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隨著國民經濟的增長和餐飲行業的持續發展,我國餐廚垃圾的產量正以每年約10%的速度不斷增長1。2015年,全國城市生活垃圾的清運量為1.91億噸2),按餐廚垃圾占城市生活垃圾平均比重50%計算3-4,我國2015年產生餐廚垃圾總量為9570萬噸。目前,我國餐廚垃圾的收集、運輸和處理面臨一系列問題和考驗,如果處理不當將會嚴重影響市容市貌、居民身體健康及環境質量。

目前,國內部分餐廚垃圾被買賣用于提煉“潲水油”和喂豬,甚至部分企業將廢棄油水未經處理直接排入地下管網,造成嚴重的污染。由于國內餐廚垃圾分類尚不到位,餐廚垃圾主要是與生活垃圾混合處理,處理方法有厭氧消化、堆肥、填埋、焚燒等4。餐廚垃圾的水分含量一般高于80%,導致

填埋和焚燒方法處理餐廚垃圾成本高且易造成二次  污染3,7;堆肥法則因用地面積大,處理周期長,堆  肥過程易產生污水、惡臭及其它二次污染等原因限  制了其應用;而厭氧消化技術可成功實現餐廚垃  圾的減量化、無害化、資源化處理,減少城市餐廚垃  圾污染的同時,生產出可再生能源,是處理餐廚垃圾  的有效途徑,在國外已有廣泛應用”。  2016年1月20日,由杭州市環境集團投資、杭  州能源環境工程有限公司參與建設的杭州市餐廚垃  圾處理一期項目正式啟動運行,項目采用CSTR中  溫厭氧消化技術,日處理餐廚垃圾200t·d-,日產  沼氣13500m3·d1。本文即對該項目進行介紹并  監測分析了100d的穩定運行數據(2016年11月5  日~2017年2月12日),以期對其它城市餐廚垃圾

資源化處理提供一定的參考。

工藝流程

1.1概述

項目位于杭州市天子嶺靜脈小鎮內,采用江蘇維爾利環保科技股份有限公司的餐廚垃圾預處理技

術和杭州能源環境工程有限公司的沼氣池厭氧消化制沼技術,設計“預處理+沼氣池厭氧消化+沼氣凈化發電+沼渣脫水處置”工藝路線,日處理餐廚垃圾200t,平均日產沼氣13,500m3,沼氣脫硫凈化后用于熱電聯產。項目工藝流程如圖1所示。

運輸至項目場地的餐廚垃圾首先經物料接收料斗進入預處理系統,預處理后的物料漿液泵人  CTR沼氣池厭氧消化系統,進行中溫沼氣池厭氧消化,所產沼氣經生物脫硫凈化后用于熱電聯產,電能并網,余熱用  作系統增溫,發酵液經固液分離后,廢液進入污水處站,固渣外運填埋。圖2為該餐廚垃圾處理項目

相關照片。

1.2預處理

項目原料來自杭州市餐飲企業所產生的餐廚垃圾,其原料性質如表1所示。

餐廚垃圾首先進入接收料斗,料斗底部設置雙螺旋給料機,可對物料進行瀝水和初步分選,之后物料輸送至自動分選系統,除去餐廚垃圾中的大部分

雜質,經過自動分選打漿作用后,物料呈漿料狀,對分選后漿料加熱增溫后進行固液分離,之后進入油脂回收提純系統,回收毛油純度可達到98%以上

提油后液體進入沼氣池厭氧消化系統,雜質及廢渣外運處

預處理系統對餐廚垃圾的處理效果及預處理后的物料性質見表2

該工藝流程中,CSTR沼氣池厭氧反應器,反應器內微生物濃度高,耐沖擊負荷能力強;采用雙折邊咬合罐成型技術,施工周期短;罐體采用碳鋼防腐,耐腐蝕0。高效節能攪拌機采用“雙漿葉”設計,有效避免浮渣和結殼;專利技術水封設計,保證氣密性,同時避免了機械密封易損壞、更換困難的缺點;低能耗運行,裝機容量小于5W·m3反應器容積。沼氣池厭氧循環系統,包含出料裝置、微生物分離裝置、微生物富集裝置和回流裝置,通過物料循環提高沼氣池厭氧反應器內微生物的濃度,提高容積負荷和耐沖擊負荷的能力12。

該CSTR沼氣池厭氧系統具有以下優勢:1)水解酸化罐內單獨進行沼氣池厭氧水解酸化反應,以提高餐廚垃圾中有機質降解率;2)沼氣池厭氧循環系統有效提高沼氣池厭氧反應器內微牛物濃度,提高沼氣池厭氧消化濃度。圖5為該

餐廚垃圾處理項目相關沼氣池厭氧罐照片。

1.3.2沼氣池厭氧系統運行狀況  

1.3.2.1沼氣池厭氧消化過程Vs降解  由圖6可見,沼氣池厭氧消化系統穩定運行后,其進料  VS濃度范圍為76.6%~91.1%,平均值為85.0%  ±2.6%;出料VS濃度范圍為47.0%~56.9%,平  均值為50.6%±1.9%,據此計算,沼氣池厭氧消化過程對  VS的平均降解率為40.4%,該值與陳祥的研究報  道結果一致,其沼氣池厭氧消化餐廚垃圾的S降解率  分別為39.6%(TS發酵濃度25%)和40.0%(T發酵濃度5%)。

1.3.2.2沼氣池厭氧消化過程COD降解  

由圖7可見,雖然沼氣池厭氧系統進料COD波動較大(132125~237625mg·L-1),但沼氣池厭氧消化系統運行期間對COD的去除效果相對較穩定,平均出料COD  濃度為21921±17mg·L-.cOD的平均降解率為86.9%±1.9%。

1.3.2.3沼氣產量及甲烷濃度

由圖8可見,運行期間沼氣產量有一定的波動,變化范圍為11945-14321m3·d-,這主要受進料情況的影響。沼氣產量的平均值為13500±538m3·d-1,平均沼氣產率882m3·tVs,這與張存

勝1對餐廚垃圾進行的沼氣池厭氧消化批次試驗結果相  近(沼氣產率為888m3·tVs),表明本項目具有較高的沼氣產率。

沼氣池厭氧消化產生的沼氣中CH4濃度相對較穩定,  變化范圍為53.0%~74.0%,平均濃度為61.7%±  3.9%,平均CH4產率為544m3·tVS。沼氣CH4  濃度的變化主要是由餐廚垃圾原料組分種類及不同組分的比例變化引起的5。  

1.3.2.4沼氣池厭氧消化過程中pH值的變化  

如圖9所示,CSTR沼氣池厭氧罐平均進料pH值為  3.9±0.3,平均出料pH值為7.8±0.5,出料pH值  相對穩定。產甲烷菌對pH值變化敏感,適宜生長  的最佳pH值范圍為6.5~7.8,沼氣池厭氧罐內適宜的  pH值保證沼氣池厭氧消化過程有較高產氣率。

1、4沼氣脫硫凈化和貯存

沼氣池厭氧消化產生的沼氣(平均H2S含量2633.6±695.0mg:m-3)通入高效生物脫硫系統進行脫硫凈化,依靠硫桿菌和絲硫菌屬在新陳代謝過程中吸收H2S并將其轉化為硫單質或硫酸。本工藝運行成本低(脫硫運行成本包含藥劑費和電費,為0.024元Nm-3),對H2S的去除效率高(平均脫硫效率9.0%±3.7%,見圖10)。經生物脫硫后,沼氣中H15的濃度為1753±85,2mg·m3,滿足后續熱電聯產沼氣發電機用對沼氣組分的要求(≤300mg·m3)。

沼氣脫硫凈化后,暫存于1200m3的雙膜球形  干式貯氣柜中,之后用于熱電聯產單元

2項目產品和效益

本項目的主要產品有沼氣和毛油,其中沼氣產  量13500m3·d-1,年產472.5萬m3·a;項目預  處理系統油脂回收率為83.3%,項目每天可回收5t  毛油,可用于工業油脂原料或進一步加工生產生物  柴油。沼氣池厭氧發酵后殘余物經固液分離后,廢液與天  子嶺填埋場滲濾液一起進入污水處理系統,固渣  (含水率低于60%)直接在天子嶺垃圾填埋場填埋  處理。

2.2效益

本項目所產生的效益主要有環境效益、社會效  益和經濟效益。環境效益方面,項目年處理餐廚垃  圾7萬噸,碳減排5.4萬噸CO2當量·年,可有效  避免溫室氣體排放;同時項目每天減少5t“地溝油  的產生,每年可減少1750t“地溝油”,同時有效減少  “泔水豬”、“垃圾豬”的出現,保障餐桌安全,具有極  高的社會效益;另外,目前毛油市場價格3200  元·t1,毛油產量5t·d-1,日收益1.6萬元

3結論和建議

由杭州天子嶺餐廚垃圾沼氣池厭氧消化沼氣項目可

,沼氣池厭氧消化處理1t餐廚垃圾可產生67.5m3沼氣,回收25kg毛油,減少城鎮餐廚垃圾污染的同時生產可再生能源,同時避免產生“地溝油”、“泔水豬”,保障餐桌安全,具有極高的環境效益和社會效益,是解決我國城鎮餐廚垃圾危機的一條綠色之路

然而,由于我國餐廚垃圾尚未完全實現統一清運、且成分復雜,同時需要廢液、廢渣的后端處理,因此餐廚垃圾沼氣池厭氧消化項目投資大,運行成本高,“自造血”能力有限。參考國外餐廚垃圾沼氣池厭氧消化項目的運行經驗1,建議政府從以下幾方面進行支持,以保障項目運行的可持續性:1)提高政府補貼:主要有原料補貼、生物柴油補貼、發電上網補貼等;2)完善制度政策:落實餐廚垃圾處理特許經營權制度,規范餐廚垃圾處理市場;推廣“誰污染誰付費

制度;強制執行餐廚垃圾分類。

摘自《中國沼氣》2018第二期 夏芳芳 譚婧 周洋 陳智遠 楊玉

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