廚余垃圾生物綜合處理技術應用研究

閆秀娟，李 波，郭澄昆

（中國市政工程華北設計研究總院有限公司，天津 300074）

某廚余垃圾處理工程處理對象為分類收集的廚余垃圾及農貿市場有機垃圾，項目總處理規模為800 t/d，其中一期廚余垃圾處理規模為400 t/d。項目總用地約為7.7 hm。

1 廚余垃圾組分

本項目所在城市已分類廚余垃圾和未分類生活垃圾的組分分析數據如表1所示。從表1 可以看出，已分類小區的廚余類占已分類廚余垃圾總量的70.6%；未分類小區的廚余類占未分類生活垃圾總量的68.0%；已分類廚余垃圾的有機質組分較未分類生活垃圾略高，從總體分析結果來看，兩類垃圾組分接近，特性相似。本項目入廠廚余垃圾組分按照已分類廚余垃圾和未分類生活垃圾加權平均進行取值，平均組分數據如表1所示。

表1 垃圾組分

2 總體工藝比選

目前，廚余垃圾常用的處理方法主要有衛生填埋、焚燒、生物綜合處理技術（堆肥、厭氧發酵）三種。其中，填埋是后兩種方法殘渣的最終處置方法。這三種廚余垃圾處理方法的比較如表2所示。

表2 廚余垃圾處理方法對比

總體來說，衛生填埋是垃圾的最終處置方式，填埋場是每個地區必須具備的環衛基礎設施，也是垃圾焚燒和生物綜合處理的殘渣的最終收納處；焚燒處理是土地資源緊張地區實現垃圾減容、減量和資源化的有效技術；生物綜合處理適用于處理可降解有機垃圾，如分類收集的家庭廚余垃圾、單獨收集的餐廚垃圾、園林垃圾等。

本項目作為廚余垃圾的綜合處理工程，較優的處置模式應該是：先對垃圾進行分選，然后針對分選后的不同組分分別采用合適的處理工藝；有機垃圾進行厭氧發酵和堆肥熟化等生物技術處理；不可生物降解和破壞生化系統穩定的垃圾進行分類回收或無害化處理。

本項目采用的工藝路線如下：主工藝采用“廚余垃圾分選系統+干式厭氧發酵+沼氣凈化增壓制天然氣并網”，輔助工藝為“沼渣堆肥+污水處理+臭氣處理”。

3 分選系統設計

3.1 設計概述

鑒于廚余垃圾成分的復雜性，單一技術很難將廚余垃圾中所有成分高度資源化，因此要采用綜合處理方式。可以將多種廚余垃圾處理技術以適當的方式有機地結合在一起，形成完整的處理系統，每種處理技術僅處理適宜的垃圾組分，從而提高垃圾的資源化水平。

3.2 工藝流程

3.2.1 物料儲存

廚余垃圾經稱重后，由垃圾車傾倒至垃圾坑中。為應對設備檢修等狀況，垃圾坑按照2 d 處理量設計。垃圾坑保持微負壓，防止臭氣散逸。儲存過程中產生的滲濾液進入水處理系統進行處理。

3.2.2 抓斗進料

通過儲料坑上部設置的垃圾吊車進行進料，本項目采用2 臺垃圾吊車，處理能力為1 000 t/d，抓斗容積為5 m，其由垃圾吊車操作室進行控制。垃圾吊車具備自動稱重、自動定位、自動抓卸、自動泊車、故障自動診斷及報警、遠程升級等功能。垃圾由吊車送至鏈板機接納料斗，在料斗出口處設置均勻供料機構，通過與鏈板輸送機的傾斜角和擋板高度的結合，其在輸送過程中對分選系統的進料進行定量控制。

3.2.3 物料分散

進場垃圾多為袋裝，在進入分選系統時，首先需要將袋裝垃圾進行破袋打散。目前，業內有部分項目使用裝有破袋刀的滾筒篩，在篩分的同時實現破袋效果。然而，在實際運營中，由于國內垃圾成分復雜，實際破袋效果并不理想。因此，本項目從穩定性、耐波動性等方面考慮，將破袋與篩分功能分離，設置單獨的破袋機構，其破袋效率高，防卡塞，有良好的穩定性、耐波動性。

3.2.4 篩上物分選

本項目后續處理工藝設置有厭氧發酵系統，因此應盡可能提高有機物的分選效果。結合多個項目的現場經驗，篩網篩孔設置為120 mm 左右，對有機物可以實現較好的分離效果。在滾筒篩滾動過程中，小于篩孔的大量有機物落入下方設置的接料皮帶。大于篩孔的物料主要為輕質物、大塊有機物、金屬及大塊無機物等。通過人工選出大塊有機物后，剩余物外運填埋。

3.2.5 篩下物有機物分離

小于篩孔的物料經過磁選選出其中的鐵質金屬，然后進入彈道篩。物料進入彈道篩后，根據其軟硬程度和粒徑，分出篩上重物質、篩上輕物料和篩下物三種物料。篩上重物質經過人工分選、磁選和渦電流分選選出可利用物后，剩余物外運焚燒；篩上輕物料經過皮帶機輸送至運輸車外運；篩下物經過彈跳滾筒及彈跳板去除硬質物后，剩余物料大部分為有機物，該物料基本能達到厭氧發酵系統的進料要求。

3.2.6 資源物回收

本項目的目標資源物主要有玻璃瓶、金屬和具有較高回收價值的塑料（塑料瓶）。玻璃瓶（塑料瓶）主要在破袋之前的人工監視工位選出，避免后續工藝中被打碎增加回收難度。金屬物主要集中在篩下物以及彈道篩篩上重質物中，再通過磁選和渦電流分選，可以將80%以上的金屬物分選出來，實現最大限度的資源循環利用。

3.2.7 高熱值物處置

物料經過風力分選后，輕質物多為塑料膜、廢紙、織物等高熱值物料。本項目周邊即有垃圾焚燒設施，因此分選出的高熱值物料可以提供給垃圾焚燒設施作為焚燒原料，實現最大化減量，也可以根據市場需求外賣至廢品收購站。

3.2.8 填埋物處置

彈道篩下分離可回收金屬后的剩余無機物基本無利用價值，其本身熱值較低，不便進行焚燒處理，可外運填埋作為最終處理手段。

3.3 厭氧發酵系統

本項目采用干式厭氧發酵工藝，消化罐的有機垃圾由分選系統提供，消化后的物料經脫水單元脫水后由沼渣好氧堆肥系統處理。

干式厭氧發酵系統對分選系統分選后的進罐有機垃圾成分及物理性質要求如下：垃圾必須通過最大60 mm 孔徑的圓篩，3 個方向中任何一個方向都小于200 mm（如樹枝、管子等垃圾）；干物質含量（DM）不小于鮮重（FW）的35%，揮發性物質含量（VM）不小于干物質含量的60%；對于直徑大于50 mm 的無用成分，塑料薄膜小于干重的2%，其他塑料+織物+木材小于干重的2%，其他無用物料的總和（石頭、玻璃、金屬）小于1%；對于直徑介于20～50 mm的無用垃圾，塑料+織物小于干重的9%，其他無用物料的總重（石頭、玻璃、金屬）小于干重的6%；2～20 mm 的惰性成分小于干重的15%；0.5～2.0 mm的惰性成分小于干重的15%。

本項目一期設計3 個消化罐，單個消化罐總容積為4 500 m，有效容積為3 735 m。設計負荷為5.5～7.5 kg/（m·d），停留時間為32～35 d，消化溫度為55 ℃。

3.4 沼氣凈化提純系統

沼氣凈化提純系統主要包括沼氣儲存、沼氣脫硫、脫水和提純脫碳裝置。本項目采用一個容積為5 000 m的雙膜氣柜，作為沼氣穩壓、均質和緩沖的裝置。儲存于雙膜氣柜中的沼氣首先進入羅茨鼓風機，增壓后進入濕法脫硫系統。經濕法脫硫后，HS 含量降到小于50 mg/m，為達到后續提純HS ＜10 mg/m的要求，要進行干法脫硫。脫除HS 后的沼氣進行冷凝脫水。

脫硫、脫水的沼氣經沼氣壓縮機壓縮后，進入油水分離過濾器和高效過濾器，分離油、水后的氣體進入揮發性有機物（VOCs）脫除塔。加壓凈化后的氣體進行變壓吸附，脫除雜質氣體。制得的提純氣達到《天然氣》（GB 17820—2018）的二類標準，減壓到中壓0.4 MPa 后接入城鎮燃氣管道。

3.5 輔助工藝系統

3.5.1 沼渣堆肥系統

本項目采用靜態倉式好氧堆肥技術，主要特點是：生物發酵時間短、升溫快，有機成分降解率高；臭氣量小，堆肥效果好。脫水后的沼渣通過皮帶機輸送至沼渣堆肥車間，先進行混料處理。沼渣與粉碎的秸稈或返混料等通過混料機混合均勻，調節物料的水分、C/N 等參數到適宜范圍后，通過裝載機轉運至發酵倉。

一般投料48 h 內，堆體的溫度將大于50 ℃，并持續5～6 d。當溫度降到小于40 ℃時，完成發酵過程，發酵后的堆體含水率為30%～35%，有機質分解率約為60%。發酵后的堆體通過篩分機篩分，篩分出以玻璃、小石礫為主的雜質，送往水泥窯作為替代原料。熟化肥料一部分作為干料回用至一次發酵區的發酵池，用于調整混料的C/N 和水分，同時有效地維持微生物的活性，篩下物作為產品肥料運出。

3.5.2 污水處理系統

本項目廢水經廠內污水處理站處理，達到《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）的三級標準，氨氮、總磷指標執行《工業企業廢水氮、磷污染物間接排放限值》（DB 33/887—2013），然后將其排入市政污水管網。本項目污水處理系統方案采用“預處理+生化處理+深度處理”工藝。

3.5.3 臭氣處理系統

對于高濃度臭氣，本項目采用“生物除臭+化學除臭”組合處理工藝。一是臭氣收集系統。除臭系統是用來收集全廠產生的各種臭氣，并將其處理后達標排放的系統，對于全廠和生產車間的空氣環境來說至關重要。全廠除臭分為四個部分，分別是廚余垃圾預處理車間、厭氧綜合間、沼渣堆肥車間和污水處理系統。二是臭氣治理效果。除臭系統處理后的氣體達到《惡臭污染物排放標準》（GB 14554—1993）的排放限值要求。廠界內惡臭污染物滿足《惡臭污染物排放標準》（GB 14554—1993）的無組織排放源限值二級（新改擴建）要求。

4 主要技術經濟指標

本項目工程總投資為33 186.30 萬元，建筑面積為21 143.90 m。一期資源化產品數量如下：沼氣產量為34 745 Nm/d，金屬回收量為4.3 t/d，塑料回收量為0.5 t/d，營養土產量為63 t/d。

5 結論

該項目的建成很大程度上提高了當地垃圾分類資源化利用水平，有效解決了廚余垃圾大量有機質進入填埋場或焚燒廠導致的資源浪費問題，能夠實現廚余垃圾減量化，減少溫室氣體排放。除此之外，該項目還能夠回收生物質能，促進廢物再生利用和節能減排，充分實現環境效益、社會效益和經濟效益的統一。