餐廚垃圾無(wú)害化處理生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)研究范文

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摘要：結(jié)合工程實(shí)例簡(jiǎn)述了對(duì)餐廚垃圾采用一種“預(yù)處理+厭氧發(fā)酵+生物柴油+生物質(zhì)燃料”循環(huán)無(wú)害化處理的工藝技術(shù)方案，并對(duì)其主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行了分析，工藝成熟可靠、經(jīng)濟(jì)合理，可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：餐廚垃圾；生物柴油；生產(chǎn)工藝；無(wú)害化處理

我國(guó)餐廚廢棄物的處理現(xiàn)狀已經(jīng)嚴(yán)重影響到人民正常的食品安全體系和環(huán)境保護(hù)等方面。國(guó)家發(fā)改委、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、環(huán)境保護(hù)部、農(nóng)業(yè)部聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于組織開(kāi)展城市餐廚廢棄物資源化利用和無(wú)害化處理試點(diǎn)工作的通知》（發(fā)改辦環(huán)資[2010]1020號(hào)）。此外，隨著世界不可再生能源資源的緊缺和二氧化碳減排壓力的增加，許多國(guó)家都在積極發(fā)展可再生能源，生物柴油作為一種可再生能源得到社會(huì)廣泛的關(guān)注。本文就以某餐廚垃圾無(wú)害化處理生產(chǎn)項(xiàng)目為實(shí)例，簡(jiǎn)單闡述了日處理餐廚廢棄物100t/d的工藝方案，該工藝?yán)貌蛷N廢棄物進(jìn)過(guò)預(yù)處理分離出“地溝油”通過(guò)酯化、酯交換等反應(yīng)生產(chǎn)生物柴油，分離出來(lái)的水和渣用于厭氧發(fā)酵制沼氣，不僅可減少骯臟有毒的廢棄物隨意排放污染環(huán)境，而且產(chǎn)生的副產(chǎn)品生物柴油跟沼氣都是清潔可再生能源，這對(duì)改善生活環(huán)境、解決國(guó)家能源短缺問(wèn)題、促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展都具有重要的戰(zhàn)略意義。

1處理規(guī)模及處理工藝技術(shù)選擇

本文論述的餐廚廢棄物的生產(chǎn)量預(yù)測(cè)按人均日產(chǎn)量進(jìn)行估算。根據(jù)餐廚垃圾生產(chǎn)量預(yù)測(cè)公式，計(jì)算餐廚垃圾生產(chǎn)量和收集量：Mc=Rmk式中：Mc為某城市或區(qū)域餐廚垃圾日產(chǎn)生量，kg/d；R為城市或區(qū)域常住人口，人；m為人均餐廚垃圾產(chǎn)生量基數(shù)，kg/（人•d）；k為餐廚垃圾日產(chǎn)生量修正系數(shù)。人均餐廚垃圾產(chǎn)生量基數(shù)m取0.1kg/（人•d），修正系數(shù)k取1.00。按某市常住人口數(shù)100萬(wàn)，則餐廚廢棄物產(chǎn)量100t/d。餐廚廢棄物的主要來(lái)源多為餐飲行業(yè)及食堂，其成分主要含有：油、水、魚(yú)、肉、骨頭、果皮、蔬菜、米面以及廢餐具、玻璃容器、紙巾、塑料、金屬器物等。由于我國(guó)垃圾分類(lèi)制度起步較晚，大部分人們?cè)谌粘Ｉ钪幸策€沒(méi)有養(yǎng)成垃圾分類(lèi)回收的習(xí)慣，在生活中產(chǎn)生的餐廚廢棄物大部分進(jìn)入不規(guī)范的收集系統(tǒng)，還有部分餐廚廢棄物與生活垃圾混合進(jìn)入生活垃圾填埋場(chǎng)或垃圾焚燒廠(chǎng)。十二五期間國(guó)家規(guī)劃的33個(gè)試點(diǎn)城市餐廚廢棄物處理廠(chǎng)陸續(xù)開(kāi)建，受環(huán)境保護(hù)的要求以及地溝油的危害，一些非試點(diǎn)旅游城市也率先開(kāi)展了餐廚廢棄物處理項(xiàng)目。目前國(guó)內(nèi)外比較常用的餐廚垃圾廢棄物的處理方法一般有填埋，焚燒，飼料化，堆肥，厭氧發(fā)酵等技術(shù)。根據(jù)某市餐廚廢棄物的特性，本文對(duì)某市餐廚垃圾無(wú)害化處理方式的選擇做出如下分析：

1）填埋處理技術(shù)：填埋即埋于土里，很明顯這種方式比較適合能夠自然降解且對(duì)土壤無(wú)害的一些廢棄物的處理。餐廚廢棄物中一般都含有比較多有機(jī)物質(zhì)，直接填埋的方式不能對(duì)其進(jìn)行有效的資源回收利用，并且高含水率的餐廚廢棄物如果直接填埋，其混合廢液在土壤中產(chǎn)生滲透，會(huì)對(duì)新的土地資源造成侵蝕，破壞了生態(tài)環(huán)境，所以并不合理。在當(dāng)前寸土寸金的時(shí)代、加上人們對(duì)環(huán)境生態(tài)越來(lái)越重視的前提下，填埋處理技術(shù)并不適合我國(guó)餐廚廢棄物處理，因此，本文不選取填埋工藝。

2）焚燒處理技術(shù)：焚燒是比較簡(jiǎn)單的工藝，即垃圾中的可燃物在焚燒爐中與氧氣進(jìn)行燃燒，焚燒的優(yōu)點(diǎn)是處理量大，減容性好，焚燒過(guò)程產(chǎn)生的熱量用來(lái)發(fā)電還可以實(shí)現(xiàn)垃圾的資源化再利用。但含水率高的餐廚廢棄物并不宜采用焚燒工藝，因?yàn)楦吆蕰?huì)增加焚燒燃料的消耗，處理成本增加，而且焚燒處理不當(dāng)還會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染。所以本文也不選取焚燒處理技術(shù)。

3）飼料化處理技術(shù)：主要采用高溫加熱，烘干處理，殺毒滅菌，除去鹽分等物理手段來(lái)處理餐廚廢棄物，最終制成蛋白飼料添加劑、再生水、沼氣等可利用物質(zhì)。由于從餐廚廢棄物到飼料這條線(xiàn)是最短的，能量、資源損失也最小，所以餐廚廢棄物制飼料是資源化程度最高的。但因?yàn)轱暳洗嬖谕葱詥?wèn)題目前國(guó)家并不提倡餐廚廢棄物做飼料，即由某種動(dòng)物食用其同種類(lèi)動(dòng)物的肉、骨、血液等動(dòng)物組織生產(chǎn)的同源性飼料，會(huì)產(chǎn)生潛在的不確定傳播疾病的風(fēng)險(xiǎn)。因此，本文也不選取飼料化處理技術(shù)。

4）好氧堆肥處理技術(shù)：易腐有機(jī)質(zhì)含量較高且含水率適中的餐廚廢棄物比較適合于使用好氧堆肥處理技術(shù)。在生化處理設(shè)備中，加入自然界生命活力和增殖能力強(qiáng)的復(fù)合微生物菌種，對(duì)餐廚廢棄物中的有機(jī)廢棄物進(jìn)行高溫快速發(fā)酵，使期中有機(jī)物得到降解和轉(zhuǎn)化。好氧堆肥所需的最佳含水率為50%左右，在堆肥過(guò)程中高含水率的餐廚廢棄物容易將整個(gè)堆垛空間堵死，這樣阻礙了空氣進(jìn)入內(nèi)部，致使微生物處于厭氧狀態(tài)，影響降解速度并產(chǎn)生硫化氫等臭氣，同時(shí)堆肥溫度下降，會(huì)影響到堆肥質(zhì)量。因此，本文也不采用堆肥處理技術(shù)。

5）厭氧發(fā)酵處理技術(shù)：厭氧發(fā)酵是比較復(fù)雜的生物化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，其主要途徑大致分為水解、產(chǎn)酸和脫氫產(chǎn)甲烷三個(gè)階段。大分子或不溶性有機(jī)物（多糖、蛋白質(zhì)、脂肪等）在水解菌的作用下分解為低分子可溶性有機(jī)物，水解形成的水溶性小分子有機(jī)物（氨基酸、長(zhǎng)鏈脂肪酸、葡萄糖等）被產(chǎn)酸細(xì)菌作為碳源和能源，產(chǎn)生氫氣和短鏈的揮發(fā)性脂肪酸等。厭氧發(fā)酵的主要階段是脫氫產(chǎn)甲烷階段，在控制好溫度、pH值、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、氧化還原電位、有毒物質(zhì)等主要影響因素情況下，產(chǎn)甲烷細(xì)菌迅速生長(zhǎng)繁殖，將產(chǎn)酸階段產(chǎn)生的氫氣和短鏈揮發(fā)酸（主要是乙酸）氧化成甲烷和二氧化碳。通過(guò)以上對(duì)現(xiàn)有餐廚廢棄物的幾種處理技術(shù)的分析對(duì)比，厭氧發(fā)酵技術(shù)相對(duì)比較先進(jìn)，既沒(méi)有對(duì)環(huán)境造成破壞，也沒(méi)有對(duì)能源造成浪費(fèi)，而且能夠產(chǎn)生新的清潔能源沼氣，這對(duì)實(shí)現(xiàn)社會(huì)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益的協(xié)調(diào)統(tǒng)一具有建設(shè)性意義，基于以上分析，本文擬采用“預(yù)處理+厭氧發(fā)酵+生物柴油+生物質(zhì)燃料”循環(huán)無(wú)害化處理工藝技術(shù)。

2工藝技術(shù)說(shuō)明

2.1預(yù)處理工藝

預(yù)處理工藝是純物理分離工藝，由收運(yùn)系統(tǒng)送來(lái)的餐廚垃圾和地溝油通過(guò)分揀、破碎、除砂、壓榨等工序，除去一些不適合于利用的雜物，如塑料、金屬、瓶罐、竹筷等，并將可利用的物料破碎到合適的粒度，以便后續(xù)處理和利用。漿料加熱蒸煮后通過(guò)三相分離，分為油、水、渣。回收的油用于制作生物柴油，分離的水和渣用于厭氧發(fā)酵。預(yù)處理的收油率可達(dá)到90%，固渣利用率可達(dá)到85%，油中含渣≤3%，廢水的含固≤3%。餐廚垃圾預(yù)處理設(shè)備主要包含投料倉(cāng)、大件分揀機(jī)、破碎篩分機(jī)、旋流除砂器、壓濾機(jī)、蒸煮釜、活塞泵、三相分離機(jī)、電氣及自動(dòng)控制系統(tǒng)等。

2.2厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣工藝

經(jīng)過(guò)預(yù)處理打漿后的餐廚垃圾進(jìn)入?yún)捬跹b置系統(tǒng)，在水解酸化罐中產(chǎn)生有機(jī)酸再在厭氧發(fā)酵罐中經(jīng)微生物作用發(fā)酵產(chǎn)生沼氣，沼氣凈化后送鍋爐房，作為本項(xiàng)目蒸汽鍋爐和熱油鍋爐的燃料，發(fā)酵后尾液經(jīng)固液分離機(jī)進(jìn)行固液分離，分離出的污水經(jīng)污水管道送至廢水池進(jìn)行污水處理，水質(zhì)達(dá)標(biāo)后排放，沼渣用于制生物質(zhì)燃料棒。厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣部分主要工藝設(shè)備包括水解酸化罐、厭氧發(fā)酵罐、二次發(fā)酵罐、固液分離機(jī)等；氣體凈化系統(tǒng)主要設(shè)備有貧液槽、脫硫吸收塔、富液槽、再生塔、沼氣儲(chǔ)柜等。具體流程見(jiàn)厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣工藝流程框圖。

2.3生物柴油工藝

生物柴油的生產(chǎn)工藝很多，本文主要介紹的是酯交換法生產(chǎn)生物柴油，這也是目前普遍制備生物柴油的工藝。酯交換反應(yīng)可以用酸、堿或酶作為催化劑，其中堿性催化劑包括KOH、NaOH、各種碳酸鹽以及鈉和鉀的醇鹽，酸性催化劑有硫酸、磷酸、鹽酸以及有機(jī)磺酸氨基化合物等。下面是酯交換反應(yīng)的化學(xué)式：本文簡(jiǎn)述的生物柴油是由原油油脂（地溝油、潲水油等）經(jīng)過(guò)前處理、凈化脫色之后與甲醇在催化劑作用下經(jīng)過(guò)酯化醇解反應(yīng)、精餾分離等工序來(lái)完成的。生物柴油生產(chǎn)部分主要設(shè)備有水洗鍋、脫色塔、反應(yīng)釜、脫溶塔、甲酯蒸餾塔等。

2.4生物質(zhì)（RDF）燃料棒工藝

把預(yù)處理車(chē)間的有機(jī)殘?jiān)蛥捬醢l(fā)酵沼渣、污泥渣按1：2的比例加入鋸木屑，經(jīng)混合、脫水、壓制、烘干制成生物質(zhì)燃料外賣(mài)。收購(gòu)來(lái)的木屑，通過(guò)帶式輸送機(jī)送入混合機(jī)與沼渣混合，混合均勻后的物料泄入螺旋擠壓機(jī)擠壓脫水，使物料的含水率降到45%以下。脫水處理后的混合物料直接用壓塊機(jī)進(jìn)行壓塊成型，再用熱風(fēng)干燥機(jī)進(jìn)行干燥，最后包裝外面。

3廢氣、廢水、廢渣的治理措施

3.1廢氣

餐廚垃圾在缺氧的環(huán)境下會(huì)產(chǎn)生各種難聞的氣味，所以廢氣的處理也是本項(xiàng)目的一個(gè)重點(diǎn)。卸料區(qū)、分揀室、油水暫存池、三相分離槽等主要區(qū)域都設(shè)置廢氣收集系統(tǒng)，系統(tǒng)由負(fù)壓收集點(diǎn)、集氣罩、支管道和主管道組成。各負(fù)壓收集點(diǎn)支管與主收集管相連，各負(fù)壓收集點(diǎn)配置調(diào)劑閥門(mén)以滿(mǎn)足不同設(shè)備的要求。本項(xiàng)目采用“熱交換器+堿洗吸收+低溫等離子+生物液滴濾”的組合工藝來(lái)處理廢氣。由于廢氣來(lái)源中相當(dāng)一部分來(lái)自干燥機(jī)，溫度高達(dá)120℃，并含有大量水蒸氣，因此先通過(guò)換熱器將廢氣溫度降至60℃以下，有利于后期廢氣處理設(shè)備的運(yùn)行。針對(duì)廢氣中含有的水霧、粉塵以及酸性氣體成分，在低溫等離子設(shè)備前串聯(lián)一級(jí)旋流板堿洗塔，使廢氣與堿性液滴充分混合反應(yīng)，去除廢氣中的酸性氣體，同時(shí)去除粉塵和液滴。經(jīng)過(guò)預(yù)處理的廢氣再經(jīng)過(guò)低溫等離子體處理，在高壓電能作用下，把惡臭氣體中大分子成分擊穿產(chǎn)生包括電子、各種離子、原子和自由基在內(nèi)的混合體，被氧化分解去除。經(jīng)低溫等離子設(shè)備處理過(guò)的氣體中殘余部分小分子有機(jī)物，經(jīng)生物過(guò)濾塔吸收，同時(shí)讓低溫等離子體產(chǎn)生的羥基、臭氧等活性強(qiáng)氧化物質(zhì)與廢氣充分反應(yīng)，確保廢氣無(wú)異味排放。風(fēng)機(jī)安裝在凈化設(shè)備后端以保證整個(gè)凈化設(shè)備在負(fù)壓條件下操作。經(jīng)處理后臭味、氨、硫化氫等去除效果滿(mǎn)足國(guó)家《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》。

3.2廢水

本項(xiàng)目廢水主要有生活污水與生產(chǎn)污水，生活污水量為2m3/d，生活污水經(jīng)過(guò)化糞池初步處理后排入廠(chǎng)區(qū)污水管網(wǎng)，進(jìn)廠(chǎng)區(qū)污水處理站處理。生產(chǎn)污水主要是發(fā)酵車(chē)間的發(fā)酵殘夜，水量115m3/d，pH值：6～9，COD：35270mg/L，BOD：20968mg/L，SS：1497mg/L，氨氮：126mg/L，污水進(jìn)廠(chǎng)區(qū)污水處理站處理。處理達(dá)標(biāo)后排放，污水處理站出水達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中的三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，pH值：6～9，COD：500mg/L，BOD：300mg/L，SS：400mg/L。廢水處理主要設(shè)備有沼泥儲(chǔ)池、濾液池、接觸氧化塔、琉璃生化池、浮選裝置等。

3.3廢渣

生活垃圾、濾渣及污水處理的污泥均送至生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)衛(wèi)生填埋，發(fā)酵沼渣等加鋸木屑制成生物質(zhì)燃料外賣(mài)。

4主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

本項(xiàng)目主要效益在于社會(huì)效益，根據(jù)單位餐廚垃圾收運(yùn)費(fèi)用以《特許經(jīng)營(yíng)協(xié)議》為依據(jù)，本次財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)餐廚垃圾處理補(bǔ)貼按200元/t（其中收運(yùn)成本103元/t，處理成本95元/t）計(jì)算。處理垃圾量按100t/d計(jì)算，年餐廚垃圾處理補(bǔ)貼收入730萬(wàn)元。本項(xiàng)目投產(chǎn)后年產(chǎn)生物柴油20000t，按5800元/t。年含稅收入11600萬(wàn)元，年不含稅收入9915萬(wàn)元。本項(xiàng)目投產(chǎn)后年產(chǎn)RDF燃料棒20000t，按1000元/t。年含稅收入2000萬(wàn)元，年不含稅收入1709萬(wàn)元。本項(xiàng)目原料為餐廚廢棄物，固原料不計(jì)成本。輔助材料、燃料及動(dòng)力消耗根據(jù)工藝計(jì)算及生產(chǎn)情況確定，價(jià)格按相關(guān)資料進(jìn)行計(jì)算。

5結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目為環(huán)保型資源再利用項(xiàng)目，屬于國(guó)家鼓勵(lì)支持范圍。厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣作為蒸汽鍋爐和熱油鍋爐的燃料，有效地解決了項(xiàng)目的部分能源問(wèn)題；主要副產(chǎn)品生物柴油與石化柴油相比具有含硫量極低、含氧量高、芳香烴含量少、閃點(diǎn)高、十六烷值高和廢氣逸出少等優(yōu)點(diǎn)，是可再生型環(huán)境友好燃料；生物質(zhì)燃料棒作為清潔能源可用于鍋爐等作燃料。本項(xiàng)目采用的處理技術(shù)先進(jìn)可靠，節(jié)約資源，改善環(huán)境，有著良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，有較強(qiáng)的抗市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)能力。我國(guó)是人口大國(guó)，每天產(chǎn)生的餐廚垃圾數(shù)萬(wàn)噸，如果任由這些餐廚垃圾隨意處理，或者被一些不良商人再拿來(lái)重新利用回到餐桌上，對(duì)國(guó)家、對(duì)人民都是巨大的損害。所以處理好餐廚垃圾，讓這些看似廢物的資源經(jīng)過(guò)工業(yè)的生產(chǎn)變廢為寶也是國(guó)家宏觀經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求。資源和環(huán)境問(wèn)題是新世紀(jì)困擾我國(guó)持續(xù)發(fā)展的重要問(wèn)題，本文闡述了一條將經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境、資源協(xié)調(diào)起來(lái)的工藝生產(chǎn)路線(xiàn)，結(jié)合我國(guó)的基本國(guó)情，建立以節(jié)約資源、綜合利用為主的循環(huán)經(jīng)濟(jì)項(xiàng)目。這對(duì)創(chuàng)建文明社會(huì)、保障餐飲安全、提高環(huán)境質(zhì)量都具有良好的社會(huì)效益。隨著國(guó)家的重視和投入、企業(yè)的參與以及科研開(kāi)發(fā)的深入等，相信我國(guó)餐廚垃圾廢棄物無(wú)害化處理必將有長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展。

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作者：陳靜；李芳 單位：湖南化工醫(yī)藥設(shè)計(jì)院