趙情 濟南市市政工程設計研究院（集團）有限責任公司

1 項目建設背景

廚余垃圾主要泛指生活飲食中所需用的來源生料及成品或殘留物。廚余垃圾與其他生活垃圾混合收運處理，由于其易腐、含水率高，導致收運處理過程中易跑冒滴漏、散發(fā)惡臭，造成二次污染，影響周邊環(huán)境。國家相繼出臺《生活垃圾分類制度實施方案》《關于加快推進部分重點城市生活垃圾分類工作的通知》等文件，加速了城市生活垃圾分類進程。目前，山東省生活垃圾分類工作在加緊推進中，但垃圾末端分類處置能力不足，造成垃圾前端分類后仍混合收運、混合處理。建設城市廚余垃圾處理廠可以解決垃圾混合收集處理問題，在實現垃圾減量化、無害化的同時，可對垃圾中有價值的資源進行回收利用。

2 工程概況

2.1 設計規(guī)模

山東某城市廚余垃圾處理廠位于該市郊某村東北山峪，距主城區(qū)約32km，距省道約700m。該廚余垃圾處理廠工程設計日處理規(guī)模為600 t，其中土建按工程1000 t/d 設計，設備工程按600 t/d 設計，預留400 t/d 生產線位置和二期用地，經處理后達到《城市環(huán)境衛(wèi)生設施規(guī)劃規(guī)范》(GB 50337-2003) 和《生活垃圾填埋污染控制標準》(GB 16889-2008) 一級排放標準。

2.2 工藝流程設計

根據山東某城市的發(fā)展現狀和廚余垃圾的特點，并結合工程實踐，本工程對廚余垃圾的處理工藝如圖1。本項目主體工藝分為廚余垃圾預處理系統、厭氧發(fā)酵系統（濕式）、沼渣處理系統、沼氣凈化和利用系統和污水處理系統等。

圖1 廚余垃圾處理工藝流程

廚余垃圾進料后，經過破碎、篩分、破碎分類、擠壓脫水、混合等過程后，進入濕式中溫單相連續(xù)式厭氧消化工藝，進行厭氧發(fā)酵過程。配套建設沼氣發(fā)電機組，對沼氣使用熱電聯產方式進行資源化利用，發(fā)電并網、余熱用于工藝用熱和廠區(qū)取暖。厭氧系統出來的沼液經脫水后形成的沼渣進入沼渣處理系統進行處理。對厭氧發(fā)酵后的沼液經脫水后產生污水，在廠區(qū)內建設配套污水處理設備，處理出水水質達標后進行回用，實現就地處理、污水零排放。

3 工藝設計參數

3.1 廚余垃圾預處理系統

廚余垃圾進料后，物料經進料系統進行瀝水，瀝水直接進入后續(xù)勻漿罐，固相先進入破袋滾筒篩和磁選工藝，粗破碎機將垃圾破碎至＜200mm 粒徑后輸送至滾筒篩，在輸送過程中設有磁選機可將物料中的鐵磁類物質分離出來，經滾筒篩去除物料中的大雜物后，篩下物輸送至生物質破碎分離機內。后續(xù)固體物料進行生物質破碎分離，物料被破碎至漿液態(tài)，同時分選出塑料、紡織品、毛筍殼、玉米皮、玉米棒芯和一些硬性的惰性物，固體漿料進入后續(xù)脫水環(huán)節(jié)，分離出的固渣進行外運處理，液相和前端的瀝水一并進入勻漿罐進行混合，再進入厭氧系統進行發(fā)酵處理。滾筒篩3 臺，每臺功率22 kW，Q=20 t/h。生物質破碎分離一體機6 臺，每臺功率110 kW，Q=35 m3/h，容比≥0.4。擠壓脫水機3 臺，每臺功率37 kW，Q=8 ～10 t/h。

3.2 厭氧發(fā)酵系統（濕式）

預處理后的有機漿料在調節(jié)罐和調節(jié)池中混合均勻并進行水解酸化，而后泵入厭氧發(fā)酵系統進行厭氧消化，液相CODcr 較高，厭氧系統24h 連續(xù)運行。物料在厭氧發(fā)酵罐內采用中溫厭氧，溫度35℃±3℃，在中溫產甲烷菌等微生物的共同作用下，將小分子、易生物降解的有機物轉化為甲烷、二氧化碳等。產生的沼氣進入后端凈化利用系統，沼渣沼液通過泵送入污水處理系統處置。調節(jié)罐1 座，Ф8.8m×H9.0m，有效容積600m3，物料在調節(jié)罐內有一定的停留時間，漿料在調節(jié)罐內完成混合、均質。厭氧發(fā)酵罐2 個（二期再新增1 個），Ф18m×H19.8m，設計單個罐體有效容積4500 m3，設計CODcr 去除率為90%，本工藝厭氧發(fā)酵罐為完全混合式圓柱形發(fā)酵罐，底部為平面，罐體為碳鋼材質，頂部配有中央攪拌器，對罐內物料進行攪拌，保證罐內呈現均質狀態(tài)。

3.3 沼渣處理系統

沼液處理系統處理的對象包括厭氧發(fā)酵后產生的消化液及污水處理系統產生的濃縮后的污泥。經過濕式發(fā)酵的消化液和污水系統產生的剩余污泥含水率在99%以上，采用疊螺脫水機和板框壓濾機進行脫水處理，先進入疊螺脫水機，再進入板框壓濾機進行進一步脫水，經脫水后的沼渣（含水率60%以下）外運至焚燒廠進行無害化處理。根據物料平衡計算，一期工程厭氧發(fā)酵后沼液約267 t/d，含水率96%～97%，污水處理剩余污泥約54 t/d，含水率99%，二期工程厭氧發(fā)酵后沼液約409 t/d，含水率96%～97%，污水處理剩余污泥約90 t/d，含水率99%，考慮一定的波動，本項目脫水處理系統處理規(guī)模為400 t/d（一期工程）和600 t/d（二期工程）。疊螺脫水機2 臺，Q=15 t/h，板框壓濾機2 臺，Q=15 t/h。沼渣進料潛污泵2 臺（一用一備），Q=8m3/h，H=60m；污水輸送泵2 臺（一用一備），Q=8m3/h，H=60m，功率為11 kW。

3.4 沼氣凈化和利用系統

本工程擬考慮對沼氣的集中利用方式進行綜合，配套建設沼氣發(fā)電機組，對沼氣使用熱電聯產方式進行資源化利用，發(fā)電并網、余熱用于工藝用熱和廠區(qū)取暖。沼氣是一種混合氣體，它的主要成分是甲烷，其次還含有二氧化碳、硫化氫、飽和水蒸氣、高碳烴等雜質。在利用之前，必須對沼氣進行凈化。

由厭氧發(fā)酵罐出來的沼氣通過DN125，1.0 MPa的不銹鋼管道進過粗過濾器通向雙皮膜恒壓氣柜。從雙皮膜恒壓儲氣柜中出來的沼氣經過氣液分離器、羅茨風機加壓后送入脫硫塔中，脫硫使H2S 的含量小于200 ppm，滿足鍋爐燃料氣的要求。凈化處理后的沼氣進入燃氣內燃機，將沼氣的化學能轉換成機械能。沼氣發(fā)電機在發(fā)電的同時，產生出大量的熱量，通過利用熱回收技術，將燃氣內燃機中各部分的熱量充分回收利用，用于冬季采暖以及生活熱水供應。

一般情況下沼氣中甲烷含量為50%～60%，其低位熱值大約在17 ～23.9 MJ/m3之間。設計采用的燃氣內燃機的發(fā)電效率按35%計。本項目沼氣量約為22000m3（一期工程）和38000m3（二期工程）。按照沼氣的熱值18MJ/m3、發(fā)電效率40%、一天按22h運行時間計算，發(fā)電容量為2000kW/h（一期工程）和3455kW/h（二期工程）；熱電聯產機組選擇2 臺1000kW 的發(fā)電機組，二期新增3 臺500kwh 發(fā)電機組。雙皮膜恒壓氣柜1 座，氣柜容積4000m3，儲氣壓力為1 ～2 kPa，裝機功率5kW。

3.5 污水處理系統

污水處理系統處理采用“MBR+納濾+反滲透”核心工藝，總體工藝流程可分為調節(jié)池、MBR、膜深度處理、濃縮液處理，污水處理 4 個系統，污水處理工藝流程如圖2。污水系統產水的污泥與沼渣脫水系統共用，出水水質達到《城市污水再生利用-工業(yè)用水水質》GB/T 19923-2005 中敞開式循環(huán)冷卻水系統補充水標準。

圖2 污水處理工藝流程

MBR 系統由生化系統及UF 系統（超濾系統）組成。污水在調節(jié)池中經過預處理后由泵送入MBR 系統的生化段，進水管路上設置袋式過濾器（過濾孔徑800um），生化段由兩級A/O 組成，處理能力400 t/d。污水依次流經一級反硝化池、一級硝化池、二級反硝化池、二級硝化池，硝化池曝氣方式為射流曝氣，射流曝氣系統由射流泵、射流曝氣器以及羅茨鼓風機組成。通過內回流，在缺氧-好氧交替條件下，污水中的有機物、氨氮、硝態(tài)氮被降解去除，生化系統的泥水混合物通過超濾系統后，清液進入膜深度處理工藝進一步處理，濃縮污泥回流至生化系統，回流比可在10 ～20Q 之間。

膜深度處理系統包括納濾系統和反滲透系統，經過超濾系統（UF）處理后的出水進入納濾系統進行處理，然后再進入反滲透系統，反滲透膜能攔截濃縮液中剩余有機污染物及大部分鹽類，透過液排入產水池；濃縮液再經過濃水反滲透后，產水進入產水池，濃水通過蒸發(fā)處理，產水仍送至產水池，產生的固體送至填埋場和焚燒廠。本項目采用的納濾為卷式納濾膜，分離孔徑在一般在1～10nm，一般的納濾操作壓力為5～25bar。濃縮液處理設計處理規(guī)模為140 t/d。

本項目一期工程沼液約230 t/d，車間沖洗約10 t/d，生活污水12t，二期工程沼液約382 t/d，車間沖洗約10 t/d，生活污水12 t，本系統設計處理規(guī)模定為350 m3/d（一期工程）和500 m3/d（二期工程）。

4 節(jié)能減排效能

4.1 能耗分析

按照本工程的設計，大部分生產用水來源于污水處理后的回用水，日平均新鮮水消耗量暫定為30t，年耗水量為142350t，根據《綜合能耗計算通則》（GB/T 2589-2008），新水折算系數為0.0857 kgce/t，142350t水折算為標準煤為12.2tce。本工程用電取自市政電網。根據《綜合能耗計算通則》（GB/T 2589-2008），電力折標煤系數為0.1229kgce/kWh，年耗電量1200萬kWh 折算為標準煤為147.48萬tce。綜上計算可知，本項目電能年消耗1200×104kWh，合1474.8 萬tce；柴油年消耗12.75t（密度按0.85t/m3），折合18.58tce；年耗水量142350 m3，合12.2tce。以上三種能源，年總消耗量為合1505.58tce。

4.2 節(jié)能減排措施

設計總體布局要求功能分區(qū)明確，并預留后期發(fā)展可能，選擇技術成熟可靠、優(yōu)質高效的工藝設備，以達到節(jié)能的目的。利用透水性鋪裝保持地下水資源平衡，選用親水設施調節(jié)水氣候；利用自然通風、采光、遮陽及立體園藝設計，調節(jié)垃圾處理廠微氣候，使人充分接近自然。針對處理工藝中耗能較大的設備，本項目采取了有效節(jié)能措施；選用節(jié)能型變壓器、變頻調速電機、節(jié)能型電氣設備及元件產品、變頻控制水泵等，所采用的節(jié)能措施符合國家、地方及行業(yè)明文規(guī)定的要求，處理工藝節(jié)能效益較好。

5 經濟效益分析

項目總投資共計40201.82 萬元，建設投資38033.36 萬元、建設期貸款利息1815.39萬元、鋪底流動資金353.08萬元。本項目的平均經營成本為3972.75萬元/a，單位經營成本181.4 元/t（可以維持正常生產運營的單位收入）。在保本收入的情況下，廚余垃圾處理補貼應達到358 元/t，沼氣供電上網收入0.594元/kWh、混合金屬1500 元/t。

經分析，項目投產后單位經營成本165.53 元/t，單位處理總成本300.91元/t，廚余垃圾處理補貼應達到358 元/t，沼氣供電上網收入0.594 元/kWh，混合金屬1500 元/t，所得稅后財務內部收益率達到7.08%，可以實現項目的良好穩(wěn)定運行。

6 結語

采用廚余垃圾預處理系統、厭氧發(fā)酵系統（濕式）、沼渣處理系統、沼氣凈化和利用系統和污水處理系統處理城市廚余垃圾，工程運行效果良好，主要污染物的去除均能達到預期設計要求，該工藝在對廚余垃圾實行無害化、減量化和資源化處理的同時，可實現節(jié)能減排，具有良好的技術經濟價值。