìn)宏觀經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，也可為當(dāng)?shù)靥峁┚蜆I(yè)機(jī)會，促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)綠色循環(huán)發(fā)展。同時，可輻射周邊相關(guān)供應(yīng)鏈產(chǎn)業(yè)布局，促進(jìn)資源化為主導(dǎo)的產(chǎn)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，結(jié)合周邊焚燒廠形成垃圾綜合處理基地，對經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有積極作用。

5 結(jié)語

廈門市某餐廚廢棄物處理處置項(xiàng)目的處理能力為400 t/d，采用“預(yù)處理+高溫濕式厭氧發(fā)酵+沼氣綜合利用”組合工藝。本項(xiàng)目有利于實(shí)現(xiàn)廈門市餐廚廢棄物的資源化、減量化、無害化的精準(zhǔn)控制，實(shí)現(xiàn)環(huán)境效益、社會效益和經(jīng)濟(jì)效益的全面提升。本項(xiàng)目可輻射周邊相關(guān)供應(yīng)鏈產(chǎn)業(yè)布局，促進(jìn)以資源化為主導(dǎo)的產(chǎn)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。同時，有利于減少廢棄物焚燒后的二次污染，提高有機(jī)質(zhì)資源利用率，還可為協(xié)同減排降碳服務(wù)，進(jìn)一步為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)提供有效的支撐，為當(dāng)?shù)厮茉炝己玫某鞘行蜗螅蛟鞆B門市美麗、清潔、舒適的居住和旅游環(huán)境，為美麗東方沿海城市增添新的環(huán)保旗幟。