陳 靜，李 芳

（湖南化工醫(yī)藥設計院，湖南長沙 410007）

餐廚垃圾無害化處理生產(chǎn)工藝設計總結

陳 靜，李 芳

（湖南化工醫(yī)藥設計院，湖南長沙 410007）

結合工程實例簡述了對餐廚垃圾采用一種“預處理+厭氧發(fā)酵+生物柴油+生物質(zhì)燃料”循環(huán)無害化處理的工藝技術方案，并對其主要技術經(jīng)濟指標進行了分析，工藝成熟可靠、經(jīng)濟合理，可持續(xù)發(fā)展。

餐廚垃圾；生物柴油；生產(chǎn)工藝；無害化處理

我國餐廚廢棄物的處理現(xiàn)狀已經(jīng)嚴重影響到人民正常的食品安全體系和環(huán)境保護等方面。國家發(fā)改委、住房和城鄉(xiāng)建設部、環(huán)境保護部、農(nóng)業(yè)部聯(lián)合印發(fā)了《關于組織開展城市餐廚廢棄物資源化利用和無害化處理試點工作的通知》（發(fā)改辦環(huán)資[2010]1020號）。此外，隨著世界不可再生能源資源的緊缺和二氧化碳減排壓力的增加，許多國家都在積極發(fā)展可再生能源，生物柴油作為一種可再生能源得到社會廣泛的關注[1-2]。本文就以某餐廚垃圾無害化處理生產(chǎn)項目為實例，簡單闡述了日處理餐廚廢棄物100t/d的工藝方案，該工藝利用餐廚廢棄物進過預處理分離出“地溝油”通過酯化、酯交換等反應生產(chǎn)生物柴油，分離出來的水和渣用于厭氧發(fā)酵制沼氣，不僅可減少骯臟有毒的廢棄物隨意排放污染環(huán)境，而且產(chǎn)生的副產(chǎn)品生物柴油跟沼氣都是清潔可再生能源，這對改善生活環(huán)境、解決國家能源短缺問題、促進國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展都具有重要的戰(zhàn)略意義。

1 處理規(guī)模及處理工藝技術選擇

本文論述的餐廚廢棄物的生產(chǎn)量預測按人均日產(chǎn)量進行估算[3]。根據(jù)餐廚垃圾生產(chǎn)量預測公式，計算餐廚垃圾生產(chǎn)量和收集量∶Mc=Rmk

式中∶Mc為某城市或區(qū)域餐廚垃圾日產(chǎn)生量，kg/d；R為城市或區(qū)域常住人口，人；

m為人均餐廚垃圾產(chǎn)生量基數(shù)，kg/（人·d）；

k為餐廚垃圾日產(chǎn)生量修正系數(shù)。

人均餐廚垃圾產(chǎn)生量基數(shù)m取0.1kg/（人·d），修正系數(shù)k取1.00。按某市常住人口數(shù)100萬，則餐廚廢棄物產(chǎn)量100t/d。

餐廚廢棄物的主要來源多為餐飲行業(yè)及食堂，其成分主要含有∶油、水、魚、肉、骨頭、果皮、蔬菜、米面以及廢餐具、玻璃容器、紙巾、塑料、金屬器物等。其廢棄物物理成分見表1。

表1 某市餐廚廢棄物物理成分表

由于我國垃圾分類制度起步較晚，大部分人們在日常生活中也還沒有養(yǎng)成垃圾分類回收的習慣，在生活中產(chǎn)生的餐廚廢棄物大部分進入不規(guī)范的收集系統(tǒng)，還有部分餐廚廢棄物與生活垃圾混合進入生活垃圾填埋場或垃圾焚燒廠。十二五期間國家規(guī)劃的33個試點城市餐廚廢棄物處理廠陸續(xù)開建，受環(huán)境保護的要求以及地溝油的危害，一些非試點旅游城市也率先開展了餐廚廢棄物處理項目。目前國內(nèi)外比較常用的餐廚垃圾廢棄物的處理方法一般有填埋，焚燒，飼料化，堆肥，厭氧發(fā)酵等技術[4-5]。根據(jù)某市餐廚廢棄物的特性，本文對某市餐廚垃圾無害化處理方式的選擇做出如下分析∶

1）填埋處理技術∶填埋即埋于土里，很明顯這種方式比較適合能夠自然降解且對土壤無害的一些廢棄物的處理。餐廚廢棄物中一般都含有比較多有機物質(zhì)，直接填埋的方式不能對其進行有效的資源回收利用，并且高含水率的餐廚廢棄物如果直接填埋，其混合廢液在土壤中產(chǎn)生滲透，會對新的土地資源造成侵蝕，破壞了生態(tài)環(huán)境，所以并不合理。在當前寸土寸金的時代、加上人們對環(huán)境生態(tài)越來越重視的前提下，填埋處理技術并不適合我國餐廚廢棄物處理，因此，本文不選取填埋工藝。

2）焚燒處理技術∶焚燒是比較簡單的工藝，即垃圾中的可燃物在焚燒爐中與氧氣進行燃燒，焚燒的優(yōu)點是處理量大，減容性好，焚燒過程產(chǎn)生的熱量用來發(fā)電還可以實現(xiàn)垃圾的資源化再利用。但含水率高的餐廚廢棄物并不宜采用焚燒工藝，因為高含水率會增加焚燒燃料的消耗，處理成本增加，而且焚燒處理不當還會對環(huán)境造成二次污染。所以本文也不選取焚燒處理技術。

3）飼料化處理技術∶主要采用高溫加熱，烘干處理，殺毒滅菌，除去鹽分等物理手段來處理餐廚廢棄物，最終制成蛋白飼料添加劑、再生水、沼氣等可利用物質(zhì)。由于從餐廚廢棄物到飼料這條線是最短的，能量、資源損失也最小，所以餐廚廢棄物制飼料是資源化程度最高的。但因為飼料存在同源性問題目前國家并不提倡餐廚廢棄物做飼料，即由某種動物食用其同種類動物的肉、骨、血液等動物組織生產(chǎn)的同源性飼料，會產(chǎn)生潛在的不確定傳播疾病的風險。因此，本文也不選取飼料化處理技術。

4）好氧堆肥處理技術∶易腐有機質(zhì)含量較高且含水率適中的餐廚廢棄物比較適合于使用好氧堆肥處理技術。在生化處理設備中，加入自然界生命活力和增殖能力強的復合微生物菌種，對餐廚廢棄物中的有機廢棄物進行高溫快速發(fā)酵，使期中有機物得到降解和轉化。好氧堆肥所需的最佳含水率為50%左右，在堆肥過程中高含水率的餐廚廢棄物容易將整個堆垛空間堵死，這樣阻礙了空氣進入內(nèi)部，致使微生物處于厭氧狀態(tài)，影響降解速度并產(chǎn)生硫化氫等臭氣，同時堆肥溫度下降，會影響到堆肥質(zhì)量。因此，本文也不采用堆肥處理技術。

5）厭氧發(fā)酵處理技術∶厭氧發(fā)酵是比較復雜的生物化學反應過程，其主要途徑大致分為水解、產(chǎn)酸和脫氫產(chǎn)甲烷三個階段。大分子或不溶性有機物（多糖、蛋白質(zhì)、脂肪等）在水解菌的作用下分解為低分子可溶性有機物，水解形成的水溶性小分子有機物（氨基酸、長鏈脂肪酸、葡萄糖等）被產(chǎn)酸細菌作為碳源和能源，產(chǎn)生氫氣和短鏈的揮發(fā)性脂肪酸等。厭氧發(fā)酵的主要階段是脫氫產(chǎn)甲烷階段，在控制好溫度、pH值、營養(yǎng)物質(zhì)、氧化還原電位、有毒物質(zhì)等主要影響因素情況下，產(chǎn)甲烷細菌迅速生長繁殖，將產(chǎn)酸階段產(chǎn)生的氫氣和短鏈揮發(fā)酸（主要是乙酸）氧化成甲烷和二氧化碳。

通過以上對現(xiàn)有餐廚廢棄物的幾種處理技術的分析對比，厭氧發(fā)酵技術相對比較先進，既沒有對環(huán)境造成破壞，也沒有對能源造成浪費，而且能夠產(chǎn)生新的清潔能源沼氣，這對實現(xiàn)社會環(huán)境和經(jīng)濟效益的協(xié)調(diào)統(tǒng)一具有建設性意義，基于以上分析，本文擬采用“預處理+厭氧發(fā)酵+生物柴油+生物質(zhì)燃料”循環(huán)無害化處理工藝技術。

2 工藝技術說明

2.1 預處理工藝

預處理工藝是純物理分離工藝，由收運系統(tǒng)送來的餐廚垃圾和地溝油通過分揀、破碎、除砂、壓榨等工序，除去一些不適合于利用的雜物，如塑料、金屬、瓶罐、竹筷等，并將可利用的物料破碎到合適的粒度，以便后續(xù)處理和利用。漿料加熱蒸煮后通過三相分離，分為油、水、渣。回收的油用于制作生物柴油，分離的水和渣用于厭氧發(fā)酵。預處理的收油率可達到90%，固渣利用率可達到85%，油中含渣≤3%，廢水的含固≤3%。

餐廚垃圾預處理設備主要包含投料倉、大件分揀機、破碎篩分機、旋流除砂器、壓濾機、蒸煮釜、活塞泵、三相分離機、電氣及自動控制系統(tǒng)等。具體流程見預處理工藝流程框圖，圖1。

圖1 預處理工藝流程框圖

2.2 厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣工藝

經(jīng)過預處理打漿后的餐廚垃圾進入?yún)捬跹b置系統(tǒng)，在水解酸化罐中產(chǎn)生有機酸再在厭氧發(fā)酵罐中經(jīng)微生物作用發(fā)酵產(chǎn)生沼氣，沼氣凈化后送鍋爐房，作為本項目蒸汽鍋爐和熱油鍋爐的燃料，發(fā)酵后尾液經(jīng)固液分離機進行固液分離，分離出的污水經(jīng)污水管道送至廢水池進行污水處理，水質(zhì)達標后排放，沼渣用于制生物質(zhì)燃料棒。

厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣部分主要工藝設備包括水解酸化罐、厭氧發(fā)酵罐、二次發(fā)酵罐、固液分離機等；氣體凈化系統(tǒng)主要設備有貧液槽、脫硫吸收塔、富液槽、再生塔、沼氣儲柜等。具體流程見厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣工藝流程框圖，圖2。

2.3 生物柴油工藝

生物柴油的生產(chǎn)工藝很多，本文主要介紹的是酯交換法生產(chǎn)生物柴油，這也是目前普遍制備生物柴油的工藝。酯交換反應可以用酸、堿或酶作為催化劑，其中堿性催化劑包括KOH、NaOH、各種碳酸鹽以及鈉和鉀的醇鹽，酸性催化劑有硫酸、磷酸、鹽酸以及有機磺酸氨基化合物等[6]。下面是酯交換反應的化學式∶

圖2 厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣工藝流程框圖

本文簡述的生物柴油是由原油油脂（地溝油、潲水油等）經(jīng)過前處理、凈化脫色之后與甲醇在催化劑作用下經(jīng)過酯化醇解反應、精餾分離等工序來完成的。

生物柴油生產(chǎn)部分主要設備有水洗鍋、脫色塔、反應釜、脫溶塔、甲酯蒸餾塔等，具體流程見生物柴油生產(chǎn)工藝流程框圖，圖3。

圖3 生物柴油生產(chǎn)工藝流程框圖

2.4 生物質(zhì)（RDF）燃料棒工藝

把預處理車間的有機殘渣和厭氧發(fā)酵沼渣、污泥渣按1∶2的比例加入鋸木屑，經(jīng)混合、脫水、壓制、烘干制成生物質(zhì)燃料外賣。

收購來的木屑，通過帶式輸送機送入混合機與沼渣混合，混合均勻后的物料泄入螺旋擠壓機擠壓脫水，使物料的含水率降到45%以下。脫水處理后的混合物料直接用壓塊機進行壓塊成型，再用熱風干燥機進行干燥，最后包裝外面。

3 廢氣、廢水、廢渣的治理措施

3.1 廢氣

餐廚垃圾在缺氧的環(huán)境下會產(chǎn)生各種難聞的氣味，所以廢氣的處理也是本項目的一個重點。卸料區(qū)、分揀室、油水暫存池、三相分離槽等主要區(qū)域都設置廢氣收集系統(tǒng)，系統(tǒng)由負壓收集點、集氣罩、支管道和主管道組成。各負壓收集點支管與主收集管相連，各負壓收集點配置調(diào)劑閥門以滿足不同設備的要求。本項目采用“熱交換器+堿洗吸收+低溫等離子+生物液滴濾”的組合工藝來處理廢氣。

由于廢氣來源中相當一部分來自干燥機，溫度高達120℃，并含有大量水蒸氣，因此先通過換熱器將廢氣溫度降至60℃以下，有利于后期廢氣處理設備的運行。針對廢氣中含有的水霧、粉塵以及酸性氣體成分，在低溫等離子設備前串聯(lián)一級旋流板堿洗塔，使廢氣與堿性液滴充分混合反應，去除廢氣中的酸性氣體，同時去除粉塵和液滴。經(jīng)過預處理的廢氣再經(jīng)過低溫等離子體處理，在高壓電能作用下，把惡臭氣體中大分子成分擊穿產(chǎn)生包括電子、各種離子、原子和自由基在內(nèi)的混合體，被氧化分解去除。經(jīng)低溫等離子設備處理過的氣體中殘余部分小分子有機物，經(jīng)生物過濾塔吸收，同時讓低溫等離子體產(chǎn)生的羥基、臭氧等活性強氧化物質(zhì)與廢氣充分反應，確保廢氣無異味排放。風機安裝在凈化設備后端以保證整個凈化設備在負壓條件下操作。經(jīng)處理后臭味、氨、硫化氫等去除效果滿足國家《惡臭污染物排放標準》。

3.2 廢水

本項目廢水主要有生活污水與生產(chǎn)污水，生活污水量為2m3/d，生活污水經(jīng)過化糞池初步處理后排入廠區(qū)污水管網(wǎng)，進廠區(qū)污水處理站處理。生產(chǎn)污水主要是發(fā)酵車間的發(fā)酵殘夜，水量115m3/d，pH值∶6～9，COD∶35 270mg/L，BOD∶20 968mg/L，SS∶1 497mg/L，氨氮∶126mg/L，污水進廠區(qū)污水處理站處理。處理達標后排放，污水處理站出水達到《污水綜合排放標準》中的三級標準，pH值∶6～9，COD∶500mg/L，BOD∶300mg/L，SS∶400mg/L。

廢水處理主要設備有沼泥儲池、濾液池、接觸氧化塔、琉璃生化池、浮選裝置等。具體處理工藝流程見流程框圖，圖4。

圖4 污水處理工藝流程框圖

3.3 廢渣

生活垃圾、濾渣及污水處理的污泥均送至生活垃圾衛(wèi)生填埋場衛(wèi)生填埋，發(fā)酵沼渣等加鋸木屑制成生物質(zhì)燃料外賣。

4 主要技術經(jīng)濟指標

本項目主要效益在于社會效益，根據(jù)單位餐廚垃圾收運費用以《特許經(jīng)營協(xié)議》為依據(jù)，本次財務評價餐廚垃圾處理補貼按200元/t（其中收運成本103元/t，處理成本95元/t）計算。處理垃圾量按100t/d計算，年餐廚垃圾處理補貼收入730萬元。

本項目投產(chǎn)后年產(chǎn)生物柴油20 000t，按5 800元/t。年含稅收入11 600萬元，年不含稅收入9 915萬元。

本項目投產(chǎn)后年產(chǎn)RDF燃料棒20 000t，按1 000元/t。年含稅收入2 000萬元，年不含稅收入1 709萬元。

本項目原料為餐廚廢棄物，固原料不計成本。輔助材料、燃料及動力消耗根據(jù)工藝計算及生產(chǎn)情況確定，價格按相關資料進行計算。

主要技術經(jīng)濟指標見表2。

表2 主要技術經(jīng)濟指標表

從表2中可以看出，該項目不僅處理了餐廚廢棄物，而且還有不錯的投資收益率，具有可行性。

5 結語

本項目為環(huán)保型資源再利用項目，屬于國家鼓勵支持范圍。厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣作為蒸汽鍋爐和熱油鍋爐的燃料，有效地解決了項目的部分能源問題；主要副產(chǎn)品生物柴油與石化柴油相比具有含硫量極低、含氧量高、芳香烴含量少、閃點高、十六烷值高和廢氣逸出少等優(yōu)點，是可再生型環(huán)境友好燃料；生物質(zhì)燃料棒作為清潔能源可用于鍋爐等作燃料。本項目采用的處理技術先進可靠，節(jié)約資源，改善環(huán)境，有著良好的社會效益和經(jīng)濟效益，有較強的抗市場風險能力。

我國是人口大國，每天產(chǎn)生的餐廚垃圾數(shù)萬噸，如果任由這些餐廚垃圾隨意處理，或者被一些不良商人再拿來重新利用回到餐桌上，對國家、對人民都是巨大的損害。所以處理好餐廚垃圾，讓這些看似廢物的資源經(jīng)過工業(yè)的生產(chǎn)變廢為寶也是國家宏觀經(jīng)濟發(fā)展的要求。資源和環(huán)境問題是新世紀困擾我國持續(xù)發(fā)展的重要問題，本文闡述了一條將經(jīng)濟、社會、環(huán)境、資源協(xié)調(diào)起來的工藝生產(chǎn)路線，結合我國的基本國情，建立以節(jié)約資源、綜合利用為主的循環(huán)經(jīng)濟項目。這對創(chuàng)建文明社會、保障餐飲安全、提高環(huán)境質(zhì)量都具有良好的社會效益。隨著國家的重視和投入、企業(yè)的參與以及科研開發(fā)的深入等，相信我國餐廚垃圾廢棄物無害化處理必將有長遠的發(fā)展。

[1] 李昌珠，蔣麗娟，程樹棋.生物柴油——綠色能源[M].北京∶化學工業(yè)出版社，2005.

[2] 張傳龍，紀威，符太軍，等.餐飲業(yè)廢油脂制取生物柴油的工藝[J]中國油脂，2005，30（5）∶65-67.

[3] CJJ 184-2012.餐廚垃圾處理技術規(guī)范[S].

[4] 朱蕓，王丹陽，弓愛君，等.餐廚垃圾的處理方法綜述[J]環(huán)境衛(wèi)生工程，2011，19（3）∶50-52.

[5] 伍建軍，梁燦欽，林錦權.餐廚垃圾處理技術現(xiàn)狀與發(fā)展[J]東莞理工學院學報，2012，19（3）∶68-71.

[6] 趙檀，張全國，孫生波.生物柴油的最新研究進展[J].化工技術與開發(fā)，2011，40（4）∶22-26.

The Production Process of Harmless Disposal with Eat Hutch Waste

Chen Jing，Li Fang

Combining with a engineering example，this paper expounds the production process of harmless disposal with eat hutch waste is a way of “pretreatment+anaerobic fermentation+biodiesel+biomass fuel ”cycle disposal technology scheme，and the main technical and economic index are analyzed，and the technology mature and reliable，economic and reasonable，sustainable development.

eat hutch waste；biodiesel；production process；harmless disposal

X799.3

A

1003-6490（2017）02-0056-03

2017-01-25

陳靜（1981—），女，湖南郴州人，工程師，主要從事化工工藝生產(chǎn)設計。