厨余垃圾卧式干法厌氧消化及其预处理方案探讨

刘淑玲，郑 苇，靳俊平，李 波

（中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津 300381）

厨余垃圾卧式干法厌氧消化及其预处理方案探讨

刘淑玲，郑 苇，靳俊平，李 波

（中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津 300381）

介绍了厨余垃圾分类难及其橡塑、纺织物、砖瓦、玻璃等杂物含量高的特性，据此提出了采用卧式干法厌氧消化的资源化处理方法。通过总结卧式干法厌氧消化工艺主要特征，结合厨余垃圾的特性，提出了卧式干法厌氧消化工艺的预处理方案。

厨余垃圾；干法厌氧消化；预处理；工艺方案

1 厨余垃圾性质特征及组成

根据我国目前餐厨垃圾分类收集城市进行调研的结果，厨余垃圾性质特征及组成见表1。

表1 我国部分城市厨余垃圾性质特征 %

我国厨余垃圾中食物残渣含量70%～75%，其中混入了大量橡塑、纺织物、砖瓦、玻璃等家庭日常生活来源的杂物。这些杂物含水率低，不能生物降解，从而导致厨余垃圾含固率较高，为25%～30%。

2 厨余垃圾厌氧消化工艺初筛

2.1 湿法和干法厌氧消化工艺比选

目前，厌氧发酵技术分为湿法和干法2种类型。《规模化畜禽养殖场沼气工程设计规范》中，推荐升流式厌氧固体床（USR）推荐干物含量为3%～5%，全混合厌氧消化器（CSTR）推荐干物含量为8%～12%，塞流池推荐干物含量为7%～10%。其他技术如UASB则控制在2%以内。CJJ 184—2012餐厨垃圾处理技术规范中，提出湿法工艺的物料含固率一般控制在8%～18%，干法工艺物料含固率控制在18%～30%。一般认为干法厌氧消化总固含率可控制在20%～40%。干法厌氧消化与湿法厌氧消化的本质区别是以气相而非液相为连续相，具体表现在基质中游离水的多少。2种消化工艺的优缺点比较见表2。我国厨余垃圾含水率一般约为30%，若采用湿法厌氧消化，需加入大量稀释水（每吨垃圾约需2.0 t稀释水），从而增加厌氧消化处理量、消化后残余物产生量，厌氧消化、后期沼渣和沼液的处理投资极大增加，从而显著增加运行成本；另外，湿法厌氧消化对厨余垃圾的预处理要求较高，相关投资增加。而利用干法厌氧发酵可在保持其原始状态进行厌氧消化，厌氧消化前不需补水稀释，节约了能耗，而且干法厌氧消化工艺因其能够处理高固含率废物的优点，相对满足了目前厨余垃圾处理的要求。因此，我国厨余垃圾宜采用干法厌氧消化对其进行处理。

表2 湿法和干法工艺优缺点对比

2.2 立式和卧式干法厌氧消化技术比选

目前，干法厌氧消化应用较多的技术为连续式单相干法厌氧技术，主要包括：法国VALORGA INTERNATIONALS.A.S公司的仓筒型干发酵系统、瑞士Kom-pogas AG公司的KOMPOGAS工艺系统、德国thÖni公司的隧道窑干法发酵系统（TTV）、德国林德公司的BRV工艺系统、比利时OWS公司的渗沥液储存桶型干发酵系统（Dranco）等大型沼气干发酵系统。上述5种干法厌氧消化技术可分为2类，即卧式和立式干法厌氧消化技术。卧式干法厌氧消化技术包括KOMPOGAS技术、TTV技术以及BRV技术；立式干法厌氧消化技术包括VALORGA技术和Dranco技术。

由于Dranco技术虽然在厌氧罐内不需要搅拌，但为了混合和接种充分，需要大比例回流，回流量高达进料量的5～8倍，而其它干法厌氧发酵技术由于在厌氧罐中有混合设备，物料回流目的仅为接种，因此回流量仅为进料量的20%～40%。由于厨余垃圾的含水率低、黏度高、杂物含量大等特征，物料输送困难，极大增加了该技术在实际运行中大比例物料回流的难度。

另外，VALORGA技术为了使物料从立式罐的一侧运移至另一侧出料，同时起到搅拌的作用，采用5～8个大气压的加压沼气回喷的方法。但我国厨余垃圾中含有金属、石块等重物料，且有较高黏度。物料中的金属、石块等重物料因不能吹起而导致沉积，阻碍气流喷射效果。同时高黏度物料容易堵塞喷气气孔，从而导致运行失败。

而卧式干法厌氧消化技术皆采用罐内机械搅拌的方式混合、推动物料，因此对物料的黏度、杂物含量等要求较低。可见，卧式干法厌氧消化技术对于处理我国有些地区厨余垃圾具有一定的针对性。

3 卧式干法厌氧消化技术工艺条件及特征

以上3种卧式干法厌氧消化工艺在国外已投入生产性应用，并已进行规模化的沼气生产。就其各自的处理废物情况及工艺条件和特征汇总于表3。

表3 几种卧式干法厌氧消化处理废物及技术工艺条件与特征

可见，对于卧式干法厌氧消化工艺来说，厌氧工艺要求预处理系统将粒径控制60～80 mm以下。另外，卧式干法厌氧消化技术的进料物料粒径，并非越小越好。如果前端预处理将物料破碎的太小，会导致在厌氧消化反应罐内缺少骨架支撑物，不能形成连续的气流相，反而不利于干法厌氧发酵的进行。

4 厨余垃圾干法厌氧消化预处理工艺方案

对于厨余垃圾卧式干法厌氧消化工艺，预处理的目的在于：①将不适宜发酵的物料从物料中分离出来，以减小发酵设施的投资建设费用及避免对发酵过程的干扰；②满足厌氧消化工艺的物料进料要求，控制进入发酵工序中物料的粒度，以保证厌氧消化工序的稳定正常运行；③调节进入发酵过程中物料的含固率、温度和碳氮比，为厌氧微生物发酵过程创造良好的环境。

厨余垃圾中的大件纺织物和塑料，会缠绕搅拌系统；大块橡塑会阻碍沼气释放；大块砖瓦石块会在厌氧罐内形成沉积、难以排出。因此卧式干法厌氧消化预处理系统需去除厨余垃圾中的大块纺织物、橡塑、砖瓦石块。另外，考虑资源的回收利用，以及后续消化残余物脱水工艺的稳定运行，预处理系统中应尽可能回收其中的有价金属和玻璃。因此，厨余垃圾卧式干法厌氧消化预处理工艺方案选择如下：①厨余垃圾首先进行粗大物料人工分拣，将其中易碎但可回收的玻璃、易缠绕的大件织物、大块砖瓦石块等人工拣出，以提高后续筛分系统的筛分效率；保证厌氧发酵系统的稳定运行。②由于厨余垃圾中含有大量的织物、橡胶、木竹等高热值重物料。因此对于粒径大于80 mm废物，采用弹跳筛，筛选其中的可燃物，送焚烧厂回收其中热量。同时，弹跳筛也起到了进一步将80 mm滚筒筛筛上物中，可生物降解组分分离的作用。厨余垃圾卧式干法厌氧消化预处理方案可按图1的工艺流程进行。

图1 卧式干法厌氧消化预处理工艺流程

5 结论

1）针对我国厨余垃圾含固率约30%，杂物含量高的性质特征，结合湿法和干法厌氧消化工艺特征，提出采用卧式干法厌氧消化对厨余垃圾进行资源化处理的工艺方案。

2）综合考虑各种干法厌氧消化工艺的的参数和特点，结合我国厨余垃圾特征，提出了厨余垃圾卧式干法厌氧消化的预处理工艺，即人工分选+ 80 mm筛分+磁选。

［1］Lissens G，Vandevivere P，De Baere L，et al.Solid waste digestors：process performance and practice for municipal solid waste digestion［J］.Water Sci Technol，2001，44（8）：91-102.

［2］武少菁，刘圣勇，王晓东，等.秸秆干发酵产沼气技术的概述和展望［J］.中国沼气，2008（4）：20-23.

Horizontal Dry Anaerobic Digestion and Preprocessing Scheme for Kitchen Waste Treatment

Liu Shuling，Zheng Wei，Jin Junping，Li Bo
（North China Municipal Engineering Design&Research Institute Co.Ltd.，Tianjin 300381）

Kitchen waste classification difficulties led to high impurity content，such as rubber and plastic，fabric，brick and tile，and glass.Therefore，horizontal dry anaerobic digestion process as a resource method was proposed.The preprocessing scheme for horizontal dry anaerobic digestion process was put forward by summarizing the major characteristics of horizontal dry anaerobic digestion processand combining with the characteristicsofkitchen waste.

kitchen waste；dry anaerobic digestion；preprocessing；processscheme

X705

A

1005-8206（2017）01-0021-03

刘淑玲（1961—），教授级高工，主要从事固体废物处理处置工程项目设计咨询。

E-mail：1543487524@qq.com。

2017-01-15