餐廚垃圾廢棄物資源化處理工程實(shí)例分析

於霞 張玲 馬靂 孟思聰 江剛

（1.浙江福星環(huán)境發(fā)展有限公司，浙江臺州 318000；2.維爾利環(huán)保科技集團(tuán)股份有限公司，江蘇常州 213000）

0.引言

伴隨中國經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展和生活垃圾分類管理工作的全面開展，餐廚垃圾的產(chǎn)生量亦在不斷增加。完善餐廚垃圾廢棄物合理化處置方式和資源化利用效率，是推進(jìn)城市生活垃圾分類處理、完善地區(qū)城市環(huán)保基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、保障居民身體健康和食品安全的需要。傳統(tǒng)處理餐廚垃圾的方式如喂養(yǎng)生豬存在傳染疾病的問題，同時餐廚垃圾也易引發(fā)地溝油的非法交易。餐廚垃圾作為易腐垃圾中的典型廢棄物，具有典型的廢棄和資源雙重特性，若經(jīng)過科學(xué)合理的處理和利用可以變廢為寶。

1.餐廚垃圾組分及特性

餐廚垃圾廢棄物主要來源于機(jī)關(guān)單位、學(xué)校食堂及各類餐飲企業(yè)在生產(chǎn)經(jīng)營過程中剩余殘?jiān)哂泻省⒑吐省⒑}率高，易腐爛發(fā)酵從而產(chǎn)生惡臭氣體的特性[1]。

餐廚垃圾的組分隨地域和季節(jié)變化明顯，因生活習(xí)慣和飲食習(xí)慣的不同，不同地區(qū)產(chǎn)生的餐廚垃圾廢棄物成分也存在差異。以某地區(qū)為例，通過對城區(qū)內(nèi)具有代表性的機(jī)關(guān)單位、學(xué)校食堂和餐飲企業(yè)抽樣采集測量、入戶問卷調(diào)查和實(shí)際運(yùn)行狀況的方式，綜合得出某地區(qū)的餐廚垃圾的組分和理化性質(zhì)，如表1所示。

表1 某市餐廚垃圾組分和理化性質(zhì)

2.設(shè)計(jì)工藝流程

從表1可知該地區(qū)餐廚廢棄物的平均含水率約為79.25%，干基的有機(jī)質(zhì)含量約為87.4%。餐廚垃圾2885kJ/kg的低位熱值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于焚燒所需要的6270kJ/kg低位熱值[2]。因此直接焚燒的方式不適用于處置餐廚垃圾，但其有機(jī)物質(zhì)及油脂含量高，具備可生化處理的性質(zhì)以實(shí)現(xiàn)無害化處置和資源化利用。

綜合考慮餐廚垃圾處理項(xiàng)目在國內(nèi)建設(shè)與運(yùn)營的相關(guān)項(xiàng)目資料，本次設(shè)計(jì)餐廚垃圾處理規(guī)模為150t/d，建設(shè)項(xiàng)目總占地約30000m2，采用“預(yù)處理+厭氧消化+生物轉(zhuǎn)化”高效組合處理工藝，如圖1所示。

圖1 餐廚垃圾處理工藝流程

餐廚垃圾收運(yùn)車進(jìn)入卸料大廳首先將物料卸入接料斗內(nèi)，物料經(jīng)分選破碎、制漿除砂、加熱提油、三相分離等處理后最終得到油相、水相、固相三種物料。分離出的粗油脂暫存在油水分離罐中，提純成為工業(yè)油脂定期外售。廢水和部分有機(jī)固料進(jìn)入均質(zhì)罐經(jīng)調(diào)溫、除砂后制備成均質(zhì)的漿料泵送到厭氧系統(tǒng)進(jìn)行厭氧消化反應(yīng)。厭氧消化作用完成后的進(jìn)入固液分離系統(tǒng)分別得到沼液和沼渣，沼液經(jīng)污水處理系統(tǒng)處理后達(dá)標(biāo)排放，臭氣通過獨(dú)立的負(fù)壓收集和“化學(xué)洗滌+生物處理”除臭工藝處理后有組織地排放。根據(jù)需要可將經(jīng)三相分離后的部分有機(jī)漿料（含水率70%～80%）泵入生物養(yǎng)殖系統(tǒng)，制備昆蟲蛋白和功能性生物肥料。與此同時，前端預(yù)處理系統(tǒng)分選出來的塑料、貝類、纖維、金屬等雜質(zhì)和固液分離產(chǎn)生的沼渣（含水率低于80%）需外運(yùn)至生活垃圾焚燒廠協(xié)同處置。

3.各處理單元設(shè)計(jì)

3.1 預(yù)處理系統(tǒng)

餐廚垃圾倒入卸料斗后，餐廚垃圾廢棄物中的游離水統(tǒng)一收集至瀝液暫存池，固相物料通過無軸螺旋輸送至大物質(zhì)分選機(jī)，通過滾筒篩的形式將餐廚垃圾里的塑料袋、玻璃瓶、餐具、廚具、瓶蓋、紙盒等雜物分揀出來，粒徑小的有機(jī)物質(zhì)則提升至破碎制漿機(jī)內(nèi)制成漿料顆粒直徑在6.00mm～8.00mm以下的漿料。漿料輸送至除砂除雜設(shè)備，利用重力經(jīng)沉砂、除渣將物料中殘存的砂石、輕質(zhì)物（如貝殼、纖維、辣椒籽顆粒等）進(jìn)行有效分離去除以減少后端加熱提油罐內(nèi)的積砂和三相分離機(jī)的磨損。餐廚漿液進(jìn)入油脂提取系統(tǒng)，利用蒸汽噴射器對配有攪拌器的蒸煮罐進(jìn)行加熱，保持溫度在70℃～85℃之間充分蒸煮約120min使固體漿料內(nèi)部包含的油脂大部分轉(zhuǎn)化成浮油。最后進(jìn)入三相分離機(jī)在離心力的作用下分離成固相、水相和油相。其中油相進(jìn)入油脂儲罐靜止分離24h后，油脂的水雜可控制在2.00%以下，提油純度達(dá)98.00%以上，水相和部分有機(jī)固相則進(jìn)入后續(xù)的厭氧消化系統(tǒng)進(jìn)行處理。

3.2 厭氧消化系統(tǒng)

本工藝段處理對象為餐飲垃圾經(jīng)預(yù)處理后的漿料，物料性質(zhì)為溫度：60℃，含固率：8%～15%，漿液有機(jī)質(zhì)含量：約90%，固體顆粒：尺寸≤10mm。厭氧消化系統(tǒng)采用中溫濕式協(xié)同厭氧消化工藝，根據(jù)150t/d的餐廚垃圾處理規(guī)模，設(shè)置2座CSTR厭氧消化罐，每座有效容積約3000m3（直徑16m，高度17m），厭氧罐容積負(fù)荷≤4kgVS/m3·d，物料在罐內(nèi)平均停留時間為30d～35d，可處理的高懸浮固體含量TS為6%～15%。經(jīng)三相分離出來的水相和部分有機(jī)固料泵入均質(zhì)罐中經(jīng)除砂、調(diào)溫后制成均勻的漿液泵送入?yún)捬跸蓿瑵{液中的有機(jī)物在厭氧環(huán)境下快速降解CODcr，大部分轉(zhuǎn)化為了CH4和CO2，此階段CODcr的去除率可達(dá)到 85%。厭氧消化作用完成后的消化液則進(jìn)入固液分離系統(tǒng)，分離出來的沼渣送往生活垃圾焚燒廠進(jìn)行焚燒處置，沼液輸送至污水處理系統(tǒng)進(jìn)行處置[3-4]。同時每噸餐廚垃圾沼氣產(chǎn)量不小于70m3，平均每天沼氣產(chǎn)生為10500m3/d（甲烷含量≥55%），產(chǎn)生的沼氣進(jìn)入沼氣凈化及利用系統(tǒng)。

3.3 污水處理系統(tǒng)

污水處理系統(tǒng)需對沼液脫水濾液、生產(chǎn)生活廢水進(jìn)行處理，經(jīng)厭氧消化產(chǎn)沼氣后的廢水懸浮物含量高，可降解類有機(jī)物少，氮磷含量高，營養(yǎng)物質(zhì)間比例不協(xié)調(diào)，對生物脫氮和有機(jī)物降解帶來了一定的難度。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的污水處理量有效規(guī)模不低于180m3/d，采用“氣浮+兩級A/O+深度脫氮除磷+MBR”處理工藝。首先利用氣浮系統(tǒng)去除廢水中多余的雜質(zhì)，廢水經(jīng)過水質(zhì)均化和調(diào)節(jié)后泵送入生化段，污水處理的生化段采用具有反硝化和厭氧氨氧化雙重功能的深度脫氮除磷工藝[5]，調(diào)質(zhì)后的污水先后流經(jīng)脫氮反應(yīng)器、一級反硝化池、一級硝化池、二級反硝化池、二級硝化池，通過內(nèi)回流的方式在缺氧、好氧的條件下交替進(jìn)行，可有效降解去除污水中的COD、氨氮和硝態(tài)氮等物質(zhì)，最后生化反應(yīng)后的泥水混合物經(jīng)MBR膜生物反應(yīng)器分離后，清液達(dá)標(biāo)排放。

3.4 除臭系統(tǒng)

整個餐廚垃圾處理過程的臭氣產(chǎn)生源主要集中在預(yù)處理車間和厭氧消化完成后固液分離與污水處理間。本系統(tǒng)配有80000m3/h風(fēng)量的臭氣收集系統(tǒng)以控制臭氣的產(chǎn)生和逸散，廢氣通過獨(dú)立的負(fù)壓收集后進(jìn)入末端除臭系統(tǒng)，通過穩(wěn)定高效的“化學(xué)洗滌+生物處理”處理收集的廢氣以達(dá)到除臭效果。

3.5 生物養(yǎng)殖系統(tǒng)

根據(jù)需要可將經(jīng)三相分離后的部分有機(jī)漿料（含水率70%～80%）泵入生物養(yǎng)殖系統(tǒng)，托盤盤中的虻蟲幾乎全天24h取食餐廚漿料，經(jīng)過約7d的取食周期，鮮蟲經(jīng)篩分、烘干處理后即可得到昆蟲蛋白，蟲沙可加工制作成功能性生物肥料。

3.6 配套系統(tǒng)

配套系統(tǒng)主要包括沼氣凈化利用系統(tǒng)和智能控制系統(tǒng)。餐廚垃圾厭氧發(fā)酵后產(chǎn)生沼氣量約10500Nm3/d，經(jīng)“濕法+干法”相結(jié)合的脫硫方式對其進(jìn)行脫硫凈化、脫水、除塵、處理后暫存于沼氣氣柜，后送至發(fā)電或提純天然氣系統(tǒng)進(jìn)行利用。智能控制系統(tǒng)主要涵蓋了高標(biāo)準(zhǔn)的自動控制和全程監(jiān)控系統(tǒng)，包括可詳細(xì)記錄和監(jiān)控餐廚垃圾廢棄物來源、類型、重量與去向等數(shù)據(jù)的收運(yùn)管控系統(tǒng)，可自動化控制、安全生產(chǎn)、能耗指標(biāo)控制、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析等智慧運(yùn)行監(jiān)管系統(tǒng)。

4.日常運(yùn)行費(fèi)用

餐廚垃圾處理項(xiàng)目的直接運(yùn)行成本主要由能耗成本（水電蒸汽）、維修藥劑成本、殘?jiān)幹觅M(fèi)、人工成本組成[6-7]。整個系統(tǒng)的運(yùn)營費(fèi)用計(jì)算是依據(jù)處理能力150t/d餐廚垃圾進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的，年運(yùn)行360d，年餐廚垃圾處理量為5.40萬t。

4.1 能耗成本

本項(xiàng)目的能耗主要為電費(fèi)、水費(fèi)和蒸汽費(fèi)，用電量為5500kWh/d，年電費(fèi)為158.40萬元；年水費(fèi)為4.56萬元，年蒸汽費(fèi)為154.44萬元。

4.2 人工成本

生產(chǎn)員工定員為37人，人均工資按9.00萬元計(jì)，年人工成本為333.00萬元。

4.3 維修藥劑成本

主要的藥劑為絮凝劑、除臭劑、脫硫劑等，年成本為87.85萬元。維修費(fèi)主要為設(shè)備易損耗材、常用配件更換及修理保養(yǎng)費(fèi)，總計(jì)年成本約100.00萬元。

4.4 殘?jiān)幹贸杀?/h3>

末端處置成本主要包括前端分選出來的無機(jī)固渣和后端分離出來的污泥處理費(fèi)等，前端分選出來的無機(jī)固渣和后端分離出來的污泥年處理量約1.35萬t，總計(jì)約189.00萬元。

綜上所述，單噸餐廚垃圾處理的直接運(yùn)行成本為190.23元。若實(shí)際運(yùn)行餐廚垃圾廢棄物的日處理量未達(dá)150t/d的設(shè)計(jì)處理能力，則餐廚垃圾的噸處理成本也會有所增加。

5.結(jié)語與建議

餐廚垃圾廢棄物具有廢棄和資源的雙重屬性，經(jīng)預(yù)處理分選掉不可利用的塑料、骨頭、纖維等雜質(zhì)后，厭氧消化產(chǎn)生的沼氣可作為生物質(zhì)清潔能源，生物養(yǎng)殖系統(tǒng)中虻蟲采食后可將餐廚垃圾中的蛋白質(zhì)、有機(jī)質(zhì)等自然轉(zhuǎn)化成昆蟲蛋白及有機(jī)肥料可用于水產(chǎn)養(yǎng)殖和花卉種植。“預(yù)處理+厭氧消化+生物轉(zhuǎn)化”的高效組合處理工藝適用于規(guī)模化的餐廚垃圾處理，在實(shí)現(xiàn)了餐廚垃圾減量化和無害化處置的基礎(chǔ)上，更加充分地將餐廚垃圾進(jìn)行資源化利用，整個設(shè)計(jì)工藝流暢明了、可進(jìn)可退、安全環(huán)保、高效節(jié)能、運(yùn)管方便。