饒玲華，邵 敏，張 帆

（上海環(huán)境工程設(shè)計(jì)研究院有限公司生態(tài)環(huán)境設(shè)計(jì)所，上海 200072）

農(nóng)業(yè)農(nóng)村部種植業(yè)管理司統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，2015年僅蘭州市的蔬菜種植面積就達(dá)到約6.7萬hm，總產(chǎn)量為295萬t。如果加上省內(nèi)的定西、武威、永昌、張掖，青海省格爾木市，寧夏回族自治區(qū)固原縣，總種植面積超過10萬hm。蔬菜從田頭到最終購買階段因收獲、分揀、儲(chǔ)藏、運(yùn)輸和銷售所形成的棄收、失水、腐爛等蔬菜產(chǎn)品特有的損失被稱為自損。蘭州當(dāng)?shù)卣{(diào)研數(shù)據(jù)表明，蔬菜自損率約為35.3%。蔬菜自損率主要受采收處理不及時(shí)、儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施不完善、冷鏈物流不健全等影響，導(dǎo)致采收、預(yù)處理、加工、儲(chǔ)藏、流通、銷售等環(huán)節(jié)損耗較大。根據(jù)蘭州市年產(chǎn)295萬t蔬菜量計(jì)算，每年果蔬垃圾產(chǎn)生量高達(dá)104萬t。果蔬加工中會(huì)產(chǎn)生很多副產(chǎn)物，果蔬產(chǎn)量也就決定了加工副產(chǎn)物的數(shù)量。果蔬垃圾中有機(jī)質(zhì)含量超過95%，果蔬垃圾易腐爛，在運(yùn)輸過程中還會(huì)對(duì)大氣、水體和土壤產(chǎn)生污染。果蔬垃圾的有效處置問題日益突出，已成為困擾蘭州市政府的老大難。

對(duì)含水率高、易降解的果蔬垃圾而言，其符合一般厭氧處理的固體含量要求（10%左右）。果蔬垃圾厭氧消化后可得到高質(zhì)量的有機(jī)肥料和土壤改良劑。綜上所述，厭氧消化處理是果蔬垃圾處理的理想途徑，可實(shí)現(xiàn)其無害化、減量化和資源化。因此，本文采用預(yù)處理+厭氧消化+沼氣利用的工藝路線，實(shí)現(xiàn)果蔬垃圾資源化利用，為類似果蔬垃圾處置項(xiàng)目的設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。

1 項(xiàng)目概況

蘭州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)（簡(jiǎn)稱蘭州高新區(qū)）果蔬廢棄物資源化利用BOT項(xiàng)目的占地面積約為49 267 m。設(shè)計(jì)處理能力為果蔬垃圾2 000 t/d。該項(xiàng)目采用預(yù)處理+厭氧消化+沼氣利用的工藝路線。果蔬垃圾組分分析結(jié)果如表1所示。

表1 果蔬垃圾理化性質(zhì)

2 總體設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目分為預(yù)處理、厭氧消化、沼渣脫水、污水處理、沼氣凈化利用、輔助配套等5個(gè)部分，總平面布置如圖1所示。預(yù)處理區(qū)包括預(yù)處理車間、水解罐、固液分離間。厭氧消化區(qū)包括內(nèi)循環(huán)厭氧（IC）罐、半干式厭氧罐及氣柜、濕式厭氧進(jìn)料罐、濕式厭氧罐。厭氧消化區(qū)位于預(yù)處理區(qū)和污水處理區(qū)之間。沼渣脫水區(qū)居中布置。污水處理區(qū)包括調(diào)節(jié)池、兩級(jí)厭氧好氧（AO）池、膜生物反應(yīng)器（MBR）池和出水池等。沼氣凈化利用區(qū)包括沼氣凈化、應(yīng)急火炬、鍋爐和發(fā)電機(jī)等。輔助配套區(qū)包括綜合樓、綠化區(qū)、地磅房等。

圖1 總平面布置

根據(jù)蘭州市常年的主導(dǎo)風(fēng)向，輔助配套區(qū)布置在廠區(qū)南側(cè)，位于主導(dǎo)風(fēng)向的上風(fēng)向，確保辦公人員的工作環(huán)境良好，同時(shí)爭(zhēng)取最優(yōu)的采光面。預(yù)處理車間布置在廠區(qū)東北側(cè)，靠近廠區(qū)出入口，便于物流的運(yùn)輸。厭氧消化區(qū)及污水處理區(qū)位于預(yù)處理區(qū)西側(cè)。沼氣凈化利用區(qū)位于廠區(qū)西側(cè)，實(shí)現(xiàn)易燃易爆裝置的集中布置，滿足其與輔助配套區(qū)的安全距離要求。

3 各子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 預(yù)處理系統(tǒng)

果蔬垃圾經(jīng)地磅稱質(zhì)量后進(jìn)入卸料大廳，將果蔬垃圾卸至步進(jìn)式料倉。料倉中的果蔬垃圾經(jīng)皮帶機(jī)提升進(jìn)入破碎機(jī)。破碎機(jī)將果蔬垃圾破碎至20 mm左右，然后泵送至除雜除砂酸化單元。該單元通過格柵去除浮渣，自然沉降除砂，酸化處理后將物料泵送至脫水單元。脫水單元包括螺旋擠壓機(jī)和離心機(jī)兩道工序，螺旋擠壓產(chǎn)生的物料進(jìn)入半干式厭氧罐厭氧處理，螺旋擠壓后的液相進(jìn)入離心機(jī)進(jìn)一步脫水，固相進(jìn)入濕式厭氧系統(tǒng)，液相進(jìn)入污水處理系統(tǒng)。

預(yù)處理系統(tǒng)的處理能力為2 000 t/d，每天工作時(shí)間為20 h。為了滿足高峰期物料的沖擊負(fù)荷，預(yù)處理系統(tǒng)設(shè)有4條預(yù)處理線，每條線的處理能力為50 t/h，可滿足高峰期6 h處理60%的處理量需求?？紤]到設(shè)備檢修以及超高峰時(shí)段等情況，本項(xiàng)目設(shè)置了一個(gè)容積為4 000 m的垃圾儲(chǔ)坑，用于滿足1 d的緩沖能力。

3.2 厭氧系統(tǒng)

預(yù)處理后的果蔬垃圾物料經(jīng)螺旋送進(jìn)半干式厭氧罐，半干式厭氧罐設(shè)有換熱系統(tǒng)，以保證罐內(nèi)的有機(jī)物料維持在42 ℃左右的溫度。該厭氧反應(yīng)器采用特制的攪拌槳葉保證物料在反應(yīng)器內(nèi)充分混勻，停留時(shí)間為20 d，厭氧反應(yīng)后的沼液泵送至沼渣脫水系統(tǒng)。

預(yù)處理后的果蔬垃圾漿液、水解罐的部分回流液以及污水系統(tǒng)產(chǎn)生的剩余污泥經(jīng)泵送至濕式厭氧調(diào)節(jié)罐，充分混勻后泵送至濕式厭氧罐內(nèi)。濕式厭氧罐采用罐外換熱的方式，保證罐內(nèi)有機(jī)物料維持在38 ℃左右。濕式厭氧罐采用沼氣攪拌的方式，確保罐內(nèi)混合均勻，停留時(shí)間約為20 d，厭氧反應(yīng)后的沼液泵送至沼渣脫水系統(tǒng)。厭氧系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)參數(shù)如表2所示。

表2 厭氧系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)參數(shù)

3.3 沼渣脫水系統(tǒng)

厭氧發(fā)酵漿液經(jīng)過暫存池進(jìn)入一級(jí)螺旋擠壓脫水單元，脫水過程中，擠出含固率20%的沼渣，剩余沼液自流至濾液池，泵入二級(jí)疊螺機(jī)脫水單元，疊螺機(jī)產(chǎn)生的含固率20%沼渣外送，產(chǎn)生的沼液則進(jìn)入污水暫存池，然后泵入污水處理系統(tǒng)。

一級(jí)脫水單元采用2臺(tái)螺旋擠壓機(jī)，單臺(tái)處理能力為15 m/h。二級(jí)脫水單元采用2臺(tái)疊螺脫水機(jī)，配套聚丙烯酰胺/聚合氯化鋁（PAM/PAC）投加裝置，單臺(tái)處理能力為20 m/h。

3.4 污水處理系統(tǒng)

污水處理系統(tǒng)處理本項(xiàng)目厭氧沼液、水解罐廢水以及廠區(qū)雜排水等。污水處理系統(tǒng)采用預(yù)處理+兩級(jí)AO+MBR工藝，出水執(zhí)行《蘭州高新區(qū)定遠(yuǎn)鎮(zhèn)污水處理廠接管水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》和《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。污水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)如表3所示。主要指標(biāo)有化學(xué)需氧量（COD）、五日生化需氧量（BOD）、總氮（TN）、氨氮（NH-N）、懸浮物（SS）、總磷（TP）、色度和pH。

表3 污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)出水指標(biāo)

廠區(qū)廢水首先經(jīng)過格柵，然后進(jìn)入調(diào)節(jié)池，而后泵送至厭氧反應(yīng)器，應(yīng)急情況下可泵送至應(yīng)急池。厭氧反應(yīng)后的污泥進(jìn)入污泥池沉淀后進(jìn)入脫水機(jī)脫水處理，脫除的污泥泵送至濕式厭氧罐處理，上清液則回流至調(diào)節(jié)池。厭氧處理后的污水經(jīng)泵提升至兩級(jí)AO池，兩級(jí)AO池的出水進(jìn)入MBR池。MBR池出水氨氮、SS等均能達(dá)到排放要求，為防止污泥流失，設(shè)置混凝沉淀池，沉淀污泥與厭氧污泥等合并后進(jìn)行疊螺脫水處理，脫水污泥外運(yùn)處置。

本項(xiàng)目污水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)模為1 800 m/d，厭氧系統(tǒng)按照900 m/d設(shè)計(jì)，設(shè)置1座IC罐，停留時(shí)間1.65 d。MBR池分為2列，總膜面積大于7 155 m。設(shè)計(jì)一套污泥處理系統(tǒng)，處理能力為900 m/d，產(chǎn)生的污泥含水率小于80%。

3.5 沼氣凈化利用系統(tǒng)

沼氣凈化利用系統(tǒng)主要由氣柜、化學(xué)脫硫罐、增壓風(fēng)機(jī)和沼氣利用設(shè)施等組成。厭氧系統(tǒng)產(chǎn)生的沼氣先存儲(chǔ)在半干式厭氧罐頂部的氣柜中，然后進(jìn)入化學(xué)脫硫罐內(nèi)脫除硫化氫，脫硫后的沼氣經(jīng)過濾器、冷干機(jī)等去除沼氣中的水分。最后，沼氣經(jīng)過增壓泵提升壓力，滿足發(fā)電機(jī)、鍋爐及火炬對(duì)沼氣壓力的要求。

本項(xiàng)目沼氣產(chǎn)量約為35 000 m/d，綜合考慮沼氣高峰系數(shù)（1.5），設(shè)計(jì)1座雙膜氣柜，有效容積為5 000 m。項(xiàng)目設(shè)置2臺(tái)鍋爐、1臺(tái)沼氣發(fā)電機(jī)及1套1 500 m/h的應(yīng)急火炬系統(tǒng)（暗火）。鍋爐采用燃油燃?xì)鈨捎缅仩t，鍋爐技術(shù)參數(shù)為2.1 MW，供回水溫度為70 ℃/50 ℃。經(jīng)核算，本項(xiàng)目配置1套輸出功率1.5 MW的沼氣發(fā)電機(jī)，后期根據(jù)實(shí)際情況增加裝機(jī)規(guī)模。

3.6 除臭系統(tǒng)

料倉、預(yù)處理車間、固液分離車間、水解罐、污水處理系統(tǒng)等的臭氣通過負(fù)壓收集至除臭系統(tǒng)處理。臭氣的成分有硫化氫、氨以及少量的有機(jī)氣體等。為減少臭氣對(duì)環(huán)境的影響，本項(xiàng)目采用“酸洗+堿洗+氧化”的組合工藝進(jìn)行臭氣處理，廠界惡臭污染物滿足《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 14554—1993）二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)后由排氣筒在15 m高空排放。

除臭系統(tǒng)的總氣量為120 000 m/h。本項(xiàng)目用地緊張，因此，本項(xiàng)目的除臭裝置設(shè)置在預(yù)處理車間、固液分離車間的屋頂。

4 沼渣與沼液的特性

沼渣和沼液富含氮磷鉀、腐殖酸、氨基酸、微生物和蛋白質(zhì)等，可作為優(yōu)良的有機(jī)肥。沼渣及沼液營養(yǎng)成分與化肥營養(yǎng)成分含量對(duì)比如表4所示。檢測(cè)數(shù)據(jù)表明，1 t沼渣可替代24 kg尿素、45.7 kg普鈣和20 kg氯化鉀；1 t沼液可替代2.2 kg尿素、1.3 kg普鈣和2 kg氯化鉀，其富含有機(jī)質(zhì)和腐殖酸。研究發(fā)現(xiàn)，沼渣在蔬菜生產(chǎn)中可配制營養(yǎng)土、基肥或者追肥，應(yīng)用廣泛。

表4 沼渣及沼液營養(yǎng)成分與化肥營養(yǎng)成分含量對(duì)比

5 項(xiàng)目投資及經(jīng)濟(jì)分析

本項(xiàng)目工程總投資為29 500.15萬元，其中建筑工程費(fèi)用為10 325.45萬元，設(shè)備購置及安裝費(fèi)用為12 350.52萬元，其他費(fèi)用為6 824.18萬元。其他費(fèi)用中，預(yù)備費(fèi)用為1 552.87萬元，鋪底流動(dòng)資金為200萬元。運(yùn)營成本為1 670萬元/年。本項(xiàng)目稅前財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率為7.04%，稅后財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率為6.2%。

由此可知，本項(xiàng)目的投資較高，收益率低。沼渣和沼液具有良好的肥料屬性，若深加工為產(chǎn)品出售，則可大大提高本項(xiàng)目的收益能力，成為新的利潤增長點(diǎn)。

6 結(jié)語

蘭州高新區(qū)果蔬廢棄物資源化利用BOT項(xiàng)目采用預(yù)處理+厭氧消化+沼氣利用的工藝路線。3個(gè)月的試運(yùn)行表明，該工藝運(yùn)行穩(wěn)定，處理效果好。本工藝適用于大中型規(guī)模果蔬垃圾的處理，對(duì)類似果蔬垃圾處置項(xiàng)目的設(shè)計(jì)有較好的借鑒意義。在類似項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中，如用地緊張，可采用將除臭系統(tǒng)設(shè)計(jì)在廠房房頂?shù)牟贾眯问?，這樣有利于除臭風(fēng)管的布置，降低投資。同時(shí)，可將管理用房、高低壓配電室與預(yù)處理間集中布置，有效降低投資，方便管理。

果蔬垃圾沼渣和沼液具有良好的肥料特性，其中1 t沼渣可替代24 kg尿素、45.7 kg普鈣和20 kg氯化鉀；1 t沼液可替代2.2 kg尿素、1.3 kg普鈣和2 kg氯化鉀，其富含有機(jī)質(zhì)和腐殖酸。果蔬垃圾處置項(xiàng)目的沼渣沼液如按常規(guī)方式處理，則投資高，收益率低。若有效開拓沼渣沼液的資源利用工藝，則可大大節(jié)約項(xiàng)目投資與運(yùn)營成本，這是未來發(fā)展的趨勢(shì)。