餐厨垃圾高效协同处置工程设计案例

夏明升

（安徽省通源环境节能股份有限公司，安徽 合肥 230001）

餐厨垃圾是城市主要固体废物之一，其特点：含水率一般较高，达到80%～90%；有机质含量较高，营养成分高，常被用于饲养“泔水猪”，且容易腐烂，产生恶臭气味，影响环境；容易滋生出各种病原菌；含油率高，达到1%～4%，可提炼出“泔水油”[1]。餐厨垃圾资源化再利用可以减少环境污染，缓解能源短缺等问题。在餐厨垃圾单独处理过程中，存在Na+含量与C/N过高、厌氧发酵时易酸化等问题。为了避免酸化和游离氨氮的产生，餐厨垃圾往往和其他有机废弃物联合发酵。协同处理不仅可以弥补单独处理餐厨垃圾造成的不利影响，还可以促进综合处理多种废物，节能减排，高效实现餐厨垃圾的无害化和资源化再利用。

目前餐厨垃圾协同处理技术主要包括好氧堆肥、厌氧发酵、焚烧、热解气化等方法[2]。本研究通过对某市餐厨垃圾协同处理的工程设计案例进行介绍和分析，以便于更好地选择和掌握餐厨垃圾协同处置方式与技术，为改善城市环境助力。

1 餐厨垃圾产生规模及特性分析

1.1 餐厨垃圾产生规模分析

根据国内外垃圾产生量分析计算方法，结合餐厨垃圾产生的特点，市城区餐厨垃圾产生量可采用以下几种指标估算：

（1）人均产生量指标估算法：即按就餐人数的人均餐厨垃圾产生量进行计算，或折算成服务范围内总人口进行计算。该方法中就餐人数随机性较强，统计难度较大。

（2）餐厅单位营业额－产生量指标估算法：即按每单位营业额产生的餐厨垃圾量进行估算。全社会餐饮业营业额每年都进行统计，该方法实际应用较为方便。

（3）餐厅座位数—产量指标估算法：该方法的两个调查数据餐位数和餐厨垃圾产生量可较准确获得，因此该指标客观性好，但服务范围内餐厅总的餐位数目前缺乏统计数据，致使该方法实际应用存在困难。

根据该市提供的相关数据资料，以及不同产生源餐厨垃圾的特点，采用人均产生量指标估算法和现场调研法对餐厨垃圾产量分别进行估算。

1.1.1 人均产生量指标估算法

本项目服务范围为市中心城区，不包括其下辖的乡镇，其中一期仅考虑各饭店、食堂等产生的餐厨垃圾，同时考虑餐饮业的发展，预留二期建设规模。

根据当地《城市总体规划》（2014-2030 年）2020 年该市城区常住人口为36.8万人。

根据《餐厨垃圾处理技术规范》（CJJ 184—2012），餐饮垃圾产生量应根据实际统计数据确定，也可按人均日产量进行估算，估算宜按下式计算：

式中：Mc—城市或区域餐饮垃圾日产生量，kg/d；R—城市或区域常住人口；m—人均餐饮垃圾产生量基数，kg/（人·d），人均餐饮垃圾日产生量基数m 宜取0.1 kg/（人·d）；k—餐饮垃圾产生量修正系数，经济发达城市、旅游业发达城市或高校多的城区可取1.05～1.15；经济发达旅游城市、经济发达沿海城市可取1.15～1.30；普通城市可取1.00，考虑到该市只作为普通城市，修正系数建议取1.00。

由计算可知，考虑该市收集初期餐厨垃圾收集率按70%计算，该市城区每日餐厨垃圾产生量为25.8吨。

1.1.2 现场调研法

采用抽样调查，在城区不同位置处分别选取不同类型的餐饮店进店调研，选取的餐饮店样本平均分布于城区的不同区域，见表1。

表1 餐饮店样本餐厨垃圾日产量（仅截取部分数据）

1.1.3 数据分析

市场监督管理局提供数据显示，该市现餐饮企业（如酒店、餐馆）有697家，因此计算结果为20.28 t/d。考虑到其他小型规模的餐饮店未登记在册等原因，一期餐厨规模按照30 t/d进行设计。

1.2 餐厨垃圾特性

根据对现场餐厨垃圾的取样检测并结合相关资料，发现各个地市的餐厨垃圾组分都各不相同，但是对于餐厨垃圾均需要先除去其中的油脂，然后进行预处理后方可进行综合利用。对该市餐厨垃圾成分进行分析，发现其中有机质成分较高，含油量较高，这为后续的餐厨垃圾协同处置工艺设计提供了指导方向。

2 项目主体工艺技术路线的选择

2.1 主体工艺技术路线的选定

由于该市生活垃圾综合处理厂工程已经建设完成，且距离该项目选址直线距离仅1公里，可以充分考虑利用焚烧厂的设施作为餐厨垃圾处理的补充手段。经过预处理后的餐厨垃圾具有一定的热值，可以通过焚烧处理实现资源化利用，将能够焚烧的部分转化为热能，这样可以大大减少后续生物处理或厌氧发酵处理的高投资问题，同时达到节约投资、节省占地、减量化和资源化的目的。

该市生活垃圾采用分散处理与集中处理相结合的方案，集中处理的餐厨垃圾范围主要为中心城区，餐厨垃圾量相对较少。根据各工艺特点并结合该市餐厨垃圾产生现状，本项目采用“预处理+焚烧”的处理系统，在预处理阶段利用焚烧厂余热对餐厨垃圾中的油脂进行分离提纯，在焚烧处理阶段充分利用建成的生活垃圾焚烧系统实现餐厨垃圾的进一步资源化利用。

2.2 工艺创新点和先进性

综合考虑拟建场址附近的配套处理设施，餐厨垃圾产生的固渣进入焚烧厂焚烧处理，污水经过预处理达到纳管标准后进入新建的工业污水处理厂进行处理，最终达到排放标准后，方可排放，同时与其他固废处理厂共同建设，均是从中间进料，两侧出料，以达到节省占地、减量化和资源化的目的。

3 工程方案设计

3.1 总体工艺路线图及物料平衡图

本项目的餐厨废弃物处置工程主体工艺采用“预处理+焚烧”工艺。总体工艺流程及物料平衡设计如图1、图2。

图1 总体工艺流程图

图2 物料平衡图

3.2 主工艺流程简述

本项目在餐厨垃圾进厂前先经过自控系统监控地磅，经称重、刷卡、记录后进入卸料大厅，餐厨垃圾被倒入指定接料装置的接料斗中。接料装置设置有封闭式房间，设有快速卷帘门，防止臭气外泄，并配置集气罩，以防止废（臭）气扩散；顶部装有排气管口，与除臭系统管道衔接，做负压集中除臭处理；物料通过底部的带沥水功能的螺旋输送机输送至大物质分拣机，传输过程中沥出的游离液体经沥液箱暂存后进入后端除砂系统。

经接料装置沥水后输出的固态物料通过大物质分拣机处理，以机械分选方式将物料中粒径在60 mm以上的杂物分离出系统，主要为大块金属、瓷片、玻璃瓶及塑料袋等杂物，得到的以有机质为主的均质物料进入挤压脱水系统。

经大物质分拣后的均质物料经螺旋输送至挤压脱水系统中，对餐厨垃圾进行压榨脱水，使餐厨垃圾中的有机浆液和有机固渣得到有效分离。固渣经螺旋外运，对于有机质含量较高的固相进行资源化利用。根据实际情况将固渣运至焚烧厂进行处理，液相经除砂装置处理后暂存至浆液缓存池内。

除砂系统将有机浆液中的砂砾等重物质去除，除砂后的浆液进入浆液缓存池储存并用作油水分离系统的原料进入油水分离系统。

浆液缓存池内浆液经输送泵提升至加热罐，加热罐内物料经蒸汽直接加热至80℃以上后，由泵送入卧式离心机进行三相分离，分离出三种状态的物料——水相、渣相、粗油脂。分离出的粗油脂经暂存后泵至室外油罐储存外售，水相暂存入2#池内，由输送泵输送至后端渗滤液处理系统，渣相经螺旋外运处置。

3.3 工艺资源化指标分析及设计要点（表2）

表2 餐厨资源化指标分析表

3.4 工艺流程设计要点

（1）自动化程度高，通过现场完善的反馈信号如电流、液位、温度的信号反馈，实现进料量与设备运行参数相适应的控制，保证了设备运行及生产营运的稳定性，最大化减轻操作人员作业强度，节省人工成本的投入。

（2）适应能力强，可处理因南北饮食文化差异而产生的各类餐厨垃圾，保证系统接纳物料能够进得去，出得来，无卡堵现象存在。

（3）通过减量化处理，保证后道工艺设备的运行安全，减少后续工艺处置的难度，使系统运行更流畅，无卡阻。

（4）本系统可兼容性强，设备稳固，结构简单。

（5）系统设计功能化模块设计清晰、结构简单，可维护性高，关键设备选用适应国内餐厨垃圾特性的自主研发设备，设备稳固、可靠，备品备件通用性强，维护维修方便快捷。

（6）集中化连续处理，系统扩容能力大，后期扩展性强，方便快捷。

（7）系统结构简单，可维护性高，环保安全密闭性好，设备稳固、可靠，备品备件通用性强，维护维修方便快捷。

3.5 主要设备选型及技术参数

本餐厨废弃物处理项目主要由以下系统组成：

①计量称重系统；②接料粗分系统；③挤压脱水系统；④除砂系统；⑤油水分离系统；⑥除臭系统。

3.5.1 计量称重系统

餐厨废弃物收运车进入处理场后，先对车辆进行称重计量。场区入口处设有计量称重系统。设计采用无人值守智能汽车计量称重系统，即采用无线射频设备自动识别过衡车辆，配有视频监控系统配合计算机自动完成称重、放行过程的智能化系统。

设计使用电子车牌自动识别技术配合电子标签，防止更换车牌作弊；使用视频监控系统对过磅过程全程监控及录像，监控空车挂载等作弊行为；使用自助人机交互系统，用于自动打印过磅小票，显示称重信息，以及实现工作人员与司机的实时通话。

同时系统设计除了具有传统的过衡管理功能外，还可以实现数据、图像远传功能，便于称重计量过程的监督管理。

3.5.2 物料接收系统

餐厨垃圾接收系统由1座接收料斗、料斗底部螺旋组成，考虑到进场垃圾高峰期排队现象及超负荷余量，料斗容积为50 m3。

接收料斗底部设置一套双螺旋给料机，该螺旋给料机设置可实现正反转功能的螺旋，不仅可对大块垃圾及袋装垃圾进行挤压破碎，同时可挤压出垃圾中的水分，产生大量沥液。接收料斗底板设计多孔结构，沥液通过多孔底板自流进入沥水收集箱，然后泵送至后端惰性物分离装置。料斗中剩余物料经螺旋给料机和后续分选进料螺旋输送至大物质分选机即自动分选机。

由于接收过程为本项目臭气控制源之一，因此，接收料斗上部设置集气罩，用于臭气抽吸，防止其外逸至预处理车间。

3.5.3 自动分选系统

餐厨垃圾自动分选系统由自动分选单元、浆料加热单元和固相分离单元以及相应的输送机械组成。

接收料斗中经过沥水的餐厨垃圾经由输送螺旋输送至自动分选机，自动分选机的主要功能是对餐厨废弃物中的塑料、织物及硬质不易破碎的金属等无机物进行分离，同时通过特殊设计的转锤对餐厨废弃物中的食物残渣进行浆化处理，产生的有机粗浆料从下部多孔板排出，自动分选产生的无机物通过螺旋输送机输送至存储箱，其主要成分为塑料、金属，视品质进行回收或处置。

3.5.4 固液分离系统

固液分离机是一种分离物料中游离性液体的连续式脱液机械，物料是在边挤压边翻动再挤压的过程中完成脱液。该产品独特创新的结构设计使其具有物料处理量大、生产连续、速度快、安全性好、操作轻松方便等优点，且可对出料的不同湿度要求进行合理的调节，很好地解决了先前同类产品的易积料、挤出液含固率高、难清理、适用范围狭小等缺点。分离出的固渣通过螺旋输送至垃圾储坑，流出的浆料进入惰性物分离装置，与沥水混合稀释。

由于沥水和固液分离机挤压出来的浆料中含有大量的浮渣，这些浮渣很难分离出来。因此，惰性物分离装置主要功能是对沥水和固液分离机挤压出来的浆料进行深度除浮渣和砂砾，减小提油和后续处理系统的负荷。

惰性物分离装置的最大优点是自动化程度高、分离效率高、动力消耗小、无噪音、耐腐蚀性能好，在无人值守的情况下可保证连续稳定工作，设置了过载安全保护装置，在设备发生故障时，会报警并自动停机，避免设备超负荷工作。该装置内设有多块特殊设计的挡板，底部设有螺旋输送机，有机浆液进入装置后呈水平运动，而浆液中的砂砾在重力作用下呈抛物线运动，砂砾在碰撞挡板后滑落（坠落）至底部螺旋，通过底部螺旋向外输送，输送出来的砂砾与固液分离机分离出来的固渣一并外运至垃圾储坑。

3.5.5 除砂系统

除砂系统主要作用是去除有机浆液中遗留的重物质（贝壳、玻璃、瓷片、砂石等）杂质，防止其对离心机、泵、管道等设备造成损害。

利用重力沉砂原理，能够对浆液中砂石进行有效去除，以保障后端工艺段内罐内积砂较少，设备磨损小。设备与物料接触部分均采用304不锈钢以上材质，耐腐蚀性强。系统耗电设备少，运行电耗较少，除砂效果好。

3.5.6 油脂回收与提纯系统

固液分离产生的有机料液经过旋流除砂后，泵入三相提油机进行提油，三相提油产生的水相外排，与周边污水综合处理；固相焚烧或填埋；三相提油机出油纯度大于85%，进行进一步提纯。

本项目采用的三相分离机利用离心沉降原理对悬浮液-固液进行连续分离，固相由螺旋不断推出，该机是一种连续高效的固－液分离设备，其应用范围广，对物料的适应性能好，广泛应用于化工、轻工、食品、造纸、采矿等工业部门，适用于悬浮液固相重量浓度≤10%（或经24 h自由沉降后体积浓度≤50%），固相粒子当量直径≥0.005～2 mm，液固密度差≥0.05 g/cm3的悬浮液的液固分离，如对碳酸钙、硫酸钙、聚氯乙烯、酒糟、豆渣、大豆蛋白、造纸纸浆、植物油、高岭土、白泥、环保行业的污泥以及适于沉降离心分离的各类化工产品等物料均能进行有效处理。三相分离机不仅实现固－液分离，还可对比重不同的液液进行分离。

为提高油脂提纯的质量，设计对三相提油产生的油水混合液进行二次加热，加热后的混合液采用立式提油机进行提纯，提纯产生纯度为98%的毛油进入毛油储罐。提纯油脂所用热源为焚烧厂余热，节能减排，提高项目经济效益。

3.5.7 废水预处理系统

针对餐厨垃圾处理及清理过程中产生的高污染废水，需要进行预处理达标后方可排入园区工业污水处理厂，出水严格执行《污水排入城镇下水道水质标准》（GB 31962—2015）中B级标准。

餐厨垃圾废水中含有大量大粒径固体悬浮物、油脂以及重金属污染物，为保证后续工艺的稳定运行，首先应对废水进行预处理。建议采用固液分离机除去3 mm以上颗粒，减小后续装置运行负荷。餐厨废水含有较多油脂以及重金属污染物，这些污染物用重力沉降的方式无法除去，因此在固液分离后加入气浮装置作为餐厨废水除油预处理，在气浮运行的同时添加化学药剂，使污染物絮凝沉淀，大大减少了废水中油脂、固体悬浮物以及重金属等污染物。

餐厨废水中含有动植物油脂、淀粉、蛋白质、各种氨基酸等短、中、长链有机碳水化合物，在这些种类各异的有机物中，中短链碳水化合物容易好氧降解，适合于好氧生物处理工艺，但类似酪蛋白、乳清蛋白等长链高蛋白类、支链氨基酸等大分子量碳水化合物，好氧微生物并不能将其很好地消化分解。为解决这一问题，除物化处理方法外，首选的生物处理工艺是厌氧水解酸化工艺。在厌氧环境中，蛋白水解酶等专性厌氧菌以长链高分子有机物为碳源，经过水解、酸化、产乙酸、甲烷化四个阶段，最终实现了降解中小碳水有机物，分解长链高分子有机物的目的，为后续的好氧处理奠定了基础。

餐厨废水经过厌氧处理后，长链高分子碳水化合物被分解成小分子的碳水化合物，适合活性污泥处理工艺的环境条件，因此，后续的处理工艺选择好氧生物处理。

采用厌氧技术具有较好的处理效果，能耗低，运行成本低，并可回收部分沼气。甲烷菌的世代时间长于好氧菌。连续搅拌槽反应器是指带有搅拌桨的槽式反应器，又被称为全混流反应器（CSTR）。搅拌的目的在于使物料体系达到均匀状态，以利于反应的均匀和传热。反应过程包括体系中物料的物理和化学变化，表征其体系特性的参数包括温度、压力、液位及体系组分等。

综合餐饮垃圾废水的性质和以上几种工艺的处理效果，经过筛选，本设计决定选用预处理+CSTR+两级AO+外置式MBR+深度处理工艺。其中：预处理采用除渣+气浮除油工艺；生物处理工艺采用目前国内比较流行的CSTR 厌氧反应器+两级AO+MBR 法组合工艺；再通过NF 纳滤，产生的浓缩液经过深度处理后回至生化系统，即可保证本废水处理站出水稳定达标。

4 结束语

本工程所采用的餐厨垃圾高效协同处置方案，充分利用城市餐厨垃圾发电和生产毛油，将餐厨垃圾资源综合利用，响应了城市垃圾“减量化、再利用、资源化”的战略方针，不仅可以保护当地的环境，节约土地资源，为地方创收开辟新思路，而且更重要的是引进新技术、新产品、新思路，为本地经济建设实现跨越式发展、社会和谐发展奠定了基础，具有广阔的推广应用价值。