餐厨垃圾厌氧消化预处理工艺设备研讨

宋玉山，靳俊平，郝丽华

（中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津 300074）

1 国内部分城市餐厨垃圾理化性质调研

1.1 青岛市餐厨垃圾抽样调查情况

对青岛市抽样调查主要对象为酒店、大排档等餐饮区，近年调查数据显示，餐厨垃圾中的含固率较高、有机物含量高、油脂含量高、骨类和贝壳类杂质含量高，其成分见表1。

表1 青岛市餐厨垃圾成分抽样分析数据（平均值） %

1.2 重庆市餐厨垃圾特性

重庆市餐厨垃圾处理项目收运系统自2010年开始运行以来，经过实测的实际收运的餐厨垃圾理化性质如表2所示。

表2 重庆市餐厨垃圾物理性质（平均值） %

重庆市属于典型的西南地区城市，居民饮食结构中，火锅类所占比例较大，餐厨垃圾中含固率较低，油脂含量较其他地区高，有机质含量相对较高。

1.3 福州市餐厨垃圾理化性质

福州市餐厨垃圾理化性质见表3～4。

表3 餐厨垃圾成分（湿基状态） %

表4 餐厨垃圾化学成分

2 国内餐厨垃圾处理现状及存在问题

2.1 餐厨垃圾处理情况

1）目前国内，正在运行的多为100 t/d以下的餐厨垃圾处置厂，且工艺多为把餐厨垃圾直接烘干做蛋白饲料，由于考虑动物蛋白同源性的问题，国家政策不倾向于此，所以这些餐厨垃圾处置厂也在考虑工艺转型问题。

2） 新建的餐厨垃圾处置厂多采用厌氧消化工艺，其中重庆市主城区餐厨垃圾处置工程正在运行，昆明、北京海淀区、青岛等地的餐厨垃圾处置正处于前期筹备和前期设计阶段，均采用厌氧消化工艺。

2.2 存在问题

1）国外在垃圾收集方面管理比较到位，垃圾成分简单，且饮食习惯的原因，垃圾中油分也比较少，主要包括一些凉拌菜、面包、牛奶、过期食品，国内餐厨垃圾与国外相比具有油脂、盐分含量高等特点。

2）中国地域宽广，很多城市的饮食习惯大不相同，餐厨垃圾的成分也差别很大，如海边城市海鲜比较多，餐厨垃圾中贝壳和螺肉就比较多，内陆城市的餐厨垃圾盐分、含油量比较大，因为垃圾成分的不同，采取的预处理方式也应有所区别。

3）餐厨垃圾的预处理工段是为后续的厌氧工段服务，厌氧工段主要消化餐厨垃圾内的可挥发性有机质，降解率一般为75%～80%，杂质只能浮在罐顶，或者沉在罐底，餐厨垃圾中的无机物含量较高（7%～9%），无机物又可分为轻质、重质2种，轻质杂质（如塑料、织物等）如果不被去除，则会在后续的厌氧罐内形成厚厚的浮渣盖，阻隔厌氧罐的沼气逸出，会带来爆炸的安全隐患；重质杂质（如砂石、骨类等）如果不被去除，则会磨损后续的设备，在厌氧罐底部沉积，减少罐容。由于餐厨垃圾的含油率和含水率较高，餐厨垃圾黏度较高，采用常规的生活垃圾分选装置，无法把无机物分离出来，所以餐厨垃圾预处理的难点和重点就是怎样尽量把杂质从餐厨垃圾中分离出来。

3 预处理核心设备调研情况

3.1 大件杂质分选设备

经过在全国范围内考察，宁波开诚公司和百利阳光公司开发的分选机，对餐厨垃圾的大件杂质（粒径大于50 mm）分选效果明显。

1） 宁波开诚公司分选机（见图1）。此分选机的核心部分主要是筛网和安装在分选机顶部的拨叉，垃圾从分选机顶部进入之后，拨叉开始对筛网上的垃圾来回地拨拉，对一些较大块但容易碎的垃圾（如苹果、番薯等）可以初步破碎使之落入筛下，而无机物通过这种方式很难减小粒径，所以留在筛上，从而达到无机物和有机物分离的效果，无机物的分选效果可以达到85%～90%。此分选机在重庆市餐厨垃圾处置厂内使用。

2） 百利阳光公司分选机（见图2）。此分选机的核心部分主要是条筛和耙除条筛上杂质的齿耙，餐厨垃圾从分选机顶部进入，落在条筛上，条筛每根栅条的间距为50 mm。在分选机工作时，条栅每2根相邻的栅条的振动幅度不一致，同时条栅也以某一种频率进行振动，当运行一段时间之后，条栅暂时停止振动，齿耙开始从上往下清理栅条上的无机物，无机物从分选机尾部的排放口排出，同样齿耙也能初步破碎较大块但容易碎的垃圾，无机物的分选效果可以达到85%～90%。此分选机在北京市高安屯餐厨垃圾处置厂使用。

图1 宁波开诚公司分选机

图2 百利阳光公司分选机

3.2 破碎、制浆、去除轻物质设备

1）美国多达公司开发的生物质分离器（见图3）。

设备结构：立式结构，中部为单轴螺旋，单轴螺旋外套筛桶，筛孔孔径为5～8 mm，底部有收集浆料的收集斗。设备底部设有垃圾进料口和浆料出料口，顶部为塑料等轻物质及较大块重物质的排放口。

工作原理：利用物料的不同离心力来进行分离，设备顶部安装电机，启动之后，单轴螺旋高速旋转，单轴螺旋的叶片在高速旋转时对进入设备的餐厨垃圾进一步进行破碎并且产生强离心力，浆液被甩出筛桶，通过筛孔的浆料被甩至生物质分离器的内壁，并沿着分离器的内壁滑落，落入设备底部的收集斗，其余的较大块重物质和塑料等轻物质通过中间的螺旋被输送出去。

设备顶部有淋洗装置，淋洗塑料上的有机质，破碎后的垃圾与淋洗水混合变成浆料。

图3 美国多达公司生物质分离机

2） 德国schwarting公司开发的破碎分离机（见图 4）。

图4 德国schwarting公司破碎分离机

设备结构：卧式结构，中部为金属实心轴，沿轴的纵向间隔布置铁棍，铁棍与中心轴为柔性连接，中心轴外套筛桶，筛孔孔径为8 mm左右。设备顶部设有进料口，底部有收集浆料的收集斗及浆料出料口，轻物质和较大块重物质从设备的末端排出。

工作原理：利用物料的不同离心力来进行分离，垃圾进入设备之后，电机驱动设备高速旋转，有机质被中心轴上铁棍击打破碎，与设备顶部的淋洗水充分混合，制成浆料，中心轴高速旋转产生的离心力使浆料被甩出筛网，然后落入底部收集斗，较大块重物质和塑料等轻物质继续向前输送到设备末端被排出。

在击打的过程中，如果遇到较硬物品，铁棍可弹回，以保护设备安全工作。

3） 清华同方公司开发的除杂制浆机（见图5）。

图5 清华同方公司除杂制浆机

设备结构：卧式结构，在筒体内设有2个设有刀片的传动轴，筒体顶部设有进水孔，筒体底部设有筛网，筒体下方连接浆料斗，筒体首端顶部设有进料口，末端的底部设有出料口。

工作原理：物料由进料口进入除杂制浆机，通过传动轴及轴上的刀片，在高速旋转的离心力作用下进行餐厨垃圾中物料的破碎和分离；刀片和筒体的相互作用，使物料瞬间撞击，剪切，撕裂，破碎，并在离心力的作用下，塑料及其复合物、橡胶等物料具有柔韧性，不易被刀片破碎，由双轴旋转带动前进，同时，经过水洗，使塑料复合物质洗净、甩干，由出料口排出，浆液与粉碎的固体颗粒通过筛网流出筒体，大于筛孔的固体颗粒在刀片和筒体的继续撞击下，再次粉碎，直至粒度符合要求通过筛孔，浆状物通过浆状物出口流入储料罐。

4 结论

1）宁波开诚公司和百利阳光公司开发的大件杂质分选设备已在相关的项目中进行了实际应用，无机物的分选效果均达85%～90%。

2）美国多达公司开发的生物质分离器、德国schwarting公司开发的破碎分离机和清华同方公司开发的除杂制浆机，这3款破碎制浆去除轻物设备均采用离心分离的原理，利用高速离心分离原理分离密度不同的物质事实证明可行、高效，在国内，这三款设备都经过了中试试验的检验，具有去除轻物质、破碎制浆的功能，轻物质的去除率达到95%左右。且这3款设备均将在实际项目（餐厨垃圾处理规模200t/d以上）中进行应用，处理效果等待检验。