陳嚴(yán)華，廖德榮，曾 蒸，柴福良，況 前

（重慶市環(huán)衛(wèi)集團(tuán)有限公司，重慶 401120）

1 概況

2019 年12 月《生活垃圾分類標(biāo)志》（GB/T 19095—2019）中生活垃圾分為可回收物、有害垃圾、廚余垃圾、其他垃圾等四大類。其中廚余垃圾是指人日常生活中丟棄的剩菜剩飯，包含家庭廚余垃圾和農(nóng)副產(chǎn)品集貿(mào)市場產(chǎn)生的有機(jī)垃圾[1]，其成分和性質(zhì)隨地域、居民飲食習(xí)慣、季節(jié)的變化而變化，但總體上具有含水率高、有機(jī)質(zhì)占比高、易生化降解等特點。隨著居民生活水平的提高，廚余垃圾產(chǎn)生量也日益增大，廚余垃圾如不及時有效處理，則容易滋長病原微生物、霉菌毒素等有害物質(zhì)。由于各類環(huán)境問題的突顯，人們對生存環(huán)境要求越來越高，環(huán)境保護(hù)的意識越來越強(qiáng)，城市垃圾的處理直接影響到城市的人居環(huán)境，近些年，城市垃圾或廢棄物的處理越來越受重視，而且分類越來越細(xì)化，尤其是針對城市垃圾中的有機(jī)部分的處理從處理處置政策上要求要實現(xiàn)資源化或能源化的利用。目前，城市有機(jī)垃圾主要分為餐飲垃圾、廚余垃圾，由于其來源和特性不同，因此在處理技術(shù)路線上也有差異。目前，廚余垃圾的處理方法主要有焚燒、填埋、好氧堆肥和厭氧消化等。廚余垃圾厭氧消化產(chǎn)沼氣技術(shù)代表了目前主流發(fā)展方向，相對傳統(tǒng)的好氧堆肥技術(shù)，厭氧消化主體反應(yīng)于密閉環(huán)境中進(jìn)行，環(huán)境影響相對較小，且其在國家政策的鼓勵、對周邊環(huán)境影響及其最終產(chǎn)品的利用上都具有較大優(yōu)勢，從生態(tài)可持續(xù)發(fā)展高度出發(fā)，還能提供清潔的可再生能源，從而實現(xiàn)垃圾的資源化處理和碳減排、碳中和，廚余垃圾處理工藝推薦采用厭氧消化技術(shù)。厭氧消化技術(shù)能夠把垃圾轉(zhuǎn)化為有用的資源，已經(jīng)成為解決城市環(huán)境、能源和低碳綠色問題的研究熱點。

厭氧消化技術(shù)可以廣泛地利用農(nóng)業(yè)有機(jī)垃圾，餐廚（廚余）垃圾和城市市政污泥等各種生物質(zhì)廢棄物。從資源利用方面，厭氧消化技術(shù)的產(chǎn)物即沼氣可以作為一種環(huán)保、清潔的可再生能源，沼氣作為生物質(zhì)能源用于生產(chǎn)和生活中，作為清潔能源的補(bǔ)充，符合國家循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)政策，發(fā)酵剩余物可作為有機(jī)肥料，用來緩解日益緊張的能源危機(jī)[2]。所以，厭氧消化技術(shù)處理城市有機(jī)固體廢棄物已經(jīng)受到國外發(fā)達(dá)國家的青睞[3]。此外，厭氧消化技術(shù)憑借其資源回收率高、能耗低、工藝成熟等優(yōu)勢成為當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的處理技術(shù)，特別是歐洲國家已經(jīng)應(yīng)用了近四十年，從處理有機(jī)廢棄物方面，厭氧消化技術(shù)是廚余垃圾等有機(jī)廢棄物“減量化、無害化、資源化”有效的方式之一。厭氧消化技術(shù)主要分為干式厭氧和濕式厭氧消化技術(shù)。

干式厭氧消化技術(shù)是指固體濃度TS 達(dá)到20%～30%[4]為原料，沒有或幾乎沒有自由流動水的條件下進(jìn)行的有機(jī)質(zhì)進(jìn)行厭氧產(chǎn)沼氣的一種工藝[5]，是一種優(yōu)異的有機(jī)固廢循環(huán)利用的方法。在歐洲，干式厭氧發(fā)酵工程數(shù)量比濕式厭氧發(fā)酵工程較多，其中干式厭氧發(fā)酵工藝約占54%，且逐步增多[6]，而干式厭氧發(fā)酵技術(shù)在國內(nèi)應(yīng)用時間不長[7]。程序[8]等對我國城市有機(jī)固體廢棄物、農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物和有機(jī)廢水的沼氣開發(fā)潛力進(jìn)行估算，沼氣產(chǎn)量巨大。

干式厭氧發(fā)酵技術(shù)主要工藝為進(jìn)料系統(tǒng)+干式厭氧發(fā)酵系統(tǒng)+脫水系統(tǒng)。干式厭氧發(fā)酵剩余物經(jīng)脫水系統(tǒng)后的脫水濾液設(shè)計上一般進(jìn)入污水系統(tǒng)處理，但在實踐中運行中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)脫水系統(tǒng)處理后的脫水濾液具有高COD，懸浮物含量高以及絮凝劑用量大的問題，對后續(xù)的污水處理系統(tǒng)要求較高，經(jīng)濟(jì)性較差。本文簡介了一種廚余垃圾干式厭氧發(fā)酵及發(fā)酵剩余物脫水系統(tǒng)工藝，能夠提高脫水效率和改善水質(zhì)，系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)性較好。

2 廚余垃圾干式厭氧發(fā)酵技術(shù)相關(guān)概述

2.1 概念

根據(jù)投入原料或發(fā)酵罐內(nèi)固形物干燥質(zhì)量換算濃度（TS 濃度），厭氧發(fā)酵大致可以分為濕式（投入TS 濃度小于15%，發(fā)酵罐中TS 濃度小于8%）和干式（投入TS 濃度大于15%，發(fā)酵罐中TS 濃度大于10%）。干式厭氧發(fā)酵是適用于固形物濃度極高的有機(jī)物處理技術(shù)。干式厭氧發(fā)酵運用中重要的是選擇有合適含水率的固體有機(jī)物作為原料，并且在運行時需要將原料水分控制在一定范圍，合適TS 范圍一般在15%～45%。采用干式厭氧發(fā)酵制氣等多元化工藝來處理高含固率較高的廚余垃圾、市政污泥等城市有機(jī)固體廢棄物，將提高城市有機(jī)固廢垃圾的處理效率，同時提高沼氣總產(chǎn)量。

2.2 干式厭氧發(fā)酵的優(yōu)點

干式厭氧發(fā)酵工藝可以降低廚余垃圾預(yù)處理的要求，可以容忍一定數(shù)量的雜質(zhì)，可以接收多種類型的有機(jī)垃圾，處理范圍廣，不易造成工藝故障，比如沉淀、浮渣、堵料等，從而保證生產(chǎn)的連續(xù)穩(wěn)定。有機(jī)物處理過程中含固量高，有機(jī)質(zhì)降解率高，厭氧發(fā)酵罐體積減少50%以上，占地面積少，具有容積產(chǎn)氣率高、節(jié)約用水等優(yōu)點，從而提高廚余垃圾的資源化利用率。而且，高溫干式厭氧發(fā)酵工藝可以有效消殺沼渣中的蟲卵和病原體，提高了后端沼渣堆肥的衛(wèi)生化、無害化水平。

2.3 國內(nèi)干式厭氧案例

2.3.1 廈門某項目BRV 干式厭氧消化工藝

處理規(guī)模：500t 生活垃圾/日，其中干式厭氧系統(tǒng)進(jìn)料量為150t/d。工藝簡述：原始生活垃圾進(jìn)入垃圾分揀線，經(jīng)過破袋和人工預(yù)分揀后進(jìn)行滾筒篩進(jìn)行篩分；篩上物再經(jīng)過彈跳、光電分選、磁選后將可回收物進(jìn)行回收，其余垃圾進(jìn)入焚燒系統(tǒng)進(jìn)行焚燒處理；篩下物經(jīng)人工分揀去除干擾物后，磁選、破碎、小于55mm 的物料然后進(jìn)入儲料設(shè)施進(jìn)行瀝水，然后經(jīng)過螺旋輸送機(jī)送至干式厭氧發(fā)酵系統(tǒng)；消化殘余物經(jīng)過螺桿壓縮脫水機(jī)進(jìn)行初步脫水，脫水后的沼渣進(jìn)行好氧發(fā)酵利用、污水外排；產(chǎn)生的沼氣進(jìn)行發(fā)電。設(shè)計沼氣產(chǎn)量：16500m3/d，即688m3/h。消化溫度：55℃。設(shè)計容積負(fù)荷：6.63kgTS/（m3有效容積·d）。設(shè)計停留時間：25d。工藝流程如圖1所示。

圖1 廈門某項目干式厭氧消化工藝流程

2.3.2 北京某項目valorga 干式厭氧消化工藝

處理規(guī)模：680t 生活垃圾/d。工藝簡述：生活垃圾經(jīng)分選預(yù)處理后，有機(jī)垃圾進(jìn)入干式厭氧發(fā)酵罐，厭氧消化產(chǎn)生的沼氣供生物氣發(fā)電機(jī)發(fā)電，并利用余熱產(chǎn)生蒸汽供消化物料加熱使用，發(fā)電產(chǎn)生的電能并網(wǎng)。消化殘余物經(jīng)脫水后送轉(zhuǎn)運區(qū)。設(shè)計沼氣產(chǎn)量：70535m3/d，即2939m3/h。消化溫度：55℃。設(shè)計容積負(fù)荷：5.5kgVTS/（m3有效容積·d）。設(shè)計停留時間：≥20d。

2.3.3 杭州某項目DRANCO 干式厭氧消化工藝

處理規(guī)模：200t 廚余垃圾/日。工藝簡述：廚余垃圾經(jīng)受料斗接料+板式給料機(jī)輸送+人工手選+磁選+生物質(zhì)分離器+塑料及紙張打包外賣的全量化預(yù)處理后，有機(jī)質(zhì)輸送至干式厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣系統(tǒng)。沼氣濕法脫硫后，在滿足本廠用熱后的富余沼氣送至填埋場沼氣發(fā)電機(jī)組發(fā)電。沼渣采用二級旋流除砂+板框脫水工藝脫水后填埋。脫水后的污水經(jīng)過混凝沉淀后通過管道輸送至填埋場調(diào)蓄池。設(shè)計沼氣產(chǎn)量：16000m3/d，即667m3/h。消化溫度：53℃。設(shè)計容積負(fù)荷：4.3kgTS/（m3有效容積·d）。設(shè)計停留時間：26d。設(shè)計回流比：8:1（濕基比）。

3 脫水系統(tǒng)工藝

廚余垃圾干式厭氧剩余發(fā)酵物脫水工藝包括依次連接的擠壓脫水裝置、壓濾脫水裝置、除砂裝置和離心脫水裝置，擠壓脫水裝置的進(jìn)料口與干式厭氧消化罐出料口的泵連接，泵輸送進(jìn)入擠壓脫水裝置，擠壓脫水裝置的液相進(jìn)入壓濾脫水裝置，壓濾脫水裝置的液相進(jìn)入離心脫水裝置，在擠壓脫水裝置、壓濾脫水裝置和除砂系統(tǒng)的固相用螺旋統(tǒng)一接收后外運填埋或焚燒處置，離心脫水裝置的固相進(jìn)行堆肥處理，離心脫水裝置的脫水濾液進(jìn)入污水處理系統(tǒng)。工藝流程圖如圖2 所示。

圖2 脫水系統(tǒng)工藝流程

（1）廚余垃圾干式厭氧剩余發(fā)酵物脫水工藝在進(jìn)入壓濾脫水裝置前增加了絮凝裝置，能夠?qū)⒓?xì)小的顆粒物絮團(tuán)后在進(jìn)入壓濾脫水裝置，能夠較大程度的使得進(jìn)入離心脫水裝置的含固率降低，提高去除效率。同時，經(jīng)過絮團(tuán)并壓濾脫水后的物料含固率和粘度將進(jìn)一步降低，提高除砂系統(tǒng)的處理效率。

（2）廚余垃圾干式厭氧剩余發(fā)酵物脫水工藝在壓濾脫水裝置和離心脫水裝置新增了除砂系統(tǒng)，除砂系統(tǒng)為兩級旋流除砂裝置，經(jīng)過壓濾脫水裝置的物料通過泵輸送至一級旋流除砂器和二級旋流除砂器，固相進(jìn)入砂水分離器通過螺旋外運，液相通過泵送進(jìn)入離心脫水裝置。旋流除砂裝置能夠進(jìn)一步的去除沼液中的浮渣，以減輕后續(xù)離心脫水裝置的壓力，提高離心脫水效率，保證離心脫水裝置的穩(wěn)定運行。

（3）廚余垃圾干式厭氧剩余發(fā)酵物脫水工藝在經(jīng)過兩級旋流除砂裝置后新增加了助凝和絮凝裝置，對助凝和絮凝配比有一定要求，助凝裝置包括緩沖罐，在該緩沖罐上部設(shè)有進(jìn)液管，下部設(shè)有出液管，出液管通過隔膜泵送至離心脫水裝置進(jìn)料管道。絮凝劑加注裝置包括攪拌裝置、螺桿泵和靜態(tài)混合器，粉末狀絮凝劑和自來水通過靜態(tài)混合器均勻混合后泵輸送至離心脫水裝置管道，助凝劑、絮凝劑和經(jīng)過除砂系統(tǒng)的物料共同進(jìn)入離心脫水裝置進(jìn)行固液分離，助凝劑和絮凝劑進(jìn)入管道位置需要充分考慮，保障三種物質(zhì)混合均勻和絮團(tuán)完成，離心脫水裝置還配置了增壓給水裝置，當(dāng)停機(jī)時候用自來水進(jìn)行沖洗。增加的助凝和絮凝裝置進(jìn)一步提高了沼液中懸浮物的聚集沉淀，從而提高離心脫水裝置的固液分離效率，使得處理后的沼液中懸浮物含量較低，降低對污水處理系統(tǒng)的要求。

4 結(jié)語

根據(jù)目前國內(nèi)廚余垃圾干式厭氧發(fā)酵至沼氣工藝運行的實際情況，對干式厭氧發(fā)酵制氣的工藝系統(tǒng)進(jìn)行了介紹，對現(xiàn)有干式厭氧發(fā)酵剩余物的脫水系統(tǒng)工藝提出了優(yōu)化方案建議，主要是起到了降低外排脫水濾液的懸浮物濃度，減少了絮凝劑和自來水的用量，對設(shè)備穩(wěn)定運行能夠起到一定的效果，但是該脫水系統(tǒng)工藝流程較長，后期需進(jìn)一步研究脫水系統(tǒng)工藝，簡化工藝流程，減少設(shè)備投資。