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隨著(zhù)國民經(jīng)濟的增長(cháng)和餐飲行業(yè)的持續發(fā)展,我國餐廚垃圾的產(chǎn)量正以每年約10%的速度不斷增長(cháng)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(chǎn)生餐廚垃圾總量為9570萬(wàn)噸。目前,我國餐廚垃圾的收集、運輸和處理面臨一系列問(wèn)題和考驗,如果處理不當將會(huì )嚴重影響市容市貌、居民身體健康及環(huán)境質(zhì)量。

目前,國內部分餐廚垃圾被買(mǎi)賣(mài)用于提煉“潲水油”和喂豬,甚至部分企業(yè)將廢棄油水未經(jīng)處理直接排入地下管網(wǎng),造成嚴重的污染。由于國內餐廚垃圾分類(lèi)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(cháng),堆  肥過(guò)程易產(chǎn)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(shù)可成功實(shí)現餐廚垃  圾的減量化、無(wú)害化、資源化處理,減少城市餐廚垃  圾污染的同時(shí),生產(chǎn)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(huán)境集團投資、杭  州能源環(huán)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(dòng)運行,項目采用CSTR中  溫厭氧消化技術(shù),日處理餐廚垃圾200t·d-,日產(chǎn)  沼氣13500m3·d1。本文即對該項目進(jìn)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(huán)?？萍脊煞萦邢薰镜牟蛷N垃圾預處理技

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

運輸至項目場(chǎng)地的餐廚垃圾首先經(jīng)物料接收料斗進(jìn)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(jìn)行中溫沼氣池厭氧消化,所產(chǎn)沼氣經(jīng)生物脫硫凈化后用于熱電聯(lián)產(chǎn),電能并網(wǎng),余熱用  作系統增溫,發(fā)酵液經(jīng)固液分離后,廢液進(jìn)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(guān)照片。

1.2預處理

項目原料來(lái)自杭州市餐飲企業(yè)所產(chǎn)生的餐廚垃圾,其原料性質(zhì)如表1所示。

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

雜質(zhì),經(jīng)過(guò)自動(dòng)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(jìn)行固液分離,之后進(jìn)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(jìn)入沼氣池厭氧消化系統,雜質(zhì)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(zhì)見(jiàn)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(shù),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(zhuān)利技術(shù)水封設計,保證氣密性,同時(shí)避免了機械密封易損壞、更換困難的缺點(diǎn);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(huán)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(guò)物料循環(huán)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(yōu)勢:1)水解酸化罐內單獨進(jìn)行沼氣池厭氧水解酸化反應,以提高餐廚垃圾中有機質(zhì)降解率;2)沼氣池厭氧循環(huán)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(guān)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(guò)程Vs降解  由圖6可見(jiàn),沼氣池厭氧消化系統穩定運行后,其進(jìn)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(guò)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(fā)酵濃度25%)和40.0%(T發(fā)酵濃度5%)。

1.3.2.2沼氣池厭氧消化過(guò)程COD降解  

由圖7可見(jiàn),雖然沼氣池厭氧系統進(jìn)料COD波動(dòng)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(chǎn)量及甲烷濃度

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

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

沼氣池厭氧消化產(chǎn)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(chǎn)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(lèi)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(guò)程中pH值的變化  

如圖9所示,CSTR沼氣池厭氧罐平均進(jìn)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(chǎn)甲烷菌對pH值變化敏感,適宜生長(cháng)  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(guò)程有較高產(chǎn)氣率。

1、4沼氣脫硫凈化和貯存

沼氣池厭氧消化產(chǎn)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(jìn)行脫硫凈化,依靠硫桿菌和絲硫菌屬在新陳代謝過(guò)程中吸收H2S并將其轉化為硫單質(zhì)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(jiàn)圖10)。經(jīng)生物脫硫后,沼氣中H15的濃度為1753±85,2mg·m3,滿(mǎn)足后續熱電聯(lián)產(chǎn)沼氣發(fā)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(lián)產(chǎn)單元

2項目產(chǎn)品和效益

本項目的主要產(chǎn)品有沼氣和毛油,其中沼氣產(chǎn)  量13500m3·d-1,年產(chǎn)472.5萬(wàn)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(yè)油脂原料或進(jìn)一步加工生產(chǎn)生物  柴油。沼氣池厭氧發(fā)酵后殘余物經(jīng)固液分離后,廢液與天  子嶺填埋場(chǎng)滲濾液一起進(jìn)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(chǎng)填埋  處理。

2.2效益

本項目所產(chǎn)生的效益主要有環(huán)境效益、社會(huì )效  益和經(jīng)濟效益。環(huán)境效益方面,項目年處理餐廚垃  圾7萬(wàn)噸,碳減排5.4萬(wàn)噸CO2當量·年,可有效  避免溫室氣體排放;同時(shí)項目每天減少5t“地溝油  的產(chǎn)生,每年可減少1750t“地溝油”,同時(shí)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(huì )效益;另外,目前毛油市場(chǎng)價(jià)格3200  元·t1,毛油產(chǎn)量5t·d-1,日收益1.6萬(wàn)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(chǎn)生67.5m3沼氣,回收25kg毛油,減少城鎮餐廚垃圾污染的同時(shí)生產(chǎn)可再生能源,同時(shí)避免產(chǎn)生“地溝油”、“泔水豬”,保障餐桌安全,具有極高的環(huán)境效益和社會(huì )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(shí)現統一清運、且成分復雜,同時(shí)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(jīng)驗1,建議政府從以下幾方面進(jìn)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(fā)電上網(wǎng)補貼等;2)完善制度政策:落實(shí)餐廚垃圾處理特許經(jīng)營(yíng)權制度,規范餐廚垃圾處理市場(chǎng);推廣“誰(shuí)污染誰(shuí)付費

制度;強制執行餐廚垃圾分類(lèi)。

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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