中新天津生态城餐厨垃圾多元化资源利用模式探索

2016-11-18陈冠益郑福居蒋玉广

环境卫生工程 2016年5期

关键词：废油餐厨甲酯

李　野，陈冠益，郑福居，蒋玉广，杨　伟

（1.天津大学环境科学与工程学院，天津300072；2.天津生态城环保有限公司，天津300467）

中新天津生态城餐厨垃圾多元化资源利用模式探索

李野1，2，陈冠益1，郑福居2，蒋玉广2，杨伟2

（1.天津大学环境科学与工程学院，天津300072；2.天津生态城环保有限公司，天津300467）

简述了近年中新天津生态城餐厨垃圾产生量及变化趋势；结合生态城实际情况，采取集中处理及分散处理相结合的方式，提出了餐厨垃圾多元化资源利用模式，并分析了餐厨废弃油脂制备生物柴油、餐厨废弃油脂制备皂粉、餐厨垃圾好氧发酵制备植物营养基、餐厨垃圾覆膜堆肥制备土壤调理剂4种工艺及应用情况。

中新天津生态城；餐厨垃圾；资源利用

1　餐厨垃圾概况

天津生态城环保有限公司自2012年取得城市生活垃圾收集运输服务许可证，一直负责中新生态城内各类城市生活垃圾的清扫、收集及运输业务。目前收集的餐厨垃圾主要涵盖已建成的饮食服务商业区和常驻单位食堂（涵盖生态城内所有学校食堂、企事业单位餐厅等20余家）。生态城餐厨垃圾产生量见图1。

图1　2013—2015年生态城餐厨垃圾产生量

由图1可知，2013—2015年餐厨垃圾呈现逐年增加的趋势，且年增长率分别达到61.45%、28.31%。截止到2016年，生态城入住人口达4万余人，餐厨垃圾产生量约120 t/月。

2　餐厨垃圾多元化资源利用模式

根据《中新天津生态城基础设施专项规划-环境卫生工程专项规划》，规划在生态城内建设1座有机垃圾资源化中心，集中处理生态城内产生的餐厨垃圾以及居民家中产生的厨余垃圾。但是鉴于目前生态城人口较少且分散，生态城采取集中处理及分散处理相结合的方式，按照就近处理的原则，将餐厨垃圾进行多元化资源利用方式进行处理。

2.1餐厨废弃油脂制备生物柴油技术

生态城在环卫之家试制1套生物柴油制备中试设备，开展餐厨垃圾废油油脂制备生物柴油研究及示范，其主要技术优势在于利用固体新型催化剂代替传统的液态催化剂，避免对设备的腐蚀，降低生产成本，主要产品为生物柴油粗产品。其制备工艺如图2所示。

图2　餐厨垃圾废弃油脂制备生物柴油工艺路线

利用废油油脂制备生物柴油主要步骤：①油脂预处理。原料油经40目滤网过滤出大型固体杂质，进入计量毛油池，经真空吸入酯化脱水釜，加热到100℃，真空脱水30 min，油脂水分含量＜0.2%。②酯化反应阶段。油脂泵入酯化反应釜，升温至120℃，按比例加入催化剂，打开甲醇泵定量加入甲醇，反应釜在120℃维持1 h，取样测定，达标后停止加入甲醇，反应结束，脱醇30 min，酯化完成，多余甲醇经冷凝器回收进入废甲醇储存罐［1］。③酯交换反应。将酯化好的甲酯利用过滤泵进行增压过滤，滤出固体催化剂及杂质，进入酯交换反应釜进行酯交换反应。提前进行醇碱混合，将混合好的醇碱加入酯化反应釜内，反应温度控制在65℃左右，反应1 h后，升温到95℃脱醇30 min，酯交换反应完成，甲醇冷凝回收。④蒸馏提纯成品。酯交换反应甲酯进入沉降罐，静置4 h分离甘油，甘油下部排出，放入粗甘油池，粗甲酯等待蒸馏。粗甲酯经真空吸入蒸馏釜后，加热至200℃，真空下（-0.1 MPa）进行前馏分蒸馏。前馏分蒸馏经冷凝器冷凝回收进入前馏分储存罐。待前馏分蒸馏完成后关闭前馏分储存罐阀门，打开成品甲酯储存罐阀门，升温至270℃。经填料塔分选后，经冷凝器冷凝回收进入成品甲酯储存罐，得到精甲酯产品。

2.2餐厨废弃油脂制备皂粉技术

生态城在环卫之家试制1台废油油脂制备皂粉中试设备，开展餐厨垃圾废油油脂制备皂粉的研究及示范。其利用废油油脂制备皂粉主要步骤：①预处理。包括过滤除杂质和加热除味2部分。②皂化。将预处理后的废油加热至90℃，缓慢加入40%的氢氧化钠溶液，搅拌，控制pH在8～9，反应30 min。③盐析。首先，加入体积分数大约是皂化液15%的热水（水温与油温相同或略高于油温）；然后，加入质量分数约为油量10%的氯化钠，加热煮沸并搅拌10 min，静置1 h，除去下层废水，此时制得粗皂基。将皂化好的溶液倒入饱和氯化钠溶液中，使硬脂酸钠在盐溶液中分离出来，形成分层，上层是肥皂，下层是甘油、过量的碱以及氯化钠等。④水洗。在制得的皂基中倒入皂胶量1～1.5倍的热水，加热搅拌，煮沸3 min，静置沉淀分离。⑤干燥粉碎。将水洗过的皂胶晾干粉碎，即得皂粉。

目前餐厨垃圾资源利用制备产品：皂粉、植物生长基等，在生态城内开展垃圾分类活动作为小礼品发放给生态城内居民使用。

2.3餐厨垃圾好氧发酵制备植物营养基

餐厨垃圾固液分离后的固相部分，生态城采用餐厨垃圾好氧发酵机及覆膜堆肥对固相部分进行处理。根据生态城餐厨垃圾产生量和气力输送系统分布情况，部分餐厨垃圾采用分散式餐厨垃圾资源化处理系统，其优势在于占地面积小、处理速度快、处理方式灵活等。餐厨垃圾由投料和出料装置、热力供应系统、供氧与排气系统、驱动机构、电控系统等组成。工作时，由投料口投入预处理后的餐厨垃圾原料，同时投入好氧降解菌种。物料在驱动机构搅拌叶的搅动下，在发酵室内形成连续翻动的循环状态，保持物料受热的均匀度和充足的供氧条件。设备的换热装置为布风管提供干燥热空气，形成均匀的加热空间，使物料充分传热、除湿。整个发酵、脱水过程中，供氧排气系统不断为物料提供新鲜空气，满足其好氧发酵工作要求。作业完成后，物料向设备中部聚集，从设备底部的出料口出料。餐厨垃圾处理过程中，设备采用程序自动控制的方式，对发酵物料的温度、压力和供氧等进行严格的监测和控制，在规定的时间内，完成物料发酵、干燥和冷却，直至生产出高有机质的有机肥产品，可用于土壤改良、种植植物等，实现餐厨垃圾无害化、减量化、资源化处理。2台餐厨垃圾发酵机每台运行负荷为300 kg，实际运行负荷一般为260～290kg，2台发酵机单次共产出绿肥为80～120kg，2016年截至目前为止，共计产出植物营养基3.61 t。

2.4餐厨垃圾覆膜堆肥制备土壤调理剂

生态城部分餐厨垃圾采用与城内园林垃圾、生活污泥覆膜共堆肥技术制备盐碱地改良剂。本技术的固体废弃物包括餐厨垃圾、绿化垃圾和污泥共3大类，主体工艺采用“垃圾预处理+覆膜微曝气好氧混合堆肥发酵”，利用堆肥产品开展盐碱土壤改良研究。覆膜堆肥技术如图3～4所示。主要工艺及步骤：①堆肥原料为污泥+园林绿化垃圾+餐厨垃圾，调节含水率40%～60%，有机物含量20%～60%，C∶N为20∶1～30∶1，堆体发酵温度55～75℃，55℃至少维持5 d；堆体氧浓度＞10%；通风量0.05～0.20 m3/min。②辅料为微生物菌剂、秸秆、木屑等干物质。③系统设计。按物料不同配比及添加

不同腐熟剂接种量，进行堆肥处理系统设计（具体物料配比在检测完堆肥物料理化性质后确定），每个堆垛尺寸［长×（底宽∶顶宽）×高］为10m×（2m∶1 m）×1 m，发酵周期4～6周。④材料及设备。覆盖膜4块，尺寸［长×宽］为15 m×5.0 m（四边各0.5 m裙边）；通风管8根，长10 m，φ160 mm；鼓风机1台，功率1.5 kW，电压380 V，转速2 800，流量860 m3/h，风压1 020 Pa；温度检测器8套及氧气浓度检测器8套；配电系统1套；其他翻拌工具。堆肥30 d后腐熟，在成品满足有机肥料标准（NY525—2012）后，用于生态城内绿化用土盐碱地改良。

Mode Exploration of Diversified Resource Utilization of Food Waste in Sino-Singapore Tianjin Eco-city

Li Ye1，2，Chen Guanyi1，Zheng Fuju2，Jiang Yuguang2，Yang Wei2
（1.College of Environmental Science and Engineering，Tianjin University，Tianjin300072；2.Sino-Singapore Tianjin E－co-city Environmental Protection Co.Ltd.，Tianjin300467）

The food waste production and its trend in Sino-Singapore Tianjin Eco-city of the past few years were briefly introduced.Combined with actual status，we used the method of centralized processing and distributed processing combination，put forward the mode of diversified resource utilization of food waste and specifically analyzed four processes and their applications including using waste oil to produce biodiesel and soap powder，aerobic fermentation to produce plant nutrient，composting with film to produced soil conditioner.

Sino-Singapore Tianjin Eco-city；food waste；resource utilization