厨余垃圾生物综合处理技术应用研究

2022-03-21闫秀娟郭澄昆

中国资源综合利用 2022年2期

闫秀娟，李波，郭澄昆

（中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津 300074）

某厨余垃圾处理工程处理对象为分类收集的厨余垃圾及农贸市场有机垃圾，项目总处理规模为800 t/d，其中一期厨余垃圾处理规模为400 t/d。项目总用地约为7.7 hm。

1 厨余垃圾组分

本项目所在城市已分类厨余垃圾和未分类生活垃圾的组分分析数据如表1所示。从表1 可以看出，已分类小区的厨余类占已分类厨余垃圾总量的70.6%；未分类小区的厨余类占未分类生活垃圾总量的68.0%；已分类厨余垃圾的有机质组分较未分类生活垃圾略高，从总体分析结果来看，两类垃圾组分接近，特性相似。本项目入厂厨余垃圾组分按照已分类厨余垃圾和未分类生活垃圾加权平均进行取值，平均组分数据如表1所示。

表1 垃圾组分

2 总体工艺比选

目前，厨余垃圾常用的处理方法主要有卫生填埋、焚烧、生物综合处理技术（堆肥、厌氧发酵）三种。其中，填埋是后两种方法残渣的最终处置方法。这三种厨余垃圾处理方法的比较如表2所示。

表2 厨余垃圾处理方法对比

总体来说，卫生填埋是垃圾的最终处置方式，填埋场是每个地区必须具备的环卫基础设施，也是垃圾焚烧和生物综合处理的残渣的最终收纳处；焚烧处理是土地资源紧张地区实现垃圾减容、减量和资源化的有效技术；生物综合处理适用于处理可降解有机垃圾，如分类收集的家庭厨余垃圾、单独收集的餐厨垃圾、园林垃圾等。

本项目作为厨余垃圾的综合处理工程，较优的处置模式应该是：先对垃圾进行分选，然后针对分选后的不同组分分别采用合适的处理工艺；有机垃圾进行厌氧发酵和堆肥熟化等生物技术处理；不可生物降解和破坏生化系统稳定的垃圾进行分类回收或无害化处理。

本项目采用的工艺路线如下：主工艺采用“厨余垃圾分选系统+干式厌氧发酵+沼气净化增压制天然气并网”，辅助工艺为“沼渣堆肥+污水处理+臭气处理”。

3 分选系统设计

3.1 设计概述

鉴于厨余垃圾成分的复杂性，单一技术很难将厨余垃圾中所有成分高度资源化，因此要采用综合处理方式。可以将多种厨余垃圾处理技术以适当的方式有机地结合在一起，形成完整的处理系统，每种处理技术仅处理适宜的垃圾组分，从而提高垃圾的资源化水平。

3.2 工艺流程

3.2.1 物料储存

厨余垃圾经称重后，由垃圾车倾倒至垃圾坑中。为应对设备检修等状况，垃圾坑按照2 d 处理量设计。垃圾坑保持微负压，防止臭气散逸。储存过程中产生的渗滤液进入水处理系统进行处理。

3.2.2 抓斗进料

通过储料坑上部设置的垃圾吊车进行进料，本项目采用2 台垃圾吊车，处理能力为1 000 t/d，抓斗容积为5 m，其由垃圾吊车操作室进行控制。垃圾吊车具备自动称重、自动定位、自动抓卸、自动泊车、故障自动诊断及报警、远程升级等功能。垃圾由吊车送至链板机接纳料斗，在料斗出口处设置均匀供料机构，通过与链板输送机的倾斜角和挡板高度的结合，其在输送过程中对分选系统的进料进行定量控制。

3.2.3 物料分散

进场垃圾多为袋装，在进入分选系统时，首先需要将袋装垃圾进行破袋打散。目前，业内有部分项目使用装有破袋刀的滚筒筛，在筛分的同时实现破袋效果。然而，在实际运营中，由于国内垃圾成分复杂，实际破袋效果并不理想。因此，本项目从稳定性、耐波动性等方面考虑，将破袋与筛分功能分离，设置单独的破袋机构，其破袋效率高，防卡塞，有良好的稳定性、耐波动性。

3.2.4 筛上物分选

本项目后续处理工艺设置有厌氧发酵系统，因此应尽可能提高有机物的分选效果。结合多个项目的现场经验，筛网筛孔设置为120 mm 左右，对有机物可以实现较好的分离效果。在滚筒筛滚动过程中，小于筛孔的大量有机物落入下方设置的接料皮带。大于筛孔的物料主要为轻质物、大块有机物、金属及大块无机物等。通过人工选出大块有机物后，剩余物外运填埋。

3.2.5 筛下物有机物分离

小于筛孔的物料经过磁选选出其中的铁质金属，然后进入弹道筛。物料进入弹道筛后，根据其软硬程度和粒径，分出筛上重物质、筛上轻物料和筛下物三种物料。筛上重物质经过人工分选、磁选和涡电流分选选出可利用物后，剩余物外运焚烧；筛上轻物料经过皮带机输送至运输车外运；筛下物经过弹跳滚筒及弹跳板去除硬质物后，剩余物料大部分为有机物，该物料基本能达到厌氧发酵系统的进料要求。

3.2.6 资源物回收

本项目的目标资源物主要有玻璃瓶、金属和具有较高回收价值的塑料（塑料瓶）。玻璃瓶（塑料瓶）主要在破袋之前的人工监视工位选出，避免后续工艺中被打碎增加回收难度。金属物主要集中在筛下物以及弹道筛筛上重质物中，再通过磁选和涡电流分选，可以将80%以上的金属物分选出来，实现最大限度的资源循环利用。

3.2.7 高热值物处置

物料经过风力分选后，轻质物多为塑料膜、废纸、织物等高热值物料。本项目周边即有垃圾焚烧设施，因此分选出的高热值物料可以提供给垃圾焚烧设施作为焚烧原料，实现最大化减量，也可以根据市场需求外卖至废品收购站。

3.2.8 填埋物处置

弹道筛下分离可回收金属后的剩余无机物基本无利用价值，其本身热值较低，不便进行焚烧处理，可外运填埋作为最终处理手段。

3.3 厌氧发酵系统

本项目采用干式厌氧发酵工艺，消化罐的有机垃圾由分选系统提供，消化后的物料经脱水单元脱水后由沼渣好氧堆肥系统处理。

干式厌氧发酵系统对分选系统分选后的进罐有机垃圾成分及物理性质要求如下：垃圾必须通过最大60 mm 孔径的圆筛，3 个方向中任何一个方向都小于200 mm（如树枝、管子等垃圾）；干物质含量（DM）不小于鲜重（FW）的35%，挥发性物质含量（VM）不小于干物质含量的60%；对于直径大于50 mm 的无用成分，塑料薄膜小于干重的2%，其他塑料+织物+木材小于干重的2%，其他无用物料的总和（石头、玻璃、金属）小于1%；对于直径介于20～50 mm的无用垃圾，塑料+织物小于干重的9%，其他无用物料的总重（石头、玻璃、金属）小于干重的6%；2～20 mm 的惰性成分小于干重的15%；0.5～2.0 mm的惰性成分小于干重的15%。

本项目一期设计3 个消化罐，单个消化罐总容积为4 500 m，有效容积为3 735 m。设计负荷为5.5～7.5 kg/（m·d），停留时间为32～35 d，消化温度为55 ℃。

3.4 沼气净化提纯系统

沼气净化提纯系统主要包括沼气储存、沼气脱硫、脱水和提纯脱碳装置。本项目采用一个容积为5 000 m的双膜气柜，作为沼气稳压、均质和缓冲的装置。储存于双膜气柜中的沼气首先进入罗茨鼓风机，增压后进入湿法脱硫系统。经湿法脱硫后，HS 含量降到小于50 mg/m，为达到后续提纯HS ＜10 mg/m的要求，要进行干法脱硫。脱除HS 后的沼气进行冷凝脱水。

脱硫、脱水的沼气经沼气压缩机压缩后，进入油水分离过滤器和高效过滤器，分离油、水后的气体进入挥发性有机物（VOCs）脱除塔。加压净化后的气体进行变压吸附，脱除杂质气体。制得的提纯气达到《天然气》（GB 17820—2018）的二类标准，减压到中压0.4 MPa 后接入城镇燃气管道。

3.5 辅助工艺系统

3.5.1 沼渣堆肥系统

本项目采用静态仓式好氧堆肥技术，主要特点是：生物发酵时间短、升温快，有机成分降解率高；臭气量小，堆肥效果好。脱水后的沼渣通过皮带机输送至沼渣堆肥车间，先进行混料处理。沼渣与粉碎的秸秆或返混料等通过混料机混合均匀，调节物料的水分、C/N 等参数到适宜范围后，通过装载机转运至发酵仓。

一般投料48 h 内，堆体的温度将大于50 ℃，并持续5～6 d。当温度降到小于40 ℃时，完成发酵过程，发酵后的堆体含水率为30%～35%，有机质分解率约为60%。发酵后的堆体通过筛分机筛分，筛分出以玻璃、小石砾为主的杂质，送往水泥窑作为替代原料。熟化肥料一部分作为干料回用至一次发酵区的发酵池，用于调整混料的C/N 和水分，同时有效地维持微生物的活性，筛下物作为产品肥料运出。

3.5.2 污水处理系统

本项目废水经厂内污水处理站处理，达到《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）的三级标准，氨氮、总磷指标执行《工业企业废水氮、磷污染物间接排放限值》（DB 33/887—2013），然后将其排入市政污水管网。本项目污水处理系统方案采用“预处理+生化处理+深度处理”工艺。

3.5.3 臭气处理系统

对于高浓度臭气，本项目采用“生物除臭+化学除臭”组合处理工艺。一是臭气收集系统。除臭系统是用来收集全厂产生的各种臭气，并将其处理后达标排放的系统，对于全厂和生产车间的空气环境来说至关重要。全厂除臭分为四个部分，分别是厨余垃圾预处理车间、厌氧综合间、沼渣堆肥车间和污水处理系统。二是臭气治理效果。除臭系统处理后的气体达到《恶臭污染物排放标准》（GB 14554—1993）的排放限值要求。厂界内恶臭污染物满足《恶臭污染物排放标准》（GB 14554—1993）的无组织排放源限值二级（新改扩建）要求。