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，從工藝設計角度分別對預處理、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，并總結了工藝特點和改進方向。

【關鍵詞】餐廚垃圾;厭氧發(fā)酵;工藝流程

1.項目背景

1.1 餐廚垃圾處理現狀

隨著經濟發(fā)展和人口增長，我國城市餐飲業(yè)增長迅速，餐廚垃圾產量不斷遞增。據估計，我國城市每年餐廚垃圾產生量不低于6000萬噸。起初，國內大多數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、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，在國務院印發(fā)的《“十二五”全國城鎮(zhèn)生活垃圾無害化處理設施建設規(guī)劃》中提出了餐廚垃圾分類收運和處理的具體建設目標[2]。

1.2 某市餐廚垃圾相關政策

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，還有為數眾多的機關、企事業(yè)單位和學校的食堂。眾多的餐飲單位每日產生數量巨大的餐廚垃圾，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、工藝、設備的研究、推廣和應用，要求環(huán)衛(wèi)部門規(guī)劃好餐廚廢棄物收運和處置設施的布局、建設用地、規(guī)模，按規(guī)定時限組織建設餐廚廢棄物收運體系和處理設施。并提出未簽訂經營協(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，根據合作協(xié)議由合作單位承擔餐廚廢棄物的收集、運輸、處置等費用，政府根據協(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)酵產生的沼氣進行熱電聯(lián)產，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，合并于本項目內一起處理。

2.3 德州餐廚垃圾性質

根據對山東某市餐廚垃圾的調查，參考類似工程經驗，餐廚垃圾設計進料性質、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(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。餐廚垃圾經預處理分選出不能降解的物質，此部分物質外運至垃圾綜合處理廠處理，剩余的有機物經破碎制漿、脫水處理。脫出的水經油水分離，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)。厭氧產生的沼氣進入沼氣處理系統(tǒng)，經脫硫、脫水后燃燒發(fā)電產熱供廠區(qū)工藝系統(tǒng)自用，厭氧產生的沼渣進入脫水系統(tǒng)。脫水系統(tǒng)產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，作為潤滑油基礎油再生利用，產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。達標產水作為生產用水回用至廠區(qū)各用水點，產生的濃縮液經MVC蒸發(fā)器處理后外運至焚燒廠處理，產生的沼氣送至沼氣處理系統(tǒng)，產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 預處理工藝

預處理系統(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。如果這些物質不從有機質中去除，將會對后續(xù)的厭氧系統(tǒng)產生不可挽回的影響，故必須進行篩分去除。

圖1 主體工藝流程圖

物料經螺旋進料機進入生物質分離器分離雜物，并同時進行破碎制漿。生物質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速、全封閉、可連續(xù)運行的脫水機械，物料先流入預脫水區(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，為了不使濾網堵塞和提高脫水效果，在機械中安裝了自動旋轉的沖洗裝置，定時給濾網進行沖洗。經過螺旋壓榨機脫水，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

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

通過對現有厭氧發(fā)酵工藝、物料性質的分析比較，本項目選用干法-單相-中溫-厭氧反應工藝，物料和厭氧罐中的沼液返混后，通過進料泵進入厭氧罐，在其中經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等，在提取油脂時先經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。通過加熱攪拌沉降升溫預熱，降低粘度，使廢棄油脂中夾雜的水、渣等絕大部分雜質加速沉降，殘余部分比重差異小的雜質通過強制離心去除。

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)酵產生的沼液和廠區(qū)其它生產廢水和生活污水，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)產生的沼氣經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，利用內膜和外膜之間的調壓空氣來維持恒壓儲氣狀態(tài)，內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)的增壓風機，收集的沼氣由風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)的沼氣產生過程不能即時停止，所產沼氣需經過火炬進行應急燃燒，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將系統(tǒng)產生的沼氣完全燒盡為準。配有自動化控制系統(tǒng)，根據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)

本項目臭氣產生點主要有兩處，一處是餐廚卸料廳、預處理間和脫水區(qū)域，一處是廢水處理系統(tǒng)的調節(jié)池和缺氧池。故本項目設有兩套生物濾池除臭設備，分別置于餐廚區(qū)域和廢水調節(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)、引風機、預洗池、生物濾池、煙囪和控制系統(tǒng)組成。

5.總結和建議

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，僅對垃圾瀝水和預脫水產生的液體進行提油。對比通過對固體物質進行蒸煮提油，后水力洗漿的預處理方式，本項目的預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，可加強前端預處理過程的分選環(huán)節(jié)，以適用于現階段分類程度較低的垃圾，并可通過磁選對金屬物質進行專門回收利用。

當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)酵罐內物料的均勻混合和沼渣脫水設備的脫水效率，尤其當使用壓濾式脫水設備時，過高的油脂含量會導致濾布堵塞損壞。

本項目采取的生物質機械制漿和雜物篩分工藝能夠將不易破碎的輕物質(如塑料)和重物質(如金屬)等與有機漿液分離開，這種預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，應采取措施降低預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，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、設備腐蝕磨損的問題，影響連續(xù)穩(wěn)定運行，故提高預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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