德國STRABAG 干式厭氧處理工藝
 
餐廚垃圾厭氧工藝

[2016-08-10] [點擊:813]
1.前言
  餐廚垃圾是城市日常生活中產生的最為普遍的廢棄物,屬于城市生活垃圾,其主要成分包括淀粉類食物、植物纖維、動物蛋白和脂肪類等有機物,具有含水率高,油脂、鹽份含量高,易腐爛發臭,不利于普通垃圾車運輸等特點。這類垃圾若不經分類專項處理,會對環境造成極大的危害。

  餐廚垃圾主要來源于餐飲服務業、家庭和企事業單位食堂等產生的食物加工下腳料(廚余)和食用殘余 (泔腳)。隨著我們國家經濟的飛速發展,城市化進程的逐漸加快,餐廚垃圾的產量呈現出逐年上升的趨勢。在國內的大型,特大型城市中如北京,上海,深圳等,餐廚垃圾的日產量已達數千噸,全國餐廚垃圾的年產量達到千萬噸,單純填埋的話,占用大量土地,產生的垃圾滲濾液和填埋氣體也需要后期處理,耗費大量人力,物力。
  餐廚垃圾目前在很多城市尚未進行規范化管理,收集容器擺放地環境臟亂,孳生和招引蚊、蠅、鼠、蟑螂等害蟲,易傳染疾病,危害人民的身體健康。垃圾收集地附近容易產生難聞氣味,引起人們感官上的反感;由于餐廚垃圾含水量較高的特性,在運輸的過程中存在一系列問題。運輸車輛不規范,易發生餐廚垃圾外漏和傾灑,嚴重影響市容、市貌和交通;最主要的是城市餐飲企業的垃圾多被養殖戶收集,作為養殖飼料直接使用,垃圾未經處理進入人類食物鏈,危及人民群眾的身體健康;同時地溝油也被收集起來重新煉制成為廉價食用油,在市場上再次流通,危害人民群眾的身體健康。
  在存在問題的同時,餐廚垃圾因其富含有機物也可作為潛在的能源供應體。通過恰當的處理方法,可以釋放出蘊藏在餐廚垃圾中的能量,轉化為電能,熱能,作為常規能源載體的有效補充。在當前我國能源供應日趨緊張的時期,尋求新能源迫在眉睫,利用餐廚垃圾通過成熟工藝技術獲取能源不失為合理的解決方案。


2.餐廚垃圾概況
2.1.餐廚垃圾性質
集中收集的餐廚垃圾成分復雜,不僅包括賓館、飯店的剩菜、剩飯還包括大量廢舊餐具、破碎的器皿,廚房的下腳料等,是油、水、果皮、蔬菜、米面,魚、肉、骨頭以及廢餐具、塑料、紙巾等多種物質的混合物。糖類含量高,以蛋白質、淀粉和動物脂肪等為主,且鹽分、油脂含量高。以中國南方某城市為例,下表詳細給出了餐廚垃圾的組分與成份:

表2.1 :餐廚垃圾組分
食物垃圾 
紙張 
金屬 
骨頭 
木頭 
織物 
塑料 
油脂 
75.1% - 90.1% 
0.8% 
0.1% 
5.2% 
1.0% 
0.1% 
0.7% 
2.0% - 17% 

表2.2 :餐廚垃圾成分
平均含水率 
平均含固率 
有機干物質 
含油率 
粗蛋白 
鹽分 
總含碳量 
碳氮比C/N 
有機酸 
87% 
13% 
93%TS 
17% 
15 g/100g 
0.2 %– 1.0% 
360 g/kg 
15 
1500 mg/L 
餐廚垃圾的特點可歸納為:
1) 含水率高,可達80% - 95%
2) 鹽分含量高,部分地區含辣椒,醋酸高
3) 有機物含量高,蛋白質,纖維素,淀粉,脂肪等
4) 富含氮,磷,鉀,鈣及各種微量元素
5) 存在有病原菌,病原微生物
6) 易腐爛,變質,發臭,滋生蚊蠅

2.2.餐廚垃圾無害化處理的必要性
  之前我國餐廚垃圾的主要用途是被城市周邊的養殖戶收集起來作為飼料直接使用,這種利用方式有著悠久的歷史。這種利用方式的問題在于:
1、餐廚垃圾中含有大量人畜共患傳染病的病原微生物,不但容易引起動物感染病毒,還容易造成人體感染口蹄疫、肝炎等疾病。
2、豬食用后極易感染和誘發各種疾病,勢必加大對病豬的用藥劑量,從而會加大抗生素類藥物的殘留,通過豬肉進入人體,容易對人體健康造成危害。
3、餐廚廢棄物,已受到鋁、汞、鎘等重金屬以及有機化合物、苯類化合物的污染,被豬食用后,有害物質蓄積在豬的脂肪、肌肉等組織里,人食用到一定程度后,就會導致肝臟、腎臟等系統免疫功能下降。
  此外,餐廚垃圾作飼料可能會導致同源性污染。所謂同源性污染是指動物食用其同類動物的肉,骨,血液等動物組織生產的動物源性飼料,產生的潛在的,不確定的傳播疾病風險。餐廚垃圾中恰恰含有動物組織,直接作為動物飼料的話,存在著潛在風險。
  除直接作為飼料喂養動物使用外,餐廚垃圾中的油脂部份被不法分子提煉后重新作為食用油(地溝油)使用也對人類的健康產生威脅。地溝油中含有黃曲霉素,苯等毒素雜質,長期食用會造成慢性疾病的發生,更嚴重時會致癌。
2.3.餐廚垃圾資源化處理的可行性
餐廚垃圾是動植物原料經過加工后產生的,其中富含有機物質,有機無中蘊含有大量的能量,如果餐廚垃圾只是被簡單的填埋在垃圾填埋場中,這些能量就被白白的浪費掉了。隨著我國經濟的快速發展及經濟結構的調整,對能源,特別是綠色可再生能源的需求越來越迫切,高效合理地將蘊藏在垃圾中的能源重新利用起來,將會部分滿足這種能源需求。
20世紀末技術人員把原本用于污水處理領域內的厭氧發酵產沼氣技術移植到餐廚垃圾處理上來,經過不斷的努力,如今利用厭氧發酵處理餐廚垃圾產沼氣在技術上已經十分成熟,工藝也相當可靠。該技術的原理是餐廚垃圾中的有機物在厭氧菌的作用下,在適宜的溫度條件下,經過發酵降解產生沼氣。同時降解后產生的含水量較小的沼渣經過處理后作為有機肥料使用,沼液作為液體肥料使用,從而實現垃圾減量化資源化利用。發酵后產生的沼氣中含有55%-75%(體積濃度)的甲烷,可用于發電,供熱等,能夠緩解能源供應緊張的局面。
3.餐廚垃圾的處理
餐廚垃圾的處理包含有三方面內容:餐廚垃圾的收集運輸;餐廚垃圾的無害化,資源化處理;處理后產物的利用。
3.1.餐廚垃圾的收運
目前國內已有部分城市頒布實施了餐廚廢棄物管理條例,對餐廚垃圾的收運做出了具體的規定。餐廚垃圾收運系統由垃圾收集裝置、垃圾運輸裝置及其維修車間等設施組成,主要負責賓館、食堂及餐飲企業餐廚垃圾的收集和運輸。

餐廚垃圾產生后,由賓館、食堂等產生單位將其收入標準收集桶內,在環衛部門規定的時間內放置于指定的轉運點,再由環衛部門或政府指定的垃圾清運企業定時收運。

運輸車輛采用密閉式運輸車,車上設有掛桶機構,將垃圾標準桶提升至車廂頂部,再通過翻料機構將垃圾倒入車廂內,運輸過程中車廂密閉。

垃圾被運至處理廠卸料平臺之后,密封后蓋打開,推料機構將餐廚垃圾推出,進入接料系統進行后續處理。車上所有操作為液壓自動控制,可分別在駕駛室和車旁操作。

為了對運輸車輛及設備進行日常維護和修理,在垃圾處理廠內設置了小型維修車間,車間內配置有相應的車輛維護設備,可在車間內對車輛進行一般維護、輪胎加氣和修理,大修則在廠外協作。

收運流程為:賓館、食堂、餐廳標準桶——收集點——運輸車——處理廠計量——卸料平臺卸料——車輛清洗——再次收運。
餐廚垃圾的收運清理過程須保證運輸器具的密封性,清潔性,收運的及時性,以及收運單位的經濟性。
3.2.餐廚垃圾處理技術
3.2.1.概述
目前餐廚垃圾的處理技術主要包括有:
1) 填埋
2) 焚燒
3) 好氧堆肥
4) 飼料化處理
5) 厭氧發酵
3.2.1.1.餐廚垃圾的填埋
目前我國的餐廚垃圾大部分采用的仍然是直接填埋的處理方式。收運來的餐廚垃圾與
其他生活垃圾混雜在一起,直接進入填埋場進行填埋。這種工藝的優點是方法簡單,運行的費用低廉,而且處理量巨大。缺點是占用大量土地資源,耗費大量的土地征用費用。餐廚垃圾填埋后因其含水率高,有機物含量高等特點,會形成垃圾滲濾液,臭氣等直接影響到地下水和大氣等自然資源,形成二次污染,危害人類的健康。另外,餐廚垃圾直接填埋也白白浪費掉了垃圾中蘊含的能量,使得資源沒有得到有效利用。

在當前土地資源緊缺、人們對環境問題的關注度越來越高,餐廚垃圾產量日趨增高的前提下,填埋處理技術已明顯不適合我國餐廚垃圾處理的實際情況。
3.1.餐廚垃圾的收運
目前國內已有部分城市頒布實施了餐廚廢棄物管理條例,對餐廚垃圾的收運做出了具體的規定。餐廚垃圾收運系統由垃圾收集裝置、垃圾運輸裝置及其維修車間等設施組成,主要負責賓館、食堂及餐飲企業餐廚垃圾的收集和運輸。

餐廚垃圾產生后,由賓館、食堂等產生單位將其收入標準收集桶內,在環衛部門規定的時間內放置于指定的轉運點,再由環衛部門或政府指定的垃圾清運企業定時收運。

運輸車輛采用密閉式運輸車,車上設有掛桶機構,將垃圾標準桶提升至車廂頂部,再通過翻料機構將垃圾倒入車廂內,運輸過程中車廂密閉。

垃圾被運至處理廠卸料平臺之后,密封后蓋打開,推料機構將餐廚垃圾推出,進入接料系統進行后續處理。車上所有操作為液壓自動控制,可分別在駕駛室和車旁操作。

為了對運輸車輛及設備進行日常維護和修理,在垃圾處理廠內設置了小型維修車間,車間內配置有相應的車輛維護設備,可在車間內對車輛進行一般維護、輪胎加氣和修理,大修則在廠外協作。

收運流程為:賓館、食堂、餐廳標準桶——收集點——運輸車——處理廠計量——卸料平臺卸料——車輛清洗——再次收運。

餐廚垃圾的收運清理過程須保證運輸器具的密封性,清潔性,收運的及時性,以及收運單位的經濟性。
3.2.餐廚垃圾處理技術
3.2.1.概述
目前餐廚垃圾的處理技術主要包括有:
1) 填埋
2) 焚燒
3) 好氧堆肥
4) 飼料化處理
5) 厭氧發酵
3.2.1.1.餐廚垃圾的填埋
目前我國的餐廚垃圾大部分采用的仍然是直接填埋的處理方式。收運來的餐廚垃圾與
其他生活垃圾混雜在一起,直接進入填埋場進行填埋。這種工藝的優點是方法簡單,運行的費用低廉,而且處理量巨大。缺點是占用大量土地資源,耗費大量的土地征用費用。餐廚垃圾填埋后因其含水率高,有機物含量高等特點,會形成垃圾滲濾液,臭氣等直接影響到地下水和大氣等自然資源,形成二次污染,危害人類的健康。另外,餐廚垃圾直接填埋也白白浪費掉了垃圾中蘊含的能量,使得資源沒有得到有效利用。

在當前土地資源緊缺、人們對環境問題的關注度越來越高,餐廚垃圾產量日趨增高的前提下,填埋處理技術已明顯不適合我國餐廚垃圾處理的實際情況。

3.2.1.2.餐廚垃圾的焚燒

將垃圾中的可燃物燃燒后產生熱量進行發電,從而達到垃圾資源化利用的一種垃圾處理工藝。該工藝的優點是處理量大,垃圾的減量效果明顯。焚燒后產生的熱量可以發電,實現垃圾資源化利用。但是焚燒工藝對垃圾的熱值較高的要求,餐廚垃圾中的含水量通常在80%-90%間,過高的含水率使得餐廚垃圾的熱值也很低,如果使用焚燒技術進行處理,將會極大地增加處理成本。同時由于不完全燃燒產生的氣體固體產物排放后會危害人類的健康。

近年來我國垃圾焚燒項目在實施過程中引起的爭議較大,人民群眾對焚燒技術的信任程度與接受認可程度均不高,因此無論從技術上看,還是從社會影響上看,焚燒技術應用在餐廚垃圾處理項目上的可行性很低。

3.2.1.3.餐廚垃圾的好氧堆肥

好氧堆肥技術是指有機物在有氧條件下,在好氧微生物(主要是菌類)的作用下,將高分子有機物降解成為無機物的過程。好氧堆肥的技術比較成熟,在國外的應用比較廣泛。該工藝的優點是技術比較簡單,好氧處理后的產物可作為農產品使用,實現了垃圾的再利用。但是好氧堆肥技術主要應用于綠色植物垃圾(市政維護產生的樹枝,樹葉等)及秸稈等富含組織結構的垃圾處理,對于餐廚垃圾這樣不含有組織結構的垃圾處理沒有技術上的優勢。此外,好氧堆肥占地面積較大,處理周期加長,增大運行成本。好氧過程在非密閉環境內進行,產生的臭氣會形成二次污染,影響周圍環境。

由于餐廚垃圾的含水量較大,在好氧堆肥技術上液體的處理也是技術上的難點。餐廚垃圾的好氧堆肥并不適用。

3.2.1.4.餐廚垃圾的飼料化處理

餐廚垃圾的飼料化處理是指餐廚垃圾經過固液分離后,含固率較高的部份經過高溫殺菌消毒烘干后,加入適當的菌類將有機物降解成為生物飼料的過程。其他的液體垃圾部分經過厭氧發酵產沼氣,含有的油脂經過油水分離后可制成工業原料或生物柴油。

飼料化處理的優點是機械化程度高,占地面積較小,垃圾的資源化利用程度高。缺點是制得的有機飼料重新進入食物鏈,最終回到人體之中,其中的風險無法預測。目前國家有關部委正在評估有關餐廚垃圾飼料化產物利用的風險問題,該處理技術前景并不明朗。

3.2.1.5.餐廚垃圾厭氧發酵處理

餐廚垃圾的厭氧發酵處理是指垃圾中的有機物質在厭氧菌的作用下,由高分子物質降解成為小分子物質,最終轉化為沼氣的過程。

餐廚垃圾經厭氧發酵降解后產生的沼氣可通過熱電聯產發電機組中轉化為電能和熱能,電能可接入電網供生產生活實用,熱能在供應垃圾處理設備自身使用后可補充市政供熱設施部份熱能需求,實現經濟利益與社會效益共贏的局面。

發酵后產生的沼液經過脫氮,脫鹽,脫硫處理后可作為液態有機肥料在農業灌溉園林種植等領域廣泛使用。沼渣經過好氧堆肥后也可作為肥料使用,從而實現垃圾的減量化,資源化處理。

厭氧發酵技術的優點是垃圾的減量化,資源化處理效果好,產生的沼氣發電可作為新能源補充現有常規能源。厭氧發酵過程中無臭氣逸出,發酵后不會產生二次污染,社會大眾的接受程度較高。該技術成熟,在國外已有較為廣泛的應用,工程案例很多。
3.2.3.餐廚垃圾厭氧發酵處理工藝流程
餐廚垃圾厭氧處理工藝主要是指通過成熟穩定的厭氧發酵技術,使收運來并且經過預處理的餐廚垃圾在厭氧菌的作用下,在一定的溫度條件下,密閉容器中發酵后產生沼氣并且沼氣通過熱點聯產發動機發電和供熱的過程。發酵后產生的沼液和沼渣經過無害化,資源化處理后可作為肥料再次使用,從而實現垃圾的減量化再利用。
以兩相厭氧工藝為例,餐廚垃圾厭氧發酵工藝流程主要包括:
1) 預處理
2) 水解酸化
3) 產沼氣
4) 沼氣利用
5) 沼液,沼渣處理及再利用
3. 2. 3. 1.預處理
餐廚垃圾經過收運車輛的運輸到達處理場地后,傾倒入進料池內。由于在餐廚垃圾產生地如餐館,飯店收集垃圾時會使用塑料包裝袋,因此進料垃圾首先進行破袋處理,破袋后的垃圾再進入預處理階段,進行機械預處理。
收運來的餐廚垃圾中通常會含有一定量的干擾物質,如紙張,金屬,骨頭等。這些物質在厭氧發酵過程中不能被降解,因此應在預處理階段被分選出去。紙張和金屬類物質可循環利用,其他的物質進入填埋場進行衛生填埋。
分選后的餐廚垃圾中仍然含有顆粒較大的物質,如水果,蔬菜,肉塊等。顆粒較大的垃圾在輸送管道內輸送或在容器內攪拌時可能對設備的穩定運行產生影響,同時顆粒較大的物質比表面積較小,這樣會使得垃圾顆粒在反應器內與厭氧菌的接觸面積減小,降低厭氧發酵降解效果。為增強處理過程中設備運行的穩定性以及提高厭氧發酵的效果,在進行分揀后,餐廚垃圾通常需再進行粉碎處理,粉碎后的垃圾顆粒根據不同工藝要求不同,通常情況下顆粒大小在10mm左右。
粉碎后的垃圾可進行固液分離。餐廚垃圾在經過了分選、粉碎后仍然含有一些顆粒較小,但是在厭氧反應器中不能夠被降解掉的固體物質,如細砂等。這些固體物質進入反應器后通過內部攪拌,會磨損反應器和攪拌器,降低設備使用壽命。長時間運行時,還會在反應器底部形成堆積,降低反應器的有效是使用體積。通過固液分離可使得這部份固體物質從垃圾中分離出去,只剩下可降解物質進入反應器,從而提高厭氧發酵罐的工作效率,保證產氣穩定,進而保證整個厭氧裝置的高效穩定運行。
當餐廚垃圾的干物質含量(TS)高于反應器設計進料TS時,通常會在垃圾進入反應器前加入清水或循環回流水進行稀釋,以降低TS。此時可在預處理階段設均漿工藝。經過均漿后的垃圾物料再通過管道輸送入反應器內。

3. 2. 3.2.水解酸化
經過預處理的餐廚垃圾進入水解酸化罐內進行水解酸化。在此之前,可以設置熱交換設備,使得垃圾在管道輸送過程中實現升溫,達到水解酸化所需溫度,從而避免反應器內溫度出現較大的起伏變化。

有機垃圾在反應器內經過水和水解酸化菌的作用下,由塊狀,大分子有機物,逐步轉化成為小分子有機酸類,同時釋放出二氧化碳,氫氣,硫化氫等氣體。水解酸化階段產生的有機酸主要是乙酸,丙酸,丁酸等。由于水解酸化過程進行的很快,反應器內很快形成酸性環境,也就是說pH值在降低。盡管水解酸化菌的耐酸性很好,當pH值過低時,菌類仍然會受到抑制,導致降解效果低下。

為解決這一問題,可向反應器內加入堿性物質進行中和,但堿性物質的加入會增加鹽度,對厭氧發酵和沼液處理產生負面影響。此外為解決pH值過低的問題,也可使用pH值較高(約8)的循環回流水進行中和;亓魉氖褂每刹糠纸鉀Q發酵后沼液處理問題,實現厭氧發酵廠內的物質循環利用。同時使用回流水也可補充部分養料及稀有金屬供給厭氧菌使用,避免菌類因營養缺乏引起的活性下降甚至死亡。

水解酸化階段產生的氣體中含有硫化氫,不能直接排放進入空氣,經過脫硫處理后氣體可直接排放或作其他用途。

水解酸化階段的溫度通?刂圃25℃-35℃,并且不會隨著產甲烷階段的溫度變化而改變。維持反應器內溫度可使用沼氣熱點聯產后產生的熱量實現。

3.2.3.3.產甲烷
  產甲烷階段也可稱為產氣階段,這一階段是厭氧發酵的核心階段,厭氧發酵的主要產品都來自于這一階段,因此,控制好這一階段是控制好整個厭氧處理的關鍵。
  水解酸化階段的產物如有機酸類和溶解在液體中氫氣,二氧化碳等通過管道運輸進入產甲烷罐中,有機酸和氣體在反應器內被進一步轉化為甲烷氣體和二氧化碳氣體,由于硫化氫在水解酸化階段已經釋放出去,在產甲烷階段的硫化氫產量很小,幾乎可忽略不計。
  由于進入產甲烷罐的物料為水解酸化后的有機酸,因此反應器的可以適應較高的有機負荷,同時縮短物料的停留時間。根據國外現有經驗表明,反應器的有機負荷通常在3 - 4.5 kg oTS/m3.d 。沼氣產量可穩定保持在700 - 900 L/kg oTS 之間,沼氣中甲烷濃度在60%-75%間。
  影響厭氧發酵的因素有很多,如反應器內的溫度,pH值,進料垃圾的碳氮比等,這些因素直接影響著厭氧降解的穩定性。表3.6中列出了影響厭氧降解過程的各種因素及其工藝適宜值.

表3.6 厭氧降解影響因素及其工藝適宜值
影響因素
水解酸化階段
產甲烷階段
溫度
25℃-35℃
中溫:35℃-38℃
高溫:55℃-60℃
酸堿值(pH值)
5.2-6.3
6.8-7.5
碳氮比(C/N
10-45
20-30
固含量
40 %? TS
30 %? TS
養料 C:N:P:S
500:15:5:3
600:15:5:3
微量元素
無要求
鎳,鉻,錳,硒

 

3.2.3.4.沼氣利用
  發酵后產生的沼氣中含有甲烷,二氧化碳,硫化氫,其他氣體等。甲烷氣具有可燃性,濃度通?蛇_到60%-75%,沼氣通入熱電聯產發電機后可進行發電,剩余的熱量可供垃圾處理設備自身使用。根據國外已有項目經驗,處理能力為200噸/天的垃圾厭氧處理廠每天的沼氣產量可達到25000m3-30000m3,當沼氣中的甲烷濃度為60%時,由此發出的電能約為60000kW.h/d - 71000kW.h/。
  除了直接燃燒發電之外,厭氧發酵后產生的沼氣還可以在經過脫碳凈化后進入城市煤氣生產企業,經過加壓后進入管網,供給居民日常生活使用。
  隨著技術的不斷進步,新能源汽車逐漸出現在市場之上。歐洲國家,如瑞典,德國等已經出現了利用沼氣作為燃料的新能源汽車。如果能夠普及加注站點,沼氣也是十分優越的新能源汽車燃料。

3.2.3.5.沼液,沼渣的處理及利用

  厭氧發酵后的剩余產物從發酵罐出來后仍然具有較高的含水率,并不能夠直接填埋,而是需要先經過脫水處理。發酵剩余物經過離心脫水后還會產生沼液及沼渣。沼液和沼渣中富含有氮,磷,鉀,微量元素等植物所需的營養物質,可被用來作為有機肥料使用。
  關于沼液制肥料的處理在國外已有成熟的技術,并且經過實際應用,效果良好,使得經過處理后的沼液可以符合有關標準要求,直接作為液體肥料噴灑在農田里。
  脫水后剩余的沼渣經過好氧堆肥后可作為成品肥料出售。在進行好氧堆肥時通常要加入秸稈的物質降低含水率并且補充營養物質。堆肥的時間大概在15-25天間,經過堆肥后的肥料即可作為肥料在市場上出售。
  這種利用發酵后剩余物的方式在歐洲厭氧發酵應用廣泛的國家已經得到驗證,并獲得成功。依據我國農業現狀,經過處理后制得的有機肥料有比較廣泛的市場。
  除此之外,沼液在經過脫鹽,脫硫,脫氮,脫磷等處理后達標排放。

3.2.3.6.廢油脂利用
  我國有著悠久的飲食文化傳統,各地美味佳肴數不勝數,菜肴中除了肉,蛋,蔬菜等食材外,還有烹制所加入的食用油。也就是說,餐廚垃圾中除了含有大量的有機物外還存在油脂類廢棄物,因此,在處理餐廚垃圾時應對廢棄油脂采取相應的解決辦法。
  餐廚垃圾中的油脂是可以被厭氧發酵降解掉的,但脂肪的性質決定了其厭氧降解過程十分緩慢,并且及易在反應器內與其它物質形成黏度較大的懸浮物,影響設備的正常運行。因此在厭氧發酵工藝中通常先去除餐廚垃圾中含有的大量油脂廢棄物,剩余的含有較少量油脂的餐廚垃圾進入到發酵罐中進行降解。
  餐廚垃圾中的油脂部分通常在預處理階段通過油水分離的方式從垃圾中分離出去。這些油脂可以同回收的“地溝油”及廢食用油一起,經過化學方法或生物方法處理后轉變為生物柴油或其他化工工業原料,可實現較好的經濟效益。通過油脂的分離處理利用,既實現了廢棄資源的重新利用,產生較好的經濟回報,又能夠從源頭上消除“地溝油”的生產,使得“地溝油”不再回到人們的餐桌上,保證食品安全,避免人們的身體健康受到危害。

4.公司采用工藝
通過與德國餐廚垃圾處理企業合作,引進世界領先的餐廚垃圾處理工藝及設備,采用成熟工藝及高效設備完成餐廚垃圾的厭氧處理,真正實現餐廚垃圾的無害化,資源化,減量化處理。
本工藝為連續式、中溫、濕法、兩相厭氧發酵工藝,與其他厭氧發酵工藝相比,該工藝有如下特點:

表4.1 工藝特點
工藝名稱 與其他厭氧工藝相比的特點

4. 自動化程度較高
 
工藝名稱
與其他厭氧工藝相比的特點
中溫
1. 降解過程穩定
2. 菌類的生物物種多樣
3. 氨氮物質對厭氧降解的抑制作用小
4. 4.能耗較小
濕法
1. 進料的傳送、混合技術簡單
2. 反應器內攪拌技術簡單
3. 反應器內的熱交換及物質交換好,產生的氣體較易釋放出來
兩相
1. 工藝穩定性好
2. 產氣量較高
連續式
1. 反應器數量較少
2. 占地面積較小
3. 運行成本較低
4. 自動化程度較高


本工藝根據餐廚垃圾處理廠日處理量200噸設計完成,各工藝組成部分為模塊化設計,可根據業主的不同要求優化設計。設計工藝技術指標如下:

表4.2 工藝指標(無油脂分離)
 
工藝參數
指標
工藝參數
指標
處理能力
50 t/d
雜質含量
 
干物質含量(TS
25%
發酵溫度
37-42 ℃
有機干物質含量(oTS
 
有機降解率
88%
沼氣產量
432.45 m3/h
需水量
 
單位產氣能力
874 L/kg oTS
電耗
1425 MWh/a
甲烷濃度
≥58%
熱耗
3919 MWh/a
有機負荷
 
占地面積
 
發電裝機容量
1 MW
停留時間
 


工藝流程如下:
1) 機械化預處理過程
2) 水解酸化過程
3) 發酵產氣過程
4) 沼氣發電過程
5) 發酵后沼液,沼渣處理利用過程
6) 廢棄油脂處理再利用過程(可選)

工藝流程圖:
 



4.1.1.機械化預處理過程
餐廚垃圾經收運車輛運輸后到達處理場,處理過程的開端是物料接收池。垃圾被直接傾倒入接收池內,經過螺旋輸送器運送至粉碎分揀裝置,在這個輸送過程中可實現破袋,粗粉碎等過程。
根據不同工藝設計,破袋后的垃圾原料可進行除油分離處理。油脂在垃圾中以游離態和固態存在。游離態的油脂可通過油水分離去除,固態油脂經過高溫析出,以游離態存在,再經過油水分離去除。分離出來的油脂可作為工業原料制取具有經濟價值的產品,剩余的廢水仍然具有較高的有機物含量,進入發酵系統發酵,制取沼氣
分揀粉碎階段主要是實現餐廚垃圾中輕重物質的分離,雜質的去除,垃圾顆粒的減小,上海聞源環境公司引進德國先進設備,在同一設備運行過程中可同時實現以上這三個目的,能夠極大地提高處理效率,優化處理結果,降低運行成本。經過粉碎分揀后分離出來的雜質進入衛生填埋場填埋,雜質的去除率可達99%。分揀出來的輕重物質主要是有機合成物及金屬物等,可回收再利用,創造經濟價值,實現物質的循環利用,也符合垃圾處理循環利用的要求。
經過粉碎分揀后的垃圾物料再次進行高溫殺菌消毒處理,這是影響到垃圾處理后沼液,沼渣作為有機肥料使用能否達標的重要過程。我公司嚴格按照歐洲現行針對非食用類動物副產品殺菌消毒標準(EG 1774/2002)對餐廚垃圾進行殺菌消毒處理,餐廚垃圾在70℃高溫下經過1個小時的下毒,避免由此而產生的危害人類健康,導致自然界污染等情況的產生,完全做到餐廚垃圾的無害化,無毒化處理。

4.1.2.水解酸化過程
經過一系列機械化預處理過程后,餐廚垃圾被制成均質漿液,漿液被泵入水解罐內進行水解酸化處理。水解酸化是整個有機物厭氧降解開始,有機物在水解罐內被從大分子水解開,逐漸轉變為中小分子的有機酸,同時伴隨釋放出部分氣體。餐廚垃圾的水解酸化有厭氧菌類參與,由于水解酸化菌類發揮最佳活性的環境條件與產甲烷菌類發揮最佳活性的環境條件有較大差別,因此為實現最佳的降解效果,本工藝設計為水解酸化過程與產甲烷過程分別獨立進行的兩相發酵過程,避免出現其他單相工藝容易出現的反應器內酸化,導致整個厭氧降解過程受到抑制的不利情況。最大限度的保證厭氧發酵過程的穩定性。
兩相厭氧發酵工藝在德國眾多有機垃圾厭氧降解工程中得到應用。由于實現了不同降解過程的獨立進行,大大提高的整體的厭氧降過程的穩定性,同時也提高了產氣效果,增加收益。

4.1.3.產沼氣過程
經過水解酸化過程后產生的有機酸類物質通過管道輸送進入發酵罐中,在適當的溫度,pH值等條件下,在產甲烷菌類的作用下進一步降低分子數最終轉化成為甲烷。這一過程是整個餐廚垃圾厭氧發酵的核心過程,從技術角度講,是否能夠控制好產氣過程,將會決定一個餐廚垃圾處理項目的成敗。
本工藝采用帶有中央攪拌器的完全混合式發酵罐,圓柱形罐體,材質為帶玻璃纖維內襯鋼制,具有效率高、穩定性強、產氣效果好、使用壽命長等特點。發酵罐有機負荷可達3.5 kgoTS/m3.d,垃圾中有機物的降解率可達88%,而通常厭氧發酵中有機物的降解率只有65% - 75% 。發酵罐體積為有機物降解率的提高意味著單位重量垃圾經過過發酵后沼氣產量的提高,本工藝中每噸餐廚垃圾可產沼氣207.6m3,目前年國內投入運行的餐廚垃圾厭氧處理廠每噸垃圾的沼氣產量僅為86.4m3。本工藝在產氣能力是該項目的2.4倍。

與傳統的傾斜式攪拌器相比,中央攪拌器具有系列優點:

1) 物料在發酵罐內的分布更加均勻
2) 發酵罐內溫度、pH值的分布更加均勻
3) 避免發酵罐內出現沉淀
4) 攪拌死角更小
5) 維修更換方便快捷
6) 能耗較低

此外,本工藝獨創性地采用了再發酵技術。即在發酵罐后單獨設立再發酵罐。經過發酵后的物質進入再發酵罐中再次降解,最大限度的提高垃圾原料中有機物質的降解率,從而提高沼氣的產量,增加發電量,獲取更多的經濟利益。
位于再發酵罐頂部還安裝有雙層膜沼氣儲柜,該氣柜具有重量輕,容量大,耐腐蝕,壽命長等特點。并且在氣柜中配有測量控制設備,可以時時監控沼氣的生產情況及沼氣品質,通過相應的控制閥門對進入沼氣發電機的氣量進行控制調節,保證發電機組能夠連續穩定運行。

4.1.4.沼氣發電過程
本工藝設計厭氧裝置產氣量約為432.45m3/h,經過發電機組后每年可發電約800萬度,按照北京市普通三口之家每年用電2400度電計算,厭氧產沼氣發出的電量可以滿足約3000多個普通三口之家一年的用電需求。
除發電利用外,產生的沼氣在經過提純凈化處理符合國家有關標準后,還可以進入城市市政天然氣管道作為家用燃氣使用,或是作為清潔汽車原料使用。在德國,瑞典等國已經有數量眾多的此類車用燃氣站投入使用,可實現溫室氣體的減排,延緩溫室效應,改善環境。

4.1.5.發酵后沼液,沼渣處理利用過程
厭氧發酵后產物中仍然含有部分有機物,同時含有大量的氮,磷,鉀以及微量元素。這些元素是植物生長所必需的優質營養成分,如果白白放棄十分可惜,形成極大的資源浪費。
目前在歐洲,發酵后產物直接被用作農業肥料適用,餐廚垃圾處理廠周邊的農戶將這些產物用車輛運走,直接噴灑在自家的田地上,節省了購買肥料的經費。做到了垃圾的減量化處理。
在我國,由于條件所限,這種發酵后產物的利用方式目前還不能得到大范圍推廣使用,本工藝設計了發酵后產物脫水處理過程,解決發酵后產物問題。
經過脫水后產生了含水量極高的沼液(99%)以及含水量相對較低的沼渣(65%)。沼液經過脫氮等處理達標后可直接排放,沼渣可繼續制成固體肥料或營養土,可廣泛應用于農業、林業、水果蔬菜種植業、市政園林、沙化土壤改良、重金屬污染土壤治理后恢復等多個領域。

4.1.6.廢棄油脂處理再利用過程
廢棄油脂主要是指餐飲企業,食堂廢棄物中的油脂部分,使用過的食用油以及餐廚垃圾中含有的油脂部分。這其中前面兩種就是人們常說的“地溝油”的主要來源。不法商販通過各種手段將這些廢棄的油脂回收,加工煉制成為廉價食用油,重新流入市場回到人們的餐桌上,進入人體危害人們的身體健康。
本工藝在處理餐廚垃圾的同時考慮到“地溝油”的危害性,設計了廢棄油脂的處理再利用工藝,將分離出來的餐廚垃圾中的油脂與“地溝油”共同處理。油脂在餐廚垃圾中以游離態和固態存在。游離態的油脂通常與餐廚垃圾中的水份混合在一起,這部分油脂的分離可采用油水分離的方式,根據水與油的密度不同,利用溫度的高低變化,實現油從水相中的分離。固態油脂通常是指肉類中含有的脂肪,以固態形式存在,不能夠利用油水分離方式析出。采用高溫析出的方法,使固態的脂肪形態改變,以游離態存,再經過油水分離去除。分離出來的油脂可作為工業原料制取具有經濟價值的產品,如生物柴油等。分離后剩余的廢水仍然具有較高的有機物含量,再次進入發酵系統發酵,與原有的餐廚垃圾混合,制取沼氣。
化學原理上講,油脂類物質是高級脂肪酸甘油酯,通過化學酯交換反應或生物酶合成反應可將油脂轉化為生物柴油。生物柴油是清潔可再生能源,具有硫含量低,燃燒后含硫廢氣排放少,燃燒性好,安全性好等優點,可作為鍋爐,渦輪機,柴油機等的燃料使用。加之生物柴油具有獨特的可再生性,可以說取之不盡,用之不竭,應用前景極為廣闊。

5.結語
餐廚垃圾處理作為一個新生事物在中國還并不成熟,雖然厭氧發酵技術在國內科研較多,但針對餐廚垃圾的厭氧發酵處理在實際的工程應用上幾乎是一片空白,只有通過引進國外先進技術工藝并加以消化吸收改造,才能夠在較短的時間內追趕上國際領先水平伺機超越。公司引進先進成熟經驗技術,與中國實際情況相結合,進一步消化吸收改進,走符合中國國情的餐廚垃圾厭氧處理道路,真正實現餐廚垃圾無害化,資源化,減量化處理,改善人民生活環境,保證人民身體健康,共同創建清潔,美好,幸福的和諧社會!
 



 
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