餐廚垃圾高效協同處置工程設計案例

夏明升

（安徽省通源環境節能股份有限公司，安徽 合肥 230001）

餐廚垃圾是城市主要固體廢物之一，其特點：含水率一般較高，達到80%～90%；有機質含量較高，營養成分高，常被用于飼養“泔水豬”，且容易腐爛，產生惡臭氣味，影響環境；容易滋生出各種病原菌；含油率高，達到1%～4%，可提煉出“泔水油”[1]。餐廚垃圾資源化再利用可以減少環境污染，緩解能源短缺等問題。在餐廚垃圾單獨處理過程中，存在Na+含量與C/N過高、厭氧發酵時易酸化等問題。為了避免酸化和游離氨氮的產生，餐廚垃圾往往和其他有機廢棄物聯合發酵。協同處理不僅可以彌補單獨處理餐廚垃圾造成的不利影響，還可以促進綜合處理多種廢物，節能減排，高效實現餐廚垃圾的無害化和資源化再利用。

目前餐廚垃圾協同處理技術主要包括好氧堆肥、厭氧發酵、焚燒、熱解氣化等方法[2]。本研究通過對某市餐廚垃圾協同處理的工程設計案例進行介紹和分析，以便于更好地選擇和掌握餐廚垃圾協同處置方式與技術，為改善城市環境助力。

1 餐廚垃圾產生規模及特性分析

1.1 餐廚垃圾產生規模分析

根據國內外垃圾產生量分析計算方法，結合餐廚垃圾產生的特點，市城區餐廚垃圾產生量可采用以下幾種指標估算：

（1）人均產生量指標估算法：即按就餐人數的人均餐廚垃圾產生量進行計算，或折算成服務范圍內總人口進行計算。該方法中就餐人數隨機性較強，統計難度較大。

（2）餐廳單位營業額－產生量指標估算法：即按每單位營業額產生的餐廚垃圾量進行估算。全社會餐飲業營業額每年都進行統計，該方法實際應用較為方便。

（3）餐廳座位數—產量指標估算法：該方法的兩個調查數據餐位數和餐廚垃圾產生量可較準確獲得，因此該指標客觀性好，但服務范圍內餐廳總的餐位數目前缺乏統計數據，致使該方法實際應用存在困難。

根據該市提供的相關數據資料，以及不同產生源餐廚垃圾的特點，采用人均產生量指標估算法和現場調研法對餐廚垃圾產量分別進行估算。

1.1.1 人均產生量指標估算法

本項目服務范圍為市中心城區，不包括其下轄的鄉鎮，其中一期僅考慮各飯店、食堂等產生的餐廚垃圾，同時考慮餐飲業的發展，預留二期建設規模。

根據當地《城市總體規劃》（2014-2030 年）2020 年該市城區常住人口為36.8萬人。

根據《餐廚垃圾處理技術規范》（CJJ 184—2012），餐飲垃圾產生量應根據實際統計數據確定，也可按人均日產量進行估算，估算宜按下式計算：

式中：Mc—城市或區域餐飲垃圾日產生量，kg/d；R—城市或區域常住人口；m—人均餐飲垃圾產生量基數，kg/（人·d），人均餐飲垃圾日產生量基數m 宜取0.1 kg/（人·d）；k—餐飲垃圾產生量修正系數，經濟發達城市、旅游業發達城市或高校多的城區可取1.05～1.15；經濟發達旅游城市、經濟發達沿海城市可取1.15～1.30；普通城市可取1.00，考慮到該市只作為普通城市，修正系數建議取1.00。

由計算可知，考慮該市收集初期餐廚垃圾收集率按70%計算，該市城區每日餐廚垃圾產生量為25.8噸。

1.1.2 現場調研法

采用抽樣調查，在城區不同位置處分別選取不同類型的餐飲店進店調研，選取的餐飲店樣本平均分布于城區的不同區域，見表1。

表1 餐飲店樣本餐廚垃圾日產量（僅截取部分數據）

1.1.3 數據分析

市場監督管理局提供數據顯示，該市現餐飲企業（如酒店、餐館）有697家，因此計算結果為20.28 t/d?？紤]到其他小型規模的餐飲店未登記在冊等原因，一期餐廚規模按照30 t/d進行設計。

1.2 餐廚垃圾特性

根據對現場餐廚垃圾的取樣檢測并結合相關資料，發現各個地市的餐廚垃圾組分都各不相同，但是對于餐廚垃圾均需要先除去其中的油脂，然后進行預處理后方可進行綜合利用。對該市餐廚垃圾成分進行分析，發現其中有機質成分較高，含油量較高，這為后續的餐廚垃圾協同處置工藝設計提供了指導方向。

2 項目主體工藝技術路線的選擇

2.1 主體工藝技術路線的選定

由于該市生活垃圾綜合處理廠工程已經建設完成，且距離該項目選址直線距離僅1公里，可以充分考慮利用焚燒廠的設施作為餐廚垃圾處理的補充手段。經過預處理后的餐廚垃圾具有一定的熱值，可以通過焚燒處理實現資源化利用，將能夠焚燒的部分轉化為熱能，這樣可以大大減少后續生物處理或厭氧發酵處理的高投資問題，同時達到節約投資、節省占地、減量化和資源化的目的。

該市生活垃圾采用分散處理與集中處理相結合的方案，集中處理的餐廚垃圾范圍主要為中心城區，餐廚垃圾量相對較少。根據各工藝特點并結合該市餐廚垃圾產生現狀，本項目采用“預處理+焚燒”的處理系統，在預處理階段利用焚燒廠余熱對餐廚垃圾中的油脂進行分離提純，在焚燒處理階段充分利用建成的生活垃圾焚燒系統實現餐廚垃圾的進一步資源化利用。

2.2 工藝創新點和先進性

綜合考慮擬建場址附近的配套處理設施，餐廚垃圾產生的固渣進入焚燒廠焚燒處理，污水經過預處理達到納管標準后進入新建的工業污水處理廠進行處理，最終達到排放標準后，方可排放，同時與其他固廢處理廠共同建設，均是從中間進料，兩側出料，以達到節省占地、減量化和資源化的目的。

3 工程方案設計

3.1 總體工藝路線圖及物料平衡圖

本項目的餐廚廢棄物處置工程主體工藝采用“預處理+焚燒”工藝?？傮w工藝流程及物料平衡設計如圖1、圖2。

圖1 總體工藝流程圖

圖2 物料平衡圖

3.2 主工藝流程簡述

本項目在餐廚垃圾進廠前先經過自控系統監控地磅，經稱重、刷卡、記錄后進入卸料大廳，餐廚垃圾被倒入指定接料裝置的接料斗中。接料裝置設置有封閉式房間，設有快速卷簾門，防止臭氣外泄，并配置集氣罩，以防止廢（臭）氣擴散；頂部裝有排氣管口，與除臭系統管道銜接，做負壓集中除臭處理；物料通過底部的帶瀝水功能的螺旋輸送機輸送至大物質分揀機，傳輸過程中瀝出的游離液體經瀝液箱暫存后進入后端除砂系統。

經接料裝置瀝水后輸出的固態物料通過大物質分揀機處理，以機械分選方式將物料中粒徑在60 mm以上的雜物分離出系統，主要為大塊金屬、瓷片、玻璃瓶及塑料袋等雜物，得到的以有機質為主的均質物料進入擠壓脫水系統。

經大物質分揀后的均質物料經螺旋輸送至擠壓脫水系統中，對餐廚垃圾進行壓榨脫水，使餐廚垃圾中的有機漿液和有機固渣得到有效分離。固渣經螺旋外運，對于有機質含量較高的固相進行資源化利用。根據實際情況將固渣運至焚燒廠進行處理，液相經除砂裝置處理后暫存至漿液緩存池內。

除砂系統將有機漿液中的砂礫等重物質去除，除砂后的漿液進入漿液緩存池儲存并用作油水分離系統的原料進入油水分離系統。

漿液緩存池內漿液經輸送泵提升至加熱罐，加熱罐內物料經蒸汽直接加熱至80℃以上后，由泵送入臥式離心機進行三相分離，分離出三種狀態的物料——水相、渣相、粗油脂。分離出的粗油脂經暫存后泵至室外油罐儲存外售，水相暫存入2#池內，由輸送泵輸送至后端滲濾液處理系統，渣相經螺旋外運處置。

3.3 工藝資源化指標分析及設計要點（表2）

表2 餐廚資源化指標分析表

3.4 工藝流程設計要點

（1）自動化程度高，通過現場完善的反饋信號如電流、液位、溫度的信號反饋，實現進料量與設備運行參數相適應的控制，保證了設備運行及生產營運的穩定性，最大化減輕操作人員作業強度，節省人工成本的投入。

（2）適應能力強，可處理因南北飲食文化差異而產生的各類餐廚垃圾，保證系統接納物料能夠進得去，出得來，無卡堵現象存在。

（3）通過減量化處理，保證后道工藝設備的運行安全，減少后續工藝處置的難度，使系統運行更流暢，無卡阻。

（4）本系統可兼容性強，設備穩固，結構簡單。

（5）系統設計功能化模塊設計清晰、結構簡單，可維護性高，關鍵設備選用適應國內餐廚垃圾特性的自主研發設備，設備穩固、可靠，備品備件通用性強，維護維修方便快捷。

（6）集中化連續處理，系統擴容能力大，后期擴展性強，方便快捷。

（7）系統結構簡單，可維護性高，環保安全密閉性好，設備穩固、可靠，備品備件通用性強，維護維修方便快捷。

3.5 主要設備選型及技術參數

本餐廚廢棄物處理項目主要由以下系統組成：

①計量稱重系統；②接料粗分系統；③擠壓脫水系統；④除砂系統；⑤油水分離系統；⑥除臭系統。

3.5.1 計量稱重系統

餐廚廢棄物收運車進入處理場后，先對車輛進行稱重計量。場區入口處設有計量稱重系統。設計采用無人值守智能汽車計量稱重系統，即采用無線射頻設備自動識別過衡車輛，配有視頻監控系統配合計算機自動完成稱重、放行過程的智能化系統。

設計使用電子車牌自動識別技術配合電子標簽，防止更換車牌作弊；使用視頻監控系統對過磅過程全程監控及錄像，監控空車掛載等作弊行為；使用自助人機交互系統，用于自動打印過磅小票，顯示稱重信息，以及實現工作人員與司機的實時通話。

同時系統設計除了具有傳統的過衡管理功能外，還可以實現數據、圖像遠傳功能，便于稱重計量過程的監督管理。

3.5.2 物料接收系統

餐廚垃圾接收系統由1座接收料斗、料斗底部螺旋組成，考慮到進場垃圾高峰期排隊現象及超負荷余量，料斗容積為50 m3。

接收料斗底部設置一套雙螺旋給料機，該螺旋給料機設置可實現正反轉功能的螺旋，不僅可對大塊垃圾及袋裝垃圾進行擠壓破碎，同時可擠壓出垃圾中的水分，產生大量瀝液。接收料斗底板設計多孔結構，瀝液通過多孔底板自流進入瀝水收集箱，然后泵送至后端惰性物分離裝置。料斗中剩余物料經螺旋給料機和后續分選進料螺旋輸送至大物質分選機即自動分選機。

由于接收過程為本項目臭氣控制源之一，因此，接收料斗上部設置集氣罩，用于臭氣抽吸，防止其外逸至預處理車間。

3.5.3 自動分選系統

餐廚垃圾自動分選系統由自動分選單元、漿料加熱單元和固相分離單元以及相應的輸送機械組成。

接收料斗中經過瀝水的餐廚垃圾經由輸送螺旋輸送至自動分選機，自動分選機的主要功能是對餐廚廢棄物中的塑料、織物及硬質不易破碎的金屬等無機物進行分離，同時通過特殊設計的轉錘對餐廚廢棄物中的食物殘渣進行漿化處理，產生的有機粗漿料從下部多孔板排出，自動分選產生的無機物通過螺旋輸送機輸送至存儲箱，其主要成分為塑料、金屬，視品質進行回收或處置。

3.5.4 固液分離系統

固液分離機是一種分離物料中游離性液體的連續式脫液機械，物料是在邊擠壓邊翻動再擠壓的過程中完成脫液。該產品獨特創新的結構設計使其具有物料處理量大、生產連續、速度快、安全性好、操作輕松方便等優點，且可對出料的不同濕度要求進行合理的調節，很好地解決了先前同類產品的易積料、擠出液含固率高、難清理、適用范圍狹小等缺點。分離出的固渣通過螺旋輸送至垃圾儲坑，流出的漿料進入惰性物分離裝置，與瀝水混合稀釋。

由于瀝水和固液分離機擠壓出來的漿料中含有大量的浮渣，這些浮渣很難分離出來。因此，惰性物分離裝置主要功能是對瀝水和固液分離機擠壓出來的漿料進行深度除浮渣和砂礫，減小提油和后續處理系統的負荷。

惰性物分離裝置的最大優點是自動化程度高、分離效率高、動力消耗小、無噪音、耐腐蝕性能好，在無人值守的情況下可保證連續穩定工作，設置了過載安全保護裝置，在設備發生故障時，會報警并自動停機，避免設備超負荷工作。該裝置內設有多塊特殊設計的擋板，底部設有螺旋輸送機，有機漿液進入裝置后呈水平運動，而漿液中的砂礫在重力作用下呈拋物線運動，砂礫在碰撞擋板后滑落（墜落）至底部螺旋，通過底部螺旋向外輸送，輸送出來的砂礫與固液分離機分離出來的固渣一并外運至垃圾儲坑。

3.5.5 除砂系統

除砂系統主要作用是去除有機漿液中遺留的重物質（貝殼、玻璃、瓷片、砂石等）雜質，防止其對離心機、泵、管道等設備造成損害。

利用重力沉砂原理，能夠對漿液中砂石進行有效去除，以保障后端工藝段內罐內積砂較少，設備磨損小。設備與物料接觸部分均采用304不銹鋼以上材質，耐腐蝕性強。系統耗電設備少，運行電耗較少，除砂效果好。

3.5.6 油脂回收與提純系統

固液分離產生的有機料液經過旋流除砂后，泵入三相提油機進行提油，三相提油產生的水相外排，與周邊污水綜合處理；固相焚燒或填埋；三相提油機出油純度大于85%，進行進一步提純。

本項目采用的三相分離機利用離心沉降原理對懸浮液-固液進行連續分離，固相由螺旋不斷推出，該機是一種連續高效的固－液分離設備，其應用范圍廣，對物料的適應性能好，廣泛應用于化工、輕工、食品、造紙、采礦等工業部門，適用于懸浮液固相重量濃度≤10%（或經24 h自由沉降后體積濃度≤50%），固相粒子當量直徑≥0.005～2 mm，液固密度差≥0.05 g/cm3的懸浮液的液固分離，如對碳酸鈣、硫酸鈣、聚氯乙烯、酒糟、豆渣、大豆蛋白、造紙紙漿、植物油、高嶺土、白泥、環保行業的污泥以及適于沉降離心分離的各類化工產品等物料均能進行有效處理。三相分離機不僅實現固－液分離，還可對比重不同的液液進行分離。

為提高油脂提純的質量，設計對三相提油產生的油水混合液進行二次加熱，加熱后的混合液采用立式提油機進行提純，提純產生純度為98%的毛油進入毛油儲罐。提純油脂所用熱源為焚燒廠余熱，節能減排，提高項目經濟效益。

3.5.7 廢水預處理系統

針對餐廚垃圾處理及清理過程中產生的高污染廢水，需要進行預處理達標后方可排入園區工業污水處理廠，出水嚴格執行《污水排入城鎮下水道水質標準》（GB 31962—2015）中B級標準。

餐廚垃圾廢水中含有大量大粒徑固體懸浮物、油脂以及重金屬污染物，為保證后續工藝的穩定運行，首先應對廢水進行預處理。建議采用固液分離機除去3 mm以上顆粒，減小后續裝置運行負荷。餐廚廢水含有較多油脂以及重金屬污染物，這些污染物用重力沉降的方式無法除去，因此在固液分離后加入氣浮裝置作為餐廚廢水除油預處理，在氣浮運行的同時添加化學藥劑，使污染物絮凝沉淀，大大減少了廢水中油脂、固體懸浮物以及重金屬等污染物。

餐廚廢水中含有動植物油脂、淀粉、蛋白質、各種氨基酸等短、中、長鏈有機碳水化合物，在這些種類各異的有機物中，中短鏈碳水化合物容易好氧降解，適合于好氧生物處理工藝，但類似酪蛋白、乳清蛋白等長鏈高蛋白類、支鏈氨基酸等大分子量碳水化合物，好氧微生物并不能將其很好地消化分解。為解決這一問題，除物化處理方法外，首選的生物處理工藝是厭氧水解酸化工藝。在厭氧環境中，蛋白水解酶等專性厭氧菌以長鏈高分子有機物為碳源，經過水解、酸化、產乙酸、甲烷化四個階段，最終實現了降解中小碳水有機物，分解長鏈高分子有機物的目的，為后續的好氧處理奠定了基礎。

餐廚廢水經過厭氧處理后，長鏈高分子碳水化合物被分解成小分子的碳水化合物，適合活性污泥處理工藝的環境條件，因此，后續的處理工藝選擇好氧生物處理。

采用厭氧技術具有較好的處理效果，能耗低，運行成本低，并可回收部分沼氣。甲烷菌的世代時間長于好氧菌。連續攪拌槽反應器是指帶有攪拌槳的槽式反應器，又被稱為全混流反應器（CSTR）。攪拌的目的在于使物料體系達到均勻狀態，以利于反應的均勻和傳熱。反應過程包括體系中物料的物理和化學變化，表征其體系特性的參數包括溫度、壓力、液位及體系組分等。

綜合餐飲垃圾廢水的性質和以上幾種工藝的處理效果，經過篩選，本設計決定選用預處理+CSTR+兩級AO+外置式MBR+深度處理工藝。其中：預處理采用除渣+氣浮除油工藝；生物處理工藝采用目前國內比較流行的CSTR 厭氧反應器+兩級AO+MBR 法組合工藝；再通過NF 納濾，產生的濃縮液經過深度處理后回至生化系統，即可保證本廢水處理站出水穩定達標。

4 結束語

本工程所采用的餐廚垃圾高效協同處置方案，充分利用城市餐廚垃圾發電和生產毛油，將餐廚垃圾資源綜合利用，響應了城市垃圾“減量化、再利用、資源化”的戰略方針，不僅可以保護當地的環境，節約土地資源，為地方創收開辟新思路，而且更重要的是引進新技術、新產品、新思路，為本地經濟建設實現跨越式發展、社會和諧發展奠定了基礎，具有廣闊的推廣應用價值。