趙振振，江桂紅，潘翔，李遙，黃慧敏，陳赟，葛湘蓉，乙楊敏，李義柱，謝蘇峰

（維爾利環(huán)保科技集團(tuán)股份有限公司，江蘇常州 213125）

碳中和背景下，垃圾填埋已不可維系，干化焚燒過于粗獷，源頭減量+過程資源化利用+末端處理是未來的發(fā)展方向[1-2]。近年來，我國大力推進(jìn)生活垃圾源頭分類工作，初步構(gòu)建了以“四分法”為基礎(chǔ)的城市生活垃圾分類體系[3-4]。生活垃圾可以分為干垃圾、濕垃圾、可回收垃圾和有害垃圾[5-6]。在這些垃圾中，濕垃圾的主要成分為餐廚垃圾，餐廚垃圾具有產(chǎn)量高（年產(chǎn)量約為6.0×107t）、有機(jī)質(zhì)（尤其是油脂）含量高、含水率高、易生化、熱值低和處理難度大等特點，易對城市環(huán)境和居民的健康產(chǎn)生影響[7-8]。因此，濕垃圾的高效處理處置是我國亟待解決的難題。

機(jī)械生物處理技術(shù)（Mechanical Biological Technology，MBT）在德國、英國、法國等歐洲國家已廣泛應(yīng)用于城市生活垃圾的處理，技術(shù)成熟穩(wěn)定[9-10]。機(jī)械生化消融技術(shù)（Eco-Mechanical Biological Technology，EMBT）是在引進(jìn)、消化、吸收德國MBT 工藝的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，適合我國餐飲垃圾和廚余垃圾協(xié)同資源化處理的新技術(shù)[11-12]。該技術(shù)在國內(nèi)應(yīng)用案例較少，本文以上海某餐飲-廚余垃圾協(xié)同資源化處理示范項目為依托，提出EMBT 有機(jī)垃圾綜合解決方案，并對其技術(shù)特點、設(shè)計經(jīng)驗和處理效果進(jìn)行總結(jié)，以期為今后項目的設(shè)計和運行提供借鑒。

1 EMBT 有機(jī)垃圾處理工藝

EMBT 有機(jī)垃圾綜合解決方案包含餐飲垃圾預(yù)處理系統(tǒng)、廚余垃圾處理預(yù)處理系統(tǒng)、生物水解系統(tǒng)、厭氧消化系統(tǒng)和沼渣脫水干化系統(tǒng)。

餐飲垃圾經(jīng)螺旋輸送機(jī)提升進(jìn)入自動分選機(jī)，自動分選機(jī)對餐飲垃圾中的塑料、織物、木塊等雜物進(jìn)行分離，用于制備垃圾衍生燃料（Refuse Derived Fuel，RDF），同時對餐飲垃圾中的食物殘渣破碎制漿處理產(chǎn)生有機(jī)粗漿料。有機(jī)粗漿料通過漿料輸送泵送入漿料加熱機(jī)進(jìn)行加熱，升溫后的物料進(jìn)入固液分離機(jī)進(jìn)行固液分離。除浮渣和砂礫后的漿液經(jīng)加熱后進(jìn)入三相提油機(jī)，將漿液中的油脂、固渣及有機(jī)漿液分離，分離出的有機(jī)漿液泵送至厭氧消化系統(tǒng)，有機(jī)固渣經(jīng)粉碎后用于養(yǎng)殖蠅蛆。

廚余垃圾經(jīng)鏈板式輸送機(jī)提升至破袋滾筒篩進(jìn)行篩分，篩下物送入生物水解系統(tǒng)。生物水解反應(yīng)后的物料送入擠壓脫水機(jī)進(jìn)行固液分離。有機(jī)漿液進(jìn)行除渣除砂預(yù)處理后輸送至厭氧消化系統(tǒng)。機(jī)械預(yù)處理分選出的大件塑料和織物、生物水解系統(tǒng)產(chǎn)生的擠壓固相或經(jīng)生物干化處理得到的高熱值物料均可作為RDF，通過清潔焚燒或工業(yè)窯爐協(xié)同處理進(jìn)行熱能利用。

2 某EMBT 餐飲-廚余垃圾協(xié)同資源化處理項目

2.1 垃圾成分

現(xiàn)以上海某EMBT 餐飲-廚余垃圾協(xié)同資源化處理項目為例，工藝流程如圖1 所示。該項目濕垃圾處理規(guī)模500 t/d（其中廚余垃圾350 t/d，餐飲垃圾150 t/d）。濕垃圾主要來自城市居民小區(qū)，組分較復(fù)雜[13-14]。經(jīng)過一段時間的取樣分析，餐飲垃圾和廚余垃圾成分?jǐn)?shù)據(jù)見表1。

圖1 某EMBT 餐飲-廚余垃圾協(xié)同資源化處理項目工藝流程圖

表1 餐飲垃圾和廚余垃圾成分一覽表

2.2 餐飲垃圾預(yù)處理系統(tǒng)

餐飲垃圾預(yù)處理系統(tǒng)主要去除大件塑料、織物和金屬等可回收資源，并去除雜物，以保證后續(xù)設(shè)備工作穩(wěn)定、高效運行。餐飲垃圾預(yù)處理系統(tǒng)組成如圖2所示，該系統(tǒng)主要包括自動分選機(jī)、漿料加熱機(jī)、固液分離機(jī)、三相提油機(jī)。設(shè)備選型應(yīng)綜合考慮進(jìn)料垃圾的組分、處理量、產(chǎn)品目標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性等因素[15]。

圖2 餐飲垃圾預(yù)處理系統(tǒng)組成

餐飲垃圾（150 t/d）經(jīng)接收單元瀝水后，固相物（115.3 t/d，含固率約22.79%）通過螺旋輸送機(jī)提升進(jìn)入自動分選單元，將餐飲垃圾原料中的塑料、金屬等大型雜質(zhì)分揀出來，并對剩余物料進(jìn)行破碎制漿。經(jīng)自動分選機(jī)破碎制漿后的粗漿料進(jìn)入加熱制漿及固液分離單元，加熱制漿及固液分離單元主要由漿料加熱機(jī)和固液分離機(jī)組成，分選效果見圖3。通過漿料加熱機(jī)進(jìn)行加熱制漿處理，在降低漿料黏度的同時使固渣中的有機(jī)質(zhì)盡可能水解進(jìn)入液相，從而提高油脂提取率和厭氧產(chǎn)氣率；加熱后的漿料通過固液分離機(jī)實現(xiàn)固渣和液相的分離。固液分離后的固渣進(jìn)入生物水解單元，與廚余垃圾協(xié)同處理；分離出的液相和瀝水共120.4 t/d，經(jīng)過除渣、除砂、加熱后進(jìn)入油脂回收與提純單元。

圖3 自動分選機(jī)產(chǎn)生的塑料雜物和有機(jī)粗漿料

經(jīng)固液分離后的有機(jī)漿液通過三相提油加熱罐加熱到80 ℃，通過泵輸送至三相提油機(jī)進(jìn)行提油，可產(chǎn)生5.7 t/d 的毛油（純度97%），銷售給下游有資質(zhì)的深加工企業(yè)。油中含水、雜率小于3%，水相中含油率小于0.5%。同時，還會產(chǎn)生23.9 t/d 有機(jī)固渣和90.7 t/d有機(jī)漿液。三相固渣中蛋白質(zhì)含量高且種類豐富，可用于養(yǎng)殖低等生物制備蛋白飼料。含水率約70%的三相固渣經(jīng)粉碎后用于養(yǎng)殖蠅蛆，可生產(chǎn)4.1 t/d 蠅蛆成蟲。之后由三相有機(jī)漿液輸送至厭氧消化系統(tǒng)。

2.3 廚余垃圾預(yù)處理系統(tǒng)

廚余垃圾預(yù)處理系統(tǒng)主要是去除大件塑料、紙張、織物等物料，以保證后續(xù)生化處理過程穩(wěn)定、高效運行。該系統(tǒng)主要包括破袋滾筒篩、磁選裝置及皮帶輸送機(jī)。

350 t/d 廚余垃圾由板式給料機(jī)輸送至破袋滾筒篩，單臺處理能力為30 t/h。滾筒篩設(shè)置120 mm 單級篩分，篩上物通過雙向皮帶卸料至壓縮箱。篩下物以有機(jī)物為主，含有少量紙類、塑料和無機(jī)惰性物等雜物。篩下物經(jīng)過磁選、干擾物監(jiān)選，進(jìn)一步分揀出金屬、物料尺寸大于150 mm 的長條硬物料等干擾物，227.5 t/d 進(jìn)入生物水解系統(tǒng)。

2.4 生物水解系統(tǒng)

生物水解單元的主要目的是對經(jīng)過分選后的廚余垃圾和餐飲垃圾固渣進(jìn)行水解、制漿，分離不易降解有機(jī)物，將大部分的易降解有機(jī)物轉(zhuǎn)化到漿液中進(jìn)行后續(xù)的厭氧消化。該系統(tǒng)主要包括生物水解反應(yīng)器、擠壓脫水機(jī)和漿液預(yù)處理單元。生物水解反應(yīng)器為臥式攪拌反應(yīng)器，如圖4 所示，內(nèi)部物料呈半推流狀態(tài)，停留時間一般為2 ～3 d，反應(yīng)溫度為30 ℃左右，采用厭氧消化后的沼液回流作為生物水解液。

圖4 生物水解反應(yīng)器內(nèi)部——有機(jī)質(zhì)水解[11]

257.1 t/d 廚余垃圾和餐飲垃圾固渣經(jīng)過生物水解后，通過螺旋輸送機(jī)輸送至擠壓脫水機(jī)進(jìn)行脫水處理。脫水機(jī)采用螺旋擠壓，可將水解后的垃圾擠壓至含水率約40%，同時擠壓的過程中進(jìn)一步把垃圾中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化至漿液中，提高有機(jī)物轉(zhuǎn)化率，擠壓脫水漿液、生物水解漿液一并輸送至漿液預(yù)處理單元。經(jīng)過生物水解和擠壓脫水后的固相物料輸送至生物干化系統(tǒng)進(jìn)行干化，最終可得到生物干化物料RDF 75 t/d，含水率小于20%，平均低位熱值在12 000 kJ/kg 以上。

2.5 厭氧消化系統(tǒng)

243.1 t/d 有機(jī)漿液由厭氧進(jìn)水泵提升入?yún)捬跸?，本項目設(shè)計采用中溫UBF 厭氧消化罐，溫度控制在（37±2）℃，停留時間約16 d，有效容積4 200 m3，容積負(fù)荷5.5 kg COD/（m3·d），有機(jī)物轉(zhuǎn)化率大于80%，可產(chǎn)生沼氣約31 000 m3/d，甲烷濃度大于60%，提純后可用于發(fā)電。在適宜條件下，可將發(fā)電余熱用于厭氧消化罐加熱保溫。厭氧消化罐下層為上流式污泥床，約占反應(yīng)器總體積的40%～50%，通過外循環(huán)泵起到反應(yīng)器內(nèi)部的攪拌作用。厭氧出水部分回流用作生物水解系統(tǒng)的噴淋水，剩余部分排至廠外污水處理系統(tǒng)，處理達(dá)標(biāo)后排放。UBF 厭氧消化罐進(jìn)出水水質(zhì)見表2。

表2 UBF 厭氧消化罐進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)

3 項目效果分析

3.1 產(chǎn)物分析

經(jīng)過數(shù)據(jù)分析，餐飲-廚余垃圾協(xié)同資源化處理項目主要產(chǎn)品為毛油、沼氣、蠅蛆、RDF 和金屬，同時產(chǎn)生達(dá)標(biāo)排放水和少量惰性殘渣，各種產(chǎn)物依托附近垃圾填埋廠、沼氣發(fā)電站、污水處理站等就近處理。500 t 餐飲-廚余垃圾經(jīng)EMBT 協(xié)同資源化處理后，各種產(chǎn)物的產(chǎn)生量及比例見表3。RDF 產(chǎn)品具有含水率低、熱值高等特點，可根據(jù)實際情況合理選擇清潔焚燒或者水泥窯、工業(yè)窯爐協(xié)同處理的方式。毛油可銷售給下游有資質(zhì)的深加工企業(yè)制備柴油或油酸；蠅蛆成蟲可用于制作高價值的動物蛋白飼料。

表3 餐飲-廚余垃圾EMBT 協(xié)同資源化處理產(chǎn)物比例

3.2 成本分析

該項目日耗電量約12 802 kW·h，耗水量約46.67 m3/d，藥劑消耗量為絮凝劑65.39 kg/d，38%三氯化鐵2 624.28 kg/d，1.0 MPa 蒸汽33.95 t/d。項目現(xiàn)場有工作人員45 人。僅考慮人工、維護(hù)保養(yǎng)、分析化驗、水、電和藥劑成本，平均垃圾處理成本約156 元/t，日處理成本78 000 元。

根據(jù)市場調(diào)查和餐飲-廚余垃圾項目運行實際情況，一般鮮蟲單價為3 500 元/t，可產(chǎn)生收益14 350 元/d；毛油單價為4 500 元/d，可產(chǎn)生收益25 650 元/d；沼氣用于提供熱能產(chǎn)生蒸汽，1 t 餐飲-廚余垃圾可產(chǎn)生的蒸汽收益為23.68 元/t，可產(chǎn)生收益11 840 元/t[4]。共可產(chǎn)生效益51 840 元/d。

4 結(jié)論及建議

本項目經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在合適的設(shè)計參數(shù)下，EMBT 處理餐飲-廚余垃圾效果良好，同時可產(chǎn)生沼氣、毛油、蠅蛆、RDF 等產(chǎn)品，有利于提高餐飲-廚余垃圾資源化利用效率，日收益可達(dá)5 1840 元。近年開展的生活垃圾分類引起的餐飲-廚余垃圾興建項目正處于一種全新的生活垃圾處理模式發(fā)展時期，因此在源頭做好垃圾分類，同時從末端提高處理過程中產(chǎn)生的固體廢物的資源化利用率，將有利于項目穩(wěn)定持續(xù)運營，有益于環(huán)境與經(jīng)濟(jì)效益的可持續(xù)發(fā)展。

目前，厭氧發(fā)酵后的沼渣和沼液資源化利用效率低，后期沼液可通過膜濃縮技術(shù)生產(chǎn)高端液肥；可通過熱解炭化對沼渣進(jìn)行資源化處理，采用固定床汽化爐進(jìn)行熱解氣化，炭化沼渣在限氧或者無氧的條件下進(jìn)行裂解，將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為熱解油、可燃性氣體以及多用途的熱解炭（生物炭）。