城市餐廚垃圾和糞便協同處理項目的優化設計思考

摘要：目前，城市餐廚垃圾處理主要采用厭氧處理工藝，存在工藝復雜、投資大、運行成本高的特點。而在城市中糞便是需處理的有機固廢，處理方式一般為厭氧消化或固液分離+ 脫水。餐廚垃圾和糞便2 種固廢處理項目在臭氣、污水等方面存在物料與能量協同的可能性，協同處理可降低建設成本和運營成本，提高經濟效益與環境效益。因此，以某項目為例，對城市餐廚垃圾和糞便協同處理項目優化設計提出結論和建議。

關鍵詞：餐廚垃圾；糞便；協同處理；優化設計

2020 年新修訂的《固體廢物污染環境防治法》與《傳染病防治法》對餐廚垃圾和糞便處理的要求進行了明確規定。餐廚垃圾和糞便如不經過妥善及有效處理，極易成為疾病傳播的源頭，造成環境污染并危害人體健康[1]。餐廚垃圾處理一般包括預處理系統、厭氧消化主處理系統、除臭系統、蒸汽鍋爐等輔助處理系統，糞便處理一般選擇堆肥、厭氧消化或固液分離+ 脫水的方式[2][3]。餐廚垃圾和糞便單獨處理都面臨占地大、投資高、人員配備多等問題[4][5]，餐廚垃圾與糞便處理項目的沼渣、沼液、固雜、臭氣等存在協同處理的可能性，通過協同處理可以降低建設成本和運營成本， 提高經濟效益與環境效益。

1 項目概況

餐廚垃圾處理規模為100 t/d，糞便處理能力400 t/d，總投資約1.2 億元，占地面積約11000 m2，主處理工藝為單獨預處理+ 厭氧處理+ 沼氣處理及利用+ 沼渣處理+ 污水處理+除臭系統+ 輔助系統。其中，餐廚垃圾預處理工藝主要為垃圾接收+ 破碎+ 擠壓脫水+ 去雜除砂+ 升溫提油，糞便預處理技術路線為密閉卸料+ 固液分離+ 絮凝脫水。

2 規模確定與復核

2.1 餐廚垃圾處理規模

根據《餐廚垃圾處理技術規范》（CJJ184-2012）的相關方法對服務范圍內的餐廚垃圾產生量做出推測計算。根據式（1）計算餐廚垃圾產生量。

Mc ＝ R×m×k（1）

式中：Mc 為餐廚垃圾產生量；R 為項目所在地人口數量；m 為人均餐廚垃圾產生量基數；k 為修正系數。

根據項目所在地區的具體情況，人均餐廚垃圾產生量基數m 宜取0.1 kg/（人·d），修正系數k 參考國內其他城市取1.15。最終根據項目所在地人口數量，得出餐廚垃圾產生量為141.45 t/d，考慮到前期收集率只有50%～ 70%，確定處理規模為100 t/d。為復核規模確定的準確性，按照人口增長率，綜合考慮人口的數量變化，計算每年的餐廚垃圾產生量和處理量，10 年內處理規模可以滿足該地發展需要。

2.2 糞便處理規模

根據《建筑給水排水設計標準》（GB50015-2019）及相關實際經驗，糞便產量基于式（2）預測。

V=a×N×K1×K2×K3×q÷1000（2）

式中：V 為糞便產生量；a 為人均每天產糞便污泥量，取0.4～0.7 kg/d；N 為人口總數；K1為污泥濃縮系數，取0.5；K2 為污泥發酵縮減系數，取0.2～0.8；K3 為吸糞車吸入糞水率，取1～3；q 為糞水集中處理率，依城市化進程取值。

根據項目所在地區的具體情況，得出糞便產生量為551.85 t/d，為復核規模確定的準確性，按照人口增長率，綜合考慮常住人口與流動人口的數量變化，每年的產生量和處理量，考慮現有糞便處理項目規模，確定城市糞便處理規模為400 t/d。

3 餐廚垃圾和糞便性質預測

根據相關項目設計經驗及項目所在地周邊地區垃圾成分數據，對項目餐廚垃圾物料化學性質進行預測。餐廚垃圾物理性質設計數據如表1 所示。根據糞便處理項目運行的調查情況[6][7]，綜合確定如表2 所示的項目糞便特性設計數據。

4 餐廚垃圾和糞便協同處理工藝技術路線

優化設計的城市餐廚垃圾和糞便協同處理工藝技術路線如圖1 所示。餐廚垃圾預處理系統（垃圾接收+ 破碎+ 擠壓脫水+ 去雜除砂+升溫提油）、糞便預處理系統（密閉卸料+ 固液分離+ 絮凝脫水）、厭氧處理系統（中溫濕式厭氧發酵，發酵溫度為35±2 ℃）、沼氣處理系統（收集預處理+ 脫硫+ 氣柜儲存+鍋爐燃料/ 熱量利用+ 應急火炬）、沼渣處理系統（格柵+ 螺旋壓榨脫水+ 外運處置）、沼液處理系統（絮凝沉淀+ 膜生化反應器+納濾）、除臭系統（以負壓收集+ 生物過濾+化學洗滌為組合的主處理路線，輔以局部植物液噴淋）。城市餐廚垃圾和糞便協同處理工藝各系統的物料平衡情況如表3 所示、能量平衡情況如表4 所示。

4.1 污水協同處理

項目污水處理站污水來源主要包括糞便處理系統日產水、沼渣及污泥脫水系統日產水、生活生產污水、不可預見污水。其中，糞便處理系統日產水量為糞便處理出水366 t，沼渣及污泥脫水系統日產水量為脫水液94.6 t，生活生產污水40 t，不可預見污水量（處理高峰期）75.09 t/d（按總污水量的15% 計算），因此污水總量575.69 t/d。本系統設計處理規模為600 t/d，項目混合廢水進水水質如表5 所示，污水經處理車間處理后的水質達到項目所在地市政污水管網排放標準如表6 所示，因此污水處理需要關注有機污染物濃度高、SS高、油脂含量高等難點，并需針對廢水水質特點，采用多種工藝組合處理工藝，同時在前端增加絮凝沉淀預處理工藝。

4.2 臭氣協同處理

餐廚垃圾處理廠日常生產作業過程中都存在著一定程度的惡臭污染，這些臭氣主要是在餐廚垃圾存放、收集、轉運過程中由于厭氧微生物繁殖形成的，因而餐廚垃圾處理的臭氣主要來自分選和脫水，主要成分是H2S 和NH3，以及少量的有機氣體如甲硫醇、甲胺、甲基硫等。同時，糞便處理過程中，在進糞和固液分離期間也散發著H2S、NH3 等惡臭氣體。因此，餐廚垃圾和糞便協同處理過程中會有一定量的臭氣逸出，為防止臭氣危害人體健康、污染空氣，需采用除臭技術有效遏止了臭氣對空氣的污染。

臭氣處理系統包括收集系統與臭氣處理設備2 部分，其除臭方風量與除臭方式如表7 所示。其中，收集系統主要是對糞便處理的進糞口、固液分離設備、殘渣傳送帶等產生臭氣的源點進行臭氣收集；臭氣處理設備主要是對餐廚垃圾卸料間、糞便卸料間、污泥脫水間、糞便調節池、污泥勻質池、廢水處理區域收集的臭氣進行凈化處理。

由于項目選址屬于《環境空氣質量標準》（GB 3095-2012）所規定的二類環境空氣質量區，因此經過臭氣處理系統處理后排放的氣體應符合國家標準或當地標準中規定的惡臭污染物廠界標準中的新擴改建二級標準與15 m高空排放標準值。

根據總平面布局，項目共設置2 套除臭系統，每套處理能力為50000 m3/h，主要工藝流程如圖2 所示。

5 結束語

餐廚垃圾和糞便協同處理處置，不僅能夠有效提高處理效率，還可降低投資與運行成本，是解決城市有機固廢的一種新方式和模式。因此，為有效發揮廚余垃圾協同處理的優勢，應在規劃、設計、建設、運營、管理等環節統籌考慮。但餐廚垃圾和糞便協同處理也存在一些問題，因為餐廚垃圾中含有油脂，經過預處理之后的污水如果直接進入污水處理系統，油脂和SS 可能會對整個污水處理系統產生不良影響，所以建議統籌考慮餐廚垃圾和糞便項目的規劃、可研、設計等各環節，充分發揮餐廚垃圾和糞便協同處理的優勢，并在餐廚垃圾處理項目污水進入綜合污水處理系統前對其進行SS 和油脂預處理，減少對綜合污水處理系統的影響。

參考文獻

[1] 黃芳，楚德軍，李芳，等.北京市餐廚垃圾處置現狀及資源化利用前景分析[J].中國資源綜合利用，2020，38（12）：83-86.

[2] 李嵐，趙家良，朱喜，等.餐廚垃圾與生活垃圾焚燒協同處置的工程應用[J]. 現代化工，2022，42（2）：19-24.

[3] 張俊文.廚余垃圾就地處理現狀與建議——以某廚余垃圾就地處置為例[J].再生資源與循環經濟，2022，15（12）：20-23.

[4] 田水泉，楊風嶺，張立科.我國城市糞便農業資源化利用問題與對策[J].安徽農業科學，2011，39（11）：6711-6713.

[5] 蹇瑞歡，吳劍，宋薇.生活垃圾焚燒與餐廚垃圾處理協同處置的分析研究[J].環境衛生工程，2018，26（2）：26-28.

[6] 程峻峰，鄭啟萍.城市糞便無害化處理工藝淺議[J].工程與建設，2014，28（4）：553-555.

[7] 朱格仙，賀旭娟，賈文龍.城市糞便處理技術分析——以榆林市糞便處理為例[J].綠色科技，2016（16）：93-94.

作者簡介

劉茹飛（1987—），男，漢族，山西晉中人，高級工程師，碩士，研究方向為固體有機廢棄物資源化。

加工編輯：馮為為

收稿日期：2024-07-05