某餐廚垃圾處理項目工藝流程介紹

【摘要】本文簡要介紹了某市餐廚垃圾廠處理規(guī)模、工藝流程，從工藝設(shè)計角度分別對預(yù)處理、厭氧處理、廢水處理、沼氣處理等各工藝系統(tǒng)進行了具體說明，并總結(jié)了工藝特點和改進方向。

【關(guān)鍵詞】餐廚垃圾;厭氧發(fā)酵;工藝流程

1.項目背景

1.1 餐廚垃圾處理現(xiàn)狀

隨著經(jīng)濟發(fā)展和人口增長，我國城市餐飲業(yè)增長迅速，餐廚垃圾產(chǎn)量不斷遞增。據(jù)估計，我國城市每年餐廚垃圾產(chǎn)生量不低于6000萬噸。起初，國內(nèi)大多數(shù)城市餐廚垃圾與生活垃圾混合處理，以傳統(tǒng)的填埋、焚燒為主。但由于餐廚垃圾有含水率高、容易腐敗變質(zhì)、含鹽量高等特點，常對填埋和焚燒處理造成不利影響，且餐廚垃圾中蘊含的營養(yǎng)成分和有機質(zhì)能量無法得到資源化利用。

近年來，隨著非典、地溝油、畜禽傳染病等危害事件的爆發(fā)，我國也開始逐漸重視餐廚垃圾及廢棄食用油的收運、處理。從中央到各個地方政府相繼出臺了各項政策措施，自2010年到2014年，發(fā)改委先后批準了四批餐廚垃圾處理試點城市，安排專項資金給予支持。2012年，在國務(wù)院印發(fā)的《“十二五”全國城鎮(zhèn)生活垃圾無害化處理設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》中提出了餐廚垃圾分類收運和處理的具體建設(shè)目標[2]。

1.2 某市餐廚垃圾相關(guān)政策

山東某市餐飲業(yè)較為發(fā)達，中心區(qū)上規(guī)模的餐飲店鋪就上萬家，另外還有大量的快餐店、夜排檔、早餐店。此外，還有為數(shù)眾多的機關(guān)、企事業(yè)單位和學(xué)校的食堂。眾多的餐飲單位每日產(chǎn)生數(shù)量巨大的餐廚垃圾，目前該市餐廚垃圾總體處于未嚴格收集處理的狀態(tài)。

為加強餐廚廢棄物管理，山東省人民政府頒布了《山東省餐廚廢棄物管理辦法》(山東省人民政府令第274號)，自2014年4月起施行。辦法規(guī)定了要求各級人民政府鼓勵支持餐廚廢棄物收集運輸、處置等先進技術(shù)、工藝、設(shè)備的研究、推廣和應(yīng)用，要求環(huán)衛(wèi)部門規(guī)劃好餐廚廢棄物收運和處置設(shè)施的布局、建設(shè)用地、規(guī)模，按規(guī)定時限組織建設(shè)餐廚廢棄物收運體系和處理設(shè)施。并提出未簽訂經(jīng)營協(xié)議的單位和個人不得從事餐廚廢棄物收集運輸、處置活動。

在以上辦法基礎(chǔ)上，該市人民政府2016年3月印發(fā)了《餐廚垃圾管理辦法》，在城市、縣城和有條件的鄉(xiāng)(鎮(zhèn))、農(nóng)村社區(qū)實行餐廚廢棄物分類投放、專業(yè)收集運輸、統(tǒng)一處置制度;各級人民政府對采取市場化運作(如BOT等)的餐廚廢棄物處理項目，根據(jù)合作協(xié)議由合作單位承擔(dān)餐廚廢棄物的收集、運輸、處置等費用，政府根據(jù)協(xié)議規(guī)定安排財政補貼。

2.項目概況

在國家重視和推進餐廚垃圾收運處理的大背景下，某市建設(shè)了第一座餐廚垃圾處理廠，采用干法厭氧發(fā)酵工藝處理餐廚垃圾并利用發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣進行熱電聯(lián)產(chǎn)，另外還配置了廢棄食用油處理系統(tǒng)。

2.1 項目范圍

本項目考慮地理位置和收集距離的經(jīng)濟性，主要收集餐廚垃圾的地域范圍為某市行政管轄部分區(qū)域，包括中心城區(qū)和各近郊縣。初步估算可收集的餐廚垃圾總量為150噸/日，廢棄食用油9噸/日。

2.2 項目規(guī)模

本項目餐廚垃圾處理規(guī)模為150噸/日，垃圾滲瀝液(本項目附近的垃圾處理廠的滲瀝液，輸送至本項目內(nèi)統(tǒng)一處理)處理規(guī)模為200立方米/日，另包含廢棄食用油處理規(guī)模9噸/日。垃圾滲瀝液與餐廚處理沼液和項目其它污廢水匯總共350立方米/日，合并于本項目內(nèi)一起處理。

2.3 德州餐廚垃圾性質(zhì)

根據(jù)對山東某市餐廚垃圾的調(diào)查，參考類似工程經(jīng)驗，餐廚垃圾設(shè)計進料性質(zhì)、組份見下表1、表2、表3。

3.處理工藝介紹

3.1 主體工藝方案

本項目工藝流程中大體包括三個主要部分:餐廚垃圾處理、廢棄食用油處理、廢水處理。

表1 餐廚垃圾的理化性質(zhì)(其中堿度以CaCO3計)

測定項目TS(%)VS(TS%)全氮(%)PHNH3-N(mg/l)堿度(mg/l)CODcr(mg/l)C/N測定結(jié)果10-15902.024.75363.1540.548440017.4
9

表2 餐廚垃圾組分

測定項目食物垃圾%紙張%金屬%骨頭%木頭%織物%塑料%油%合計:%測定結(jié)果90.081.800.102.201.010.102.702.01100.00

表3 餐廚垃圾成分

測定項目粗蛋白%粗纖維%粗脂肪%含油量mg/L飼料氨基酸%鈣%鈉%測定結(jié)果16.732.527~30150~6000230.730.76

3.1.1 餐廚垃圾處理

餐廚垃圾采用分選、制漿、脫水、厭氧等處理工藝。餐廚垃圾經(jīng)預(yù)處理分選出不能降解的物質(zhì)，此部分物質(zhì)外運至垃圾綜合處理廠處理，剩余的有機物經(jīng)破碎制漿、脫水處理。脫出的水經(jīng)油水分離，油脂部分進入廢棄油脂處理系統(tǒng)，水部分進入廢水處理系統(tǒng)，剩余的渣進入餐廚厭氧系統(tǒng)。厭氧產(chǎn)生的沼氣進入沼氣處理系統(tǒng)，經(jīng)脫硫、脫水后燃燒發(fā)電產(chǎn)熱供廠區(qū)工藝系統(tǒng)自用，厭氧產(chǎn)生的沼渣進入脫水系統(tǒng)。脫水系統(tǒng)產(chǎn)生的廢水進入廢水處理系統(tǒng)，脫水后的渣外運至污泥處理廠或垃圾綜合處理廠焚燒處理。

3.1.2 廢棄食用油處理

收集的廢棄食用油和從餐廚垃圾瀝水中分離出來的粗油脂，通過閃蒸、脫色、酯交換等工藝提純，作為潤滑油基礎(chǔ)油再生利用，產(chǎn)生的廢水進入廢水處理系統(tǒng)進行處理。

3.1.3 廢水處理

附近處理廠垃圾滲瀝液和本項目產(chǎn)生的廢水合并進入廢水處理系統(tǒng)，廢水處理采用厭氧-A/O-MBR-NF-RO工藝。達標產(chǎn)水作為生產(chǎn)用水回用至廠區(qū)各用水點，產(chǎn)生的濃縮液經(jīng)MVC蒸發(fā)器處理后外運至焚燒廠處理，產(chǎn)生的沼氣送至沼氣處理系統(tǒng)，產(chǎn)生的污泥進入污泥脫水處理系統(tǒng)。

3.1.4 工藝流程圖(見圖1)

3.2 預(yù)處理工藝

預(yù)處理系統(tǒng)包括接料及輸送系統(tǒng)、雜物分選系統(tǒng)、兩級螺旋壓榨機脫水系統(tǒng)等。

接收斗底部設(shè)有進料螺旋，同時具有破碎功能，便于后續(xù)工藝制漿。餐飲垃圾在傾斜螺旋輸送過程中，游離水靠重力自流實現(xiàn)固液分離，進入收集水箱。

餐廚垃圾中含有塑料、紙、玻璃、竹木、貝殼、陶瓷、金屬以及大件垃圾等雜物。如果這些物質(zhì)不從有機質(zhì)中去除，將會對后續(xù)的厭氧系統(tǒng)產(chǎn)生不可挽回的影響，故必須進行篩分去除。

圖1 主體工藝流程圖

物料經(jīng)螺旋進料機進入生物質(zhì)分離器分離雜物，并同時進行破碎制漿。生物質(zhì)分選后的有機漿液進入螺壓脫水系統(tǒng)，螺壓脫水機是一種低轉(zhuǎn)速、全封閉、可連續(xù)運行的脫水機械，物料先流入預(yù)脫水區(qū)進行重力分離，隨著機械的運行，物料被逐漸提升并壓榨后送出機械。在機械的工作過程中，為了不使濾網(wǎng)堵塞和提高脫水效果，在機械中安裝了自動旋轉(zhuǎn)的沖洗裝置，定時給濾網(wǎng)進行沖洗。經(jīng)過螺旋壓榨機脫水，可將分離后的液相含固率將至5%，固相含固率達30%。

3.3 厭氧發(fā)酵工藝

經(jīng)過固液分離后的固態(tài)物質(zhì)進入快速干法厭氧發(fā)酵系統(tǒng)，實現(xiàn)厭氧發(fā)酵。

通過對現(xiàn)有厭氧發(fā)酵工藝、物料性質(zhì)的分析比較，本項目選用干法-單相-中溫-厭氧反應(yīng)工藝，物料和厭氧罐中的沼液返混后，通過進料泵進入?yún)捬豕蓿谄渲薪?jīng)過充分的酸化水解后再完成甲烷化過程。厭氧發(fā)酵過程中通過循環(huán)泵進行物料循環(huán)，達到攪拌均勻的目的。厭氧罐的出料采用螺旋輸送。進料泵和循環(huán)泵采用柱塞泵。厭氧罐容積約1200立方米，停留時間17天。

厭氧罐出料經(jīng)過泵送至脫水機間，脫水之后沼渣外運處置。

3.4 油脂處理工藝

本系統(tǒng)從餐廚垃圾瀝水及預(yù)處理階段螺壓脫水系統(tǒng)分選出的油水混合物中提取油脂。油水混合物中含有水分及雜質(zhì)等，在提取油脂時先經(jīng)過離心分離機將固體顆粒物分離出來送至厭氧發(fā)酵系統(tǒng)，再將液相部分進行提油，使用碟片式三相分離機將液相分為水和油脂，并將細小顆粒物通過排渣口排出。

上述經(jīng)碟片分離出的油脂及單獨收集的廢棄油脂先進入原料油儲罐儲存，通過自然沉降可分離出一部分油脂中夾雜的水、渣等雜質(zhì)。通過加熱攪拌沉降升溫預(yù)熱，降低粘度，使廢棄油脂中夾雜的水、渣等絕大部分雜質(zhì)加速沉降，殘余部分比重差異小的雜質(zhì)通過強制離心去除。

若離心后的廢棄油脂酸值過大，就需通過堿煉脫酸、水洗脫皂處理，否則可直接進入負壓閃蒸干燥脫低碳酸與水分。

經(jīng)過除水、脫酸處理的油脂進入脫色鍋，加入一定油重比例的活性白土，在攪拌狀態(tài)下，使油脂與活性白土充分混合的同時，通過蒸汽間接加熱至約120℃，在高真空度下進行脫色處理。

經(jīng)脫色后的油脂通過過濾及脂交換處理，分離出油脂中白土，得到潤滑油基礎(chǔ)油。

3.5 廢水處理工藝

本項目廢水處理系統(tǒng)接收餐廚垃圾厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼液和廠區(qū)其它生產(chǎn)廢水和生活污水，以及來自附近垃圾處理廠的滲瀝液，污染物濃度較高。廢水處理采用CSTR厭氧+A/O+外置式MBR+NF+RO的工藝，納濾和反滲透濃縮液采用MVC法處理。

廢水處理系統(tǒng)進水先進入調(diào)節(jié)池，再泵送至廢水厭氧罐，厭氧罐出水進入A池、O池后再進入膜處理系統(tǒng)。膜系統(tǒng)反滲透出水進入回用水池，作為廠區(qū)生產(chǎn)用水回收利用，主要用途為洗車、沖洗地面和綠化澆灑，同時作為消防用水水源。多余水量通過溢流設(shè)施外排。濃縮液進入機械式蒸汽再壓縮蒸發(fā)器。

4.輔助工藝介紹

4.1 沼氣處理系統(tǒng)

本項目沼氣處理系統(tǒng)由沼氣存儲、沼氣凈化(脫水脫硫)、沼氣應(yīng)急燃燒和沼氣利用四部分組成。

餐廚厭氧系統(tǒng)和廢水厭氧系統(tǒng)產(chǎn)生的沼氣經(jīng)沼氣收集管道收集至雙膜沼氣囊。沼氣囊在正常使用狀態(tài)下外觀為球形，利用內(nèi)膜和外膜之間的調(diào)壓空氣來維持恒壓儲氣狀態(tài)，內(nèi)膜隨存儲氣體量的變化而浮動，外膜則保持不變。

本項目的沼氣利用方式為燃燒發(fā)電和產(chǎn)熱，故沼氣凈化階段僅需進行脫水和脫硫處理，以滿足燃燒尾氣的環(huán)保要求，不需要進行脫碳提純。因沼氣產(chǎn)量較小，硫含量不高，故僅采用氧化鐵催化干法脫硫工藝，脫硫劑可再生。沼氣囊出口接至氣水分離器進行脫水后，接至沼氣凈化系統(tǒng)的增壓風(fēng)機，收集的沼氣由風(fēng)機加壓后進入脫硫塔。脫硫后的沼氣進入沼氣發(fā)電機燃燒發(fā)電。

在發(fā)電系統(tǒng)故障或停用時，厭氧系統(tǒng)的沼氣產(chǎn)生過程不能即時停止，所產(chǎn)沼氣需經(jīng)過火炬進行應(yīng)急燃燒，避免體系壓力過大而使沼氣通過水封直接排放至空氣中。沼氣火炬燃燒能力以能夠?qū)⑾到y(tǒng)產(chǎn)生的沼氣完全燒盡為準。配有自動化控制系統(tǒng)，根據(jù)沼氣囊的物位信號或系統(tǒng)壓力信號自動啟停。

4.2 沼渣及污泥脫水系統(tǒng)

餐廚厭氧罐發(fā)酵后的沼渣和廢水處理系統(tǒng)的污泥均需進行脫水后外運垃圾綜合處理廠處置。廢水處理系統(tǒng)污泥加入絮凝劑后通過臥螺離心脫水機進行脫水。發(fā)酵沼渣粒徑較大，難以滿足離心脫水機通常要求的6毫米以下的粒徑范圍，故沼渣采用螺旋壓榨脫水機脫水。脫水機產(chǎn)生的廢水則進入廢水處理系統(tǒng)。

4.3 臭氣處理系統(tǒng)

本項目臭氣產(chǎn)生點主要有兩處，一處是餐廚卸料廳、預(yù)處理間和脫水區(qū)域，一處是廢水處理系統(tǒng)的調(diào)節(jié)池和缺氧池。故本項目設(shè)有兩套生物濾池除臭設(shè)備，分別置于餐廚區(qū)域和廢水調(diào)節(jié)池附近。整個生物過濾除臭系統(tǒng)主要由管道輸送系統(tǒng)、引風(fēng)機、預(yù)洗池、生物濾池、煙囪和控制系統(tǒng)組成。

5.總結(jié)和建議

5.1 工藝特點

本項目采用的主工藝為干法厭氧發(fā)酵工藝，中溫單相完全混合式。預(yù)處理方式較為簡單，因干法工藝對進料純度要求較低，同時餐廚垃圾收運范圍為市縣區(qū)域內(nèi)的餐飲企業(yè)，比居民家廚余垃圾中所混入的生活垃圾量較少。在預(yù)處理過程中采用了機械制漿和篩分一體機，僅對垃圾瀝水和預(yù)脫水產(chǎn)生的液體進行提油。對比通過對固體物質(zhì)進行蒸煮提油，后水力洗漿的預(yù)處理方式，本項目的預(yù)處理有機物的損失率略高，但耗水量小，處理流程簡單，更適宜用于高含固率的干法發(fā)酵工藝。

5.2 改進方向

在項目用地較充裕的情況下，可加強前端預(yù)處理過程的分選環(huán)節(jié)，以適用于現(xiàn)階段分類程度較低的垃圾，并可通過磁選對金屬物質(zhì)進行專門回收利用。

當(dāng)餐廚垃圾中含油量較高時，可采取固液混合物全物料蒸煮提油措施，有利于厭氧發(fā)酵罐內(nèi)物料的均勻混合和沼渣脫水設(shè)備的脫水效率，尤其當(dāng)使用壓濾式脫水設(shè)備時，過高的油脂含量會導(dǎo)致濾布堵塞損壞。

本項目采取的生物質(zhì)機械制漿和雜物篩分工藝能夠?qū)⒉灰灼扑榈妮p物質(zhì)(如塑料)和重物質(zhì)(如金屬)等與有機漿液分離開，這種預(yù)處理方式與水力制漿工藝相比，雖然流程簡單但有機物損失率較高，應(yīng)采取措施降低預(yù)處理過程中有機物的流失。

厭氧發(fā)酵過程并不會使物料中的有機物完全降解，沼渣中含有一定量的小分子有機物和腐植酸，且原料中的氮磷鉀等營養(yǎng)元素幾乎沒有損失，故可開發(fā)沼渣堆肥、沼液制液體肥等技術(shù)，拓展肥料用途和銷路，降低廢水廢渣處理成本，增加盈利點，同時也可提高資源化程度。

目前已運行的餐廚垃圾處理項目多易發(fā)生物料堵塞、設(shè)備腐蝕磨損的問題，影響連續(xù)穩(wěn)定運行，故提高預(yù)處理階段可靠度和自動化程度，提高厭氧系統(tǒng)穩(wěn)定性等亦是今后改進的重要方向。

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