某生活垃圾处理中心厨余垃圾处理工程实例分析

某生活垃圾处理中心厨余垃圾处理工程实例分析

班福忱 刘 鑫 孙晓昕 李美然

(沈阳建筑大学 市政与环境工程学院，沈阳 110168)

摘要：厨余垃圾作为城市有机生活垃圾的主要成分之一，因其具有高水分、高油脂、高盐分以及易腐发臭、易生物降解等特点，不宜直接填埋和焚烧。对某生活垃圾综合处理厂生物处理中心采用“预处理+酸化水解-厌氧+沼渣脱水后生化处理”组合工艺的厨余垃圾处理工程进行了实例分析。该工艺处理厨余垃圾具有无害化、减量化、资源化程度较高和能耗较低的优势，具有良好的推广潜力。

关键词：酸化水解；垃圾处理；工程实例

0 引 言

厨余垃圾是指食物残余和食品加工废料, 主要为餐厨垃圾中的固体残留物。厨余垃圾的主要特点是粗蛋白和粗纤维等有机物含量高，水含量高，油类和盐分的含量高。由于厨余垃圾容易发酵、变质、腐烂，会产生毒素, 散发恶臭，并污染水体和大气，危害人们的日常生活和身体健康。因此，厨余垃圾引发的环境问题逐渐引起了广泛关注。目前，国内外厨余垃圾处理的主要工艺有填埋、焚烧、厌氧发酵、好氧堆肥技术等。

本研究介绍的工程实例为某地新建的生活垃圾综合处理厂的生物处理中心，其主要功能是处理该地区的厨余垃圾，采用“预处理+酸化水解-厌氧+沼渣脱水后生化处理”组合工艺。该项目的建设运营将成为该地区垃圾分类收集、分类处理的示范工程，对于在国内推行类似的垃圾处理工程具有示范作用。

1 工程概况

该生物处理中心位于某生活垃圾循环经济产业园内，属于园内的垃圾处理厂之一，建于已建成的焚烧厂和沼气利用设施的中间空地，位于已经建成卫生填埋场的北侧。

生物处理中心的主要处理对象为其所在小区分类收集的厨余垃圾。随着该地区经济的快速发展和人口的不断增加，生活垃圾产生量快速增长，2002年垃圾总产生量约为2 000 t/d，2009年已高达约3 800 t/d，2015年达到了最高值，约4 300 t/d。城市建成区生活垃圾中，厨余垃圾约占垃圾总量的30%，由此推测厨余垃圾的产生量约1 042.56 t/d。实际统计数据表明，厨余垃圾的收集量约20 t/d，厨余垃圾的收集率不到2%。预计2022年之后，厨余垃圾产量将稳定在约1 110 t/d，垃圾收集量将逐渐递增。故现有的生活垃圾处理设施已不能满足需要。

随着垃圾分类的逐步推广，预计到项目建成后，厨余垃圾收集量可达100 t/d，此后厨余垃圾收集量逐年递增，并在2021年超过200 t/d。但是，鉴于垃圾分类情况的波动性和不确定性，该厨余垃圾厌氧工艺设计规模确定为200 t/d。实际处理规模超过200 t/d时，可通过延长工作时间来满足处理要求。

该地区为垃圾分类试点区，生活垃圾分为厨余垃圾、其他垃圾和可回收垃圾3类，以分选出厨余垃圾为重点。按照垃圾取样的原则和方法选取该示范点厨余垃圾桶内和压缩站的厨余垃圾，综合测定厨余垃圾的组分和部分理化特性，结果如表1和表2所示。

表1 源头分类厨余垃圾组分分析结果

Table 1 Components analysis result of the kitchen waste (%，以湿重计)

厨余纸质橡塑织物玻璃、陶瓷金属木竹其他74.946.8911.60.7362.9480.6982.7070.491

表2 源头分类厨余垃圾理化性状分析结果

Table 2 Physical and chemical characters of kitchen waste from the source classification

密度/(g·cm-3)含水率/%pHEC铵态氮/(g·kg-1)总氮/(g·kg-1)TOC/(g·kg-1)C/N0.29175.004.7241.5470.08120.553447.39634.577

2 主体工艺设计

2.1 工艺流程

本工程垃圾处理选用“预处理+酸化水解-厌氧+沼渣脱水后生化处理”的工艺路线。处理规模为200 t/d，后期可根据前端分类垃圾收运量扩大处理规模,其工艺流程见图1。

图1 工艺流程
Fig.1 The flow chart of the process

厨余垃圾经称重后进入卸料大厅，收集车将厨余垃圾卸入垃圾料仓，通过料仓底部的板式给料机将垃圾输送至破袋滚筒筛。厨余垃圾经过两级滚筒筛，径粒>150 mm的筛上物由人工分拣出金属等干扰物，再筛选出有机物至酸化水解反应器，剩余物进行焚烧处置；60～150 mm的筛中物，首先进行弹道筛选，选出轻物质磁选后直接送入酸化水解反应器，剩余重物质拣出惰性物后进行填埋处置，有机物进入酸化水解反应器；粒径<60>

设计采用2个并联的酸化水解反应器，物料在反应器内的停留时间为2～3 d。30 ℃下垃圾中的易降解有机质在机械和生物作用下，进行酸化水解反应并溶入液相。经过酸化水解反应后，固渣进入挤压脱水机，脱水后的污泥进行生化处理，挤压脱水后的液相和酸化水解反应的液相一起送至浆液预处理部分。

经过浆液预处理后的液相输送至厌氧进水池中，之后泵入厌氧反应器中发酵约15 d，每天约产生12 365 m3沼气和24 t沼渣，沼气输送至后续沼气发电机组，产生的电能在满足自用的前提下，剩余电力并网，产热则用于给厌氧罐保温。沼渣排至污泥池中，经离心脱水机处理后，得到含水率80%的脱水沼渣及清液。清液与厌氧出水一并输送至厌氧出水池，之后泵入渗沥液处理站进行后续处理。脱水沼渣进行生化处理。

2.2 工艺流程描述

2.2.1 称重及卸料系统

从市区装满厨余垃圾的收集车进入厂区时，称重计量系统自动进行垃圾吨位测量、存储数据并打印记录，该称重计量系统与全厂计算机监控管理系统联网，可分别按每车、每天、每月、每季度、每年统计厨余垃圾量，记录收集车运行状况，并能适时输出相关数据，打印统计报表。同时，厂区内设置双向称重设备，出厂车辆也进行称重计量。

2.2.2 预处理系统

垃圾收集车经称重后进入卸料大厅。卸料大厅安装有自动卷帘门，大门两侧装有空气风幕机，通过空气幕将车间与外界隔离，防止收集车进出时臭气外溢。通风系统将车间的臭气送至除尘除臭系统处理。

预处理系统的主要功能是将收运进厂的厨余垃圾进行均质、预处理等。本项目机械预处理设计为1条线，主要设备有板式给料机、螺旋输送机、滚筒筛、弹道筛、破碎机、磁选机、人工分拣平台等。

专用的厨余垃圾收运车辆进厂后，首先称重并记录，然后驶入预处理车间的卸料平台，收集车将厨余垃圾卸入垃圾料仓内。垃圾料仓外观尺寸为16 m×6 m×6 m(L×W×H)，底部设有板式给料机，将厨余垃圾输送到后续的处理工序。

物料通过板式给料机输送至提升螺旋，提升螺旋将厨余垃圾输送至破袋滚筒筛。厨余垃圾经过两级滚筒筛，大于150 mm的筛上物(13.46 t/d)经人工分拣出金属等干扰物，挑选出有机物(2.37 t/d)，经过破碎后输送至酸化水解反应器，剩余物焚烧，其中人工分拣平台采用封闭式平台，并配备通风和空调系统；60～150 mm的筛中物(59.45 t/d)首先进行弹道筛分，选出轻物质(23.78 t/d)，经过磁选后直接送入酸化水解反应器，剩余重物质拣出惰性物(0.8 t/d)直接填埋，有机物(34.39 t/d)进入酸化水解反应器；小于60 mm的物料(116.08 t/d)与其他进入酸化水解反应器的物料一起经过磁选后进入酸化水解反应器。磁选出的金属(1.27 t/d)进行回收利用。

所有预处理设备和物料输送装置密封，采用引风机引出恶臭气体到除臭系统进行除臭处理。

2.2.3 酸化水解系统

酸化水解单元主要由酸化水解反应器、挤压脱水机、粗格栅机、曝气沉砂器、细格栅机组成。

经过机械预分选后的垃圾由带式输送机输送至酸化水解单元。酸化水解单元由酸化水解反应、挤压脱水和浆液预处理3部分组成。设计采用2个并联的酸化水解反应器，连续式作业，物料在反应器内停留时间为2～3 d。单个酸化水解反应器是一个卧式的中间带缓慢搅拌装置，底部有渗漏栅格的设备，采用厌氧发酵后的沼液作为酸化水解液。其工作原理为：在30 ℃下，垃圾中的易降解有机质进行水解酸化反应得到降解并溶入液相。经过酸化水解反应后，固渣进入挤压脱水机，脱水后的物料(46.49 t/d)进行生化处理，挤压脱水后的液相和酸化水解反应的液相一起送至浆液预处理部分。

浆液预处理部分包括粗格栅机、曝气沉砂器、细格栅机。浆液首先通过5 mm粗格栅过滤去掉部分粗渣，剩余液相进入曝气沉砂器进行处理，分选去除浮渣及惰性沉砂，随后通过1 mm细格栅进行进一步过滤，粗渣、浮渣及细渣一并进行生化处理，而惰性沉砂填埋处置。除渣后的浆液送至湿式厌氧发酵系统处理。

2.2.4 厌氧发酵系统

垃圾经过2～3 d的酸化水解反应，大部分易降解有机物经水解酸化进入液相。酸化水解反应器底部收集的有机浆液、固相脱水浆液以及板式给料机沥水共317.05 t/d，经过除渣处理后一并送入厌氧发酵反应器，进行厌氧发酵处理。厌氧出水(175.83 t/d)回流至酸化水解反应系统，剩余部分送至渗沥液处理站。

进水采用环形多点布水系统，在UBF厌氧消化反应器底部设置环形多点布水系统。进水泵进水与厌氧循环泵回流水一起进入环形布水器均匀布水。填料层、上部澄清区以及沼气室相当于UASB中的三相分离器，可进行固、液、气的分离。出水由UBF厌氧发酵反应器顶部出水。同时，UBF厌氧消化反应器底部设有排泥管，采用自动控制系统进行定期排泥。

UBF厌氧发酵系统主要由厌氧进水池、UBF厌氧发酵反应器、污泥池、离心脱水机、厌氧出水池等组成。

经浆液预处理后的液相输送至厌氧进水池中，通过升温或降温调节混合浆液的温度至35 ℃，之后泵入厌氧发酵反应器中，在厌氧发酵反应器中发酵约15 d，产生沼气(12 365 m3)和沼渣(24.29 t/d)，沼气输送至后续沼气发电系统，沼渣排至污泥池中，经离心脱水机处理后得到含水率为80%的脱水沼渣(6.72 t/d)，及含水率为99.35%的脱水清液(17.58 t/d)。脱水清液与厌氧出水一并输送至厌氧出水池，之后泵入渗沥液处理站进行后续处理，脱水沼渣进行生化处理。

2.2.5 沼气利用系统

本项目厨余垃圾进料量为200 t/d，TOC为447.4 g/kg，含固率为25%，则可降解有机物含量为447.4/1 000×1.724=77.13%，厨余垃圾中可降解有机物量=200×77.13%×25%=38.57 t。酸化水解有机转化率按45%计算，则进入浆液的COD量为38.57×0.45×1.5=26.03 t，厌氧回流水175.83 t，VS=1.4%，则厌氧回流水COD=175.83×1.4%×1.5=3.69 t，进入厌氧COD合计=26.03+3.69=29.72 t，厌氧COD降解率按80%计算，沼气产率按每千克COD 0.52 m3计算，则每天产气=29.72×80%×0.52×1 000=12 365 m3。

厌氧反应器每天产生12 365 m3沼气，可发电25 966.5 kW·h/d，同时可以回收热能29 676 kW·h/d。沼气储存在沼气储柜中。沼气经分离杂质和水后进入湿法脱硫装置，在脱硫装置中将硫化氢转化为硫磺进行分离和回收；脱硫净化后的气体送入预处理装置，经脱水除湿、增压、精过滤后供给发电机组。

设置两座厌氧发酵罐，有效容积2 300 m3，发酵温度35 ℃，停留时间为14.56 d。

沼气发电系统设置了1台热电联产的沼气发电机组，将厌氧发酵产生的沼气燃烧发电。产生的电能供产区自用，多余部分并入电网；产生的热能用于给厌氧发酵反应器保温，多余部分用于厂区采暖。在启动调试以及发电机组维修期间，使用备用的沼气锅炉燃烧沼气。锅炉热水将用于加热发酵物料。

3 技术经济及效益

本生物处理中心工程包括生物处理工程和分选工程，其中生物处理工程规模为200 t/d，后期根据前端分类垃圾收运量扩大处理规模，分选工程规模为100 t/d。现将两部分的成本分别计算：厨余垃圾年总处理量7.3万t，年均发电量675.36×104 kW·h，单位总成本263.3元/t，单位经营成本181.8元/t，年均运营利润率为8.01%；可回收垃圾年处理量3.61万t，单位总成本232.1元/t，单位经营成本202.2元/t，年均运营利润率为8.04%。

4 结 论

本生活垃圾综合处理厂生物处理中心采用“预处理+酸化水解-厌氧+沼渣脱水后生化处理”的工艺路线处理厨余垃圾，厨余垃圾中的有机质得到有效降解，转化为沼气，成为可以利用的能源。厌氧发酵处理厨余垃圾无害化程度较高，减量化程度高，资源化程度较高且能耗较低。且与该地区源头分类的厨余垃圾特性相匹配，充分利用现有条件，做到防止污染，节省投资，同时各项自然环境指标均符合《城市生活垃圾处理及污染防治技术政策》等有关标准和规定。

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INTRODUCTION AND ANALYSIS ON A KITCHEN WASTE TREATMENT PROJECT IN A MSW TREATMENT CENTER

BAN Fu-chen, LIU Xin, SUN Xiao-xin, LI Mei-ran

(School of Municipal and Environmental Engineering, Shenyang Jianzhu University, Shenyang 110168, China)

Abstract：Kitchen waste, as the main constituent in the organic fraction of municipal solid waste, with the property of high moisture, fat, and salt contents, perishable, smelly and easy to biodegrade, is not suitable for landfill and incineration. This paper introduced an engineering instance of a kitchen waste treatment project in a domestic waste biological treatment center, with the combined process of pretreatment-acidified hydrolysis-naerobic+renewal dehydration after biochemical treatment. This project is featured as the high efficiency with the principle of recycle, reuse, reduce, and low running cost.

Keywords：hydrolysis acidification; waste treatment; engineering instance

收稿日期：2016-04-22

DOI：10.13205/j.hjgc.201612029

第一作者：班福忱(1976-)，男，博士，副教授，主要研究方向为水处理理论与技术。[e-mail]