范晓晨 刘德涛 邵田羽
【摘要】本文简要介绍了某市餐厨垃圾厂处理规模、工艺流程，从工艺设计角度分别对预处理、厌氧处理、废水处理、沼气处理等各工艺系统进行了具体说明，并总结了工艺特点和改进方向。
【关键词】餐厨垃圾；厌氧发酵；工艺流程
1.1 餐厨垃圾处理现状
随着经济发展和人口增长，我国城市餐饮业增长迅速，餐厨垃圾产量不断递增。据估计，我国城市每年餐厨垃圾产生量不低于6000万吨[1]。起初，国内大多数城市餐厨垃圾与生活垃圾混合处理，以传统的填埋、焚烧为主。但由于餐厨垃圾有含水率高、容易腐败变质、含盐量高等特点，常对填埋和焚烧处理造成不利影响，且餐厨垃圾中蕴含的营养成分和有机质能量无法得到资源化利用。
近年来，随着非典、地沟油、畜禽传染病等危害事件的爆发，我国也开始逐渐重视餐厨垃圾及废弃食用油的收运、处理。从中央到各个地方政府相继出台了各项政策措施，自2010年到2014年，发改委先后批准了四批餐厨垃圾处理试点城市，安排专项资金给予支持。2012年，在国务院印发的《“十二五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划》中提出了餐厨垃圾分类收运和处理的具体建设目标[2]。
1.2 某市餐厨垃圾相关政策
山东某市餐饮业较为发达，中心区上规模的餐饮店铺就上万家，另外还有大量的快餐店、夜排档、早餐店。此外，还有为数众多的机关、企事业单位和学校的食堂。众多的餐饮单位每日产生数量巨大的餐厨垃圾，目前该市餐厨垃圾总体处于未严格收集处理的状态。
为加强餐厨废弃物管理，山东省人民政府颁布了《山东省餐厨废弃物管理办法》（山东省人民政府令第274号），自2014年4月起施行。办法规定了要求各级人民政府鼓励支持餐厨废弃物收集运输、处置等先进技术、工艺、设备的研究、推广和应用，要求环卫部门规划好餐厨废弃物收运和处置设施的布局、建设用地、规模，按规定时限组织建设餐厨废弃物收运体系和处理设施。并提出未签订经营协议的单位和个人不得从事餐厨废弃物收集运输、处置活动。
在以上办法基础上，该市人民政府2016年3月印发了《餐厨垃圾管理办法》，在城市、县城和有条件的乡（镇）、农村社区实行餐厨废弃物分类投放、专业收集运输、统一处置制度；各级人民政府对采取市场化运作（如BOT等）的餐厨废弃物处理项目，根据合作协议由合作单位承担餐厨废弃物的收集、运输、处置等费用，政府根据协议规定安排财政补贴。
在国家重视和推进餐厨垃圾收运处理的大背景下，某市建设了第一座餐厨垃圾处理厂，采用干法厌氧发酵工艺处理餐厨垃圾并利用发酵产生的沼气进行热电联产，另外还配置了废弃食用油处理系统。
2.1 项目范围
本项目考虑地理位置和收集距离的经济性，主要收集餐厨垃圾的地域范围为某市行政管辖部分区域，包括中心城区和各近郊县。初步估算可收集的餐厨垃圾总量为150吨/日，废弃食用油9吨/日。
2.2 项目规模
本项目餐厨垃圾处理规模为150吨/日，垃圾渗沥液（本项目附近的垃圾处理厂的渗沥液，输送至本项目内统一处理）处理规模为200立方米/日，另包含废弃食用油处理规模9吨/日。垃圾渗沥液与餐厨处理沼液和项目其它污废水汇总共350立方米/日，合并于本项目内一起处理。
2.3 德州餐厨垃圾性质
根据对山东某市餐厨垃圾的调查，参考类似工程经验，餐厨垃圾设计进料性质、组份见下表1、表2、表3。
3.1 主体工艺方案
本项目工艺流程中大体包括三个主要部分：餐厨垃圾处理、废弃食用油处理、废水处理。
表1 餐厨垃圾的理化性质（其中碱度以CaCO3计）
测定项目TS（%）VS（TS%）全氮（%）PHNH3-N（mg/l）碱度（mg/l）CODcr（mg/l）C/N测定结果10-15902.024.75363.1540.548440017.49
表2 餐厨垃圾组分
测定项目食物垃圾%纸张%金属%骨头%木头%织物%塑料%油%合计：%测定结果90.081.800.102.201.010.102.702.01100.00
表3 餐厨垃圾成分
测定项目粗蛋白%粗纤维%粗脂肪%含油量mg/L饲料氨基酸%钙%钠%测定结果16.732.527～30150～6000230.730.76
3.1.1 餐厨垃圾处理
餐厨垃圾采用分选、制浆、脱水、厌氧等处理工艺。餐厨垃圾经预处理分选出不能降解的物质，此部分物质外运至垃圾综合处理厂处理，剩余的有机物经破碎制浆、脱水处理。脱出的水经油水分离，油脂部分进入废弃油脂处理系统，水部分进入废水处理系统，剩余的渣进入餐厨厌氧系统。厌氧产生的沼气进入沼气处理系统，经脱硫、脱水后燃烧发电产热供厂区工艺系统自用，厌氧产生的沼渣进入脱水系统。脱水系统产生的废水进入废水处理系统，脱水后的渣外运至污泥处理厂或垃圾综合处理厂焚烧处理。
3.1.2 废弃食用油处理
收集的废弃食用油和从餐厨垃圾沥水中分离出来的粗油脂，通过闪蒸、脱色、酯交换等工艺提纯，作为润滑油基础油再生利用，产生的废水进入废水处理系统进行处理。
3.1.3 废水处理
附近处理厂垃圾渗沥液和本项目产生的废水合并进入废水处理系统，废水处理采用厌氧-A/O-MBR-NF-RO工艺。达标产水作为生产用水回用至厂区各用水点，产生的浓缩液经MVC蒸发器处理后外运至焚烧厂处理，产生的沼气送至沼气处理系统，产生的污泥进入污泥脱水处理系统。
3.1.4 工艺流程图（见图1）
3.2 预处理工艺
预处理系统包括接料及输送系统、杂物分选系统、两级螺压脱水系统等。
接收斗底部设有进料螺旋，同时具有破碎功能，便于后续工艺制浆。餐饮垃圾在倾斜螺旋输送过程中，游离水靠重力自流实现固液分离，进入收集水箱。
餐厨垃圾中含有塑料、纸、玻璃、竹木、贝壳、陶瓷、金属以及大件垃圾等杂物。如果这些物质不从有机质中去除，将会对后续的厌氧系统产生不可挽回的影响，故必须进行筛分去除。
图1 主体工艺流程图
物料经螺旋进料机进入生物质分离器分离杂物，并同时进行破碎制浆。生物质分选后的有机浆液进入螺压脱水系统，螺压脱水机是一种低转速、全封闭、可连续运行的脱水机械，物料先流入预脱水区进行重力分离，随着机械的运行，物料被逐渐提升并压榨后送出机械。在机械的工作过程中，为了不使滤网堵塞和提高脱水效果，在机械中安装了自动旋转的冲洗装置，定时给滤网进行冲洗。经过螺压脱水，可将分离后的液相含固率将至5%，固相含固率达30%。
3.3 厌氧发酵工艺
经过固液分离后的固态物质进入快速干法厌氧发酵系统，实现厌氧发酵。
通过对现有厌氧发酵工艺、物料性质的分析比较，本项目选用干法-单相-中温-厌氧反应工艺，物料和厌氧罐中的沼液返混后，通过进料泵进入厌氧罐，在其中经过充分的酸化水解后再完成甲烷化过程。厌氧发酵过程中通过循环泵进行物料循环，达到搅拌均匀的目的。厌氧罐的出料采用螺旋输送。进料泵和循环泵采用柱塞泵。厌氧罐容积约1200立方米，停留时间17天。
厌氧罐出料经过泵送至脱水机间，脱水之后沼渣外运处置。
3.4 油脂处理工艺
本系统从餐厨垃圾沥水及预处理阶段螺压脱水系统分选出的油水混合物中提取油脂。油水混合物中含有水分及杂质等，在提取油脂时先经过离心分离机将固体颗粒物分离出来送至厌氧发酵系统，再将液相部分进行提油，使用碟片式三相分离机将液相分为水和油脂，并将细小颗粒物通过排渣口排出。
上述经碟片分离出的油脂及单独收集的废弃油脂先进入原料油储罐储存，通过自然沉降可分离出一部分油脂中夹杂的水、渣等杂质。通过加热搅拌沉降升温预热，降低粘度，使废弃油脂中夹杂的水、渣等绝大部分杂质加速沉降，残余部分比重差异小的杂质通过强制离心去除。
若离心后的废弃油脂酸值过大，就需通过碱炼脱酸、水洗脱皂处理，否则可直接进入负压闪蒸干燥脱低碳酸与水分。
经过除水、脱酸处理的油脂进入脱色锅，加入一定油重比例的活性白土，在搅拌状态下，使油脂与活性白土充分混合的同时，通过蒸汽间接加热至约120℃，在高真空度下进行脱色处理。
经脱色后的油脂通过过滤及脂交换处理，分离出油脂中白土，得到润滑油基础油。
3.5 废水处理工艺
本项目废水处理系统接收餐厨垃圾厌氧发酵产生的沼液和厂区其它生产废水和生活污水，以及来自附近垃圾处理厂的渗沥液，污染物浓度较高。废水处理采用CSTR厌氧+A/O+外置式MBR+NF+RO的工艺，纳滤和反渗透浓缩液采用MVC法处理。
废水处理系统进水先进入调节池，再泵送至废水厌氧罐，厌氧罐出水进入A池、O池后再进入膜处理系统。膜系统反渗透出水进入回用水池，作为厂区生产用水回收利用，主要用途为洗车、冲洗地面和绿化浇洒，同时作为消防用水水源。多余水量通过溢流设施外排。浓缩液进入机械式蒸汽再压缩蒸发器。
4.1 沼气处理系统
本项目沼气处理系统由沼气存储、沼气净化（脱水脱硫）、沼气应急燃烧和沼气利用四部分组成。
餐厨厌氧系统和废水厌氧系统产生的沼气经沼气收集管道收集至双膜沼气囊。沼气囊在正常使用状态下外观为球形，利用内膜和外膜之间的调压空气来维持恒压储气状态，内膜随存储气体量的变化而浮动，外膜则保持不变。
本项目的沼气利用方式为燃烧发电和产热，故沼气净化阶段仅需进行脱水和脱硫处理，以满足燃烧尾气的环保要求，不需要进行脱碳提纯。因沼气产量较小，硫含量不高，故仅采用氧化铁催化干法脱硫工艺，脱硫剂可再生。沼气囊出口接至气水分离器进行脱水后，接至沼气净化系统的增压风机，收集的沼气由风机加压后进入脱硫塔。脱硫后的沼气进入沼气发电机燃烧发电。
在发电系统故障或停用时，厌氧系统的沼气产生过程不能即时停止，所产沼气需经过火炬进行应急燃烧，避免体系压力过大而使沼气通过水封直接排放至空气中。沼气火炬燃烧能力以能够将系统产生的沼气完全烧尽为准。配有自动化控制系统，根据沼气囊的物位信号或系统压力信号自动启停。
4.2 沼渣及污泥脱水系统
餐厨厌氧罐发酵后的沼渣和废水处理系统的污泥均需进行脱水后外运垃圾综合处理厂处置。废水处理系统污泥加入絮凝剂后通过卧螺离心脱水机进行脱水。发酵沼渣粒径较大，难以满足离心脱水机通常要求的6毫米以下的粒径范围，故沼渣采用螺压脱水机脱水。脱水机产生的废水则进入废水处理系统。
4.3 臭气处理系统
本项目臭气产生点主要有两处，一处是餐厨卸料厅、预处理间和脱水区域，一处是废水处理系统的调节池和缺氧池。故本项目设有两套生物滤池除臭设备，分别置于餐厨区域和废水调节池附近。整个生物过滤除臭系统主要由管道输送系统、引风机、预洗池、生物滤池、烟囱和控制系统组成。
5.1 工艺特点
本项目采用的主工艺为干法厌氧发酵工艺，中温单相完全混合式。预处理方式较为简单，因干法工艺对进料纯度要求较低，同时餐厨垃圾收运范围为市县区域内的餐饮企业，比居民家厨余垃圾中所混入的生活垃圾量较少。在预处理过程中采用了机械制浆和筛分一体机，仅对垃圾沥水和预脱水产生的液体进行提油。对比通过对固体物质进行蒸煮提油，后水力洗浆的预处理方式，本项目的预处理有机物的损失率略高，但耗水量小，处理流程简单，更适宜用于高含固率的干法发酵工艺。
5.2 改进方向
在项目用地较充裕的情况下，可加强前端预处理过程的分选环节，以适用于现阶段分类程度较低的垃圾，并可通过磁选对金属物质进行专门回收利用。
当餐厨垃圾中含油量较高时，可采取固液混合物全物料蒸煮提油措施，有利于厌氧发酵罐内物料的均匀混合和沼渣脱水设备的脱水效率，尤其当使用压滤式脱水设备时，过高的油脂含量会导致滤布堵塞损坏。
本项目采取的生物质机械制浆和杂物筛分工艺能够将不易破碎的轻物质（如塑料）和重物质（如金属）等与有机浆液分离开，这种预处理方式与水力制浆工艺相比，虽然流程简单但有机物损失率较高，应采取措施降低预处理过程中有机物的流失。
厌氧发酵过程并不会使物料中的有机物完全降解，沼渣中含有一定量的小分子有机物和腐植酸，且原料中的氮磷钾等营养元素几乎没有损失[3]，故可开发沼渣堆肥、沼液制液体肥等技术，拓展肥料用途和销路，降低废水废渣处理成本，增加盈利点，同时也可提高资源化程度。
目前已运行的餐厨垃圾处理项目多易发生物料堵塞、设备腐蚀磨损的问题，影响连续稳定运行，故提高预处理阶段可靠度和自动化程度，提高厌氧系统稳定性等亦是今后改进的重要方向。
参考文献：
[1]胡新军，张敏，余俊锋，张古忍.中国餐厨垃圾处理的现状、问题和对策.生态学报，2012，32(14): 4575-4584.
[2]许晓杰，冯向鹏，张锋，李冀闽主编. 餐厨垃圾资源化处理技术. 化学工业出版社. 北京：2015.
[3]任连海，郭启民，赵怀勇，王攀.餐厨废弃物资源化处理技术与应用. 中国标准出版社. 北京：2014.
（作者单位：中国五洲工程设计集团有限公司）
【中图分类号】TU992.3
【文献标识码】B
【文章编号】1671-3362（2017）07-0045-04
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