餐厨垃圾渗滤液处理改造节能降耗分析

2021-01-09

化工与医药工程 2020年5期

（银川保绿特生物技术有限公司，银川 750001）

餐厨垃圾，俗称泔脚，包括蔬菜、米、面、动植物油、肉、骨头等种类[1]。餐馆、饭店、单位食堂等的饮食剩余物以及后厨的果蔬、肉食、油脂、面点等的加工过程废弃物称作餐饮垃圾，家庭日常生活中丢弃的果蔬及食物下脚料、剩菜剩饭、瓜果皮等易腐有机垃圾称厨余垃圾。餐饮垃圾和厨余垃圾总称为餐厨垃圾[2]。以上垃圾经过无害化处理后产生的污水具有高温、高油脂等特点，在最初的工艺设计中并没有完全考虑到实际操作过程中出现的问题，导致处理过程能耗较高，经过分析研究，制定改造方案，经过技术改造处理后达到节能降耗的目标。

1 项目概述

某公司收运来的餐厨垃圾处理量在200 t/ d，餐厨垃圾经过粉碎、高温（蒸汽温度一般为90～100 ℃）灭菌后，所产生的污水温度为65～70 ℃，产生的污水量在150 m3/d 左右。同时经高温灭菌后，水中的动植物油含量非常高，经过乳化、离心后，无法完全将水中的油分离彻底，水中油含量在20 g/L 左右。

餐厨垃圾收运前已经变质腐败，来料中pH 值基本在3.5～5.0 之间，因为是餐厨垃圾，来料种类及成份复杂，加之垃圾分类不彻底、不完善，水中夹杂着毛发、花椒粒、瓜子皮、碎塑料片、碎木筷渣等杂物。

该公司污水处理简易流程如下：

缓冲罐 → 转鼓细格栅 → 中温UASB → AO 池→ 沉淀池 → 清水池

2 运行中存在的问题

2.1 温度调节

中温UASB 反应器要求的反应温度一般为35～38 ℃，但污水温度为65～70 ℃，所以需要在缓冲罐前加入清水进行混合，并降温和稀释污水中的CODcr 浓度，加入的水量为50 m3/d，温度虽然降低了，但是除每天加水外，同时也增加了污水处理的总水量。

2.2 堵塞格栅

由于污水中含有大量的油污、蛋白质、脂肪酸钙、淀粉等胶体糊状物质，这些不溶于水的物质包裹在悬浮物表面上，须经细格栅除去，同时由于水中的动植物油含量较高，导致细格栅经常堵塞，需要频繁反洗、人工清理。

2.3 人工清理

由于污水中油属于乳化状态，遇冷后，水中黏度增加，即便通过细格栅反洗，格栅污堵依然比较严重，需要人工清理细格栅，清理频率为1 次/3 d，2 h/次，而且需要停水，生产压力较大。

2.4 能源浪费

通过人工清理，该部分油脂进入外运废物中填埋浪费，是无法回收的。但通过细格栅反洗，反洗水及油类物质（油类混合于悬浮物中）通过管道可以进入前端工艺将油脂回收，20 g/L 的油脂从细格栅出水后可以降至8 g/L 以下，12 g/L 换算为12 kg/m3，按照150 m3/d 水量计算，12×150=1 800 kg/d 的油脂，粗油脂按3 000 元/t 计，1.8×3 000=5 400 元/d，也造成经济损失。

3 存在问题分析

3.1 降温水由清水改为循环水

公司现有逆流机械通风冷却塔[3]1 座，循环冷却水量80 m3/h，供水温度32 ℃，回水温度42 ℃，为液压油站、曝气风机供冷却水，日常需求量20 m3/h就可以满足生产，尚有60 m3/h 的余量，夏季极端气温时，冷却塔顶风机也没有启动运行，风机电机为7.5 kW。2018年7月持续监测该冷却塔回水平均温度为32 ℃，出水平均温度为21 ℃，现将60 m3/h 的循环水余量用于工艺原水降温，方案是可行的。

表1 改造前冷却塔运行参数表（未开启冷却塔风机工况）Tab.1 Operation parameter list of cooling tower before modification（working condition of cooling tower fan not opened）

3.2 采用蒸汽高温去除油脂类物质

公司锅炉产生的蒸汽用于前端预处理系统的高温灭菌，原设计为4 t/h 的油/气锅炉，因餐厨垃圾在日常收运处置过程中的操作时间为每天9:00～22:00，其余时间段基本不用蒸汽，目前蒸汽有富余。

蒸汽温度为100 ℃以上，工艺界区蒸汽压力为0.6 MPa，利用蒸汽高温高压的特点，将格栅中的糊状油脂除去，避免堵塞格栅，清洗频次因此下降，同时油脂经高温后会成乳化状，也易从格栅上剥离下来。而且此格栅使用蒸汽为间歇式，不影响前端预处理连续生产。

4 解决方案

4.1 增加换热器

根据以上分析，在原工艺基础上增加1 台换热器，引入循环水，新污水处理简易流程如下：

缓冲罐 →转鼓细格栅 → 换热器（新增）→ 中温UASB → AO 池 → 沉淀池 → 清水池

根据热交换器[4]设计原则，进行热量衡算，选用管壳式换热器，又因为污水pH 值在3.5～5 之间，选用SS304 材质卧式列管式换热。冷却水中悬浮物在80～100 mg/L，工艺原水中悬浮物在10 000～12 000 mg/L，设计冷却水走管程，工艺原水走壳程，为防止污堵，在换热器的原水管线上加装阀门并设置反冲洗水管，定期进行冲洗。

具体计算依据如下：

冷却水进水温度31 ℃，换热后回水温度为41 ℃，冷却循环水量为60 m3/h；

工艺原水进水温度65 ℃，换热后温度为40 ℃，工艺原水水量为150 m3/h，列管式换热器材质为SS304；

Cp=4.18 kJ/kg· ℃，水的比热

K在（850～1 700）W/m2· ℃（本次计算取1.1 kW/m2· ℃），SS304 的传热系数，

Δt=（24+9）÷2=16.5 ℃，说明：采用逆流换热方式，原水进水温度减去冷却水回水温度（65- 41=24 ℃），原水出水温度减去冷却水进水温度（40-31=9 ℃），

W=60×1 000÷3 600=16.67 kg/s，质量流量

Q（冷）=W·Cp·Δt=16.67×4.18×16.5

=1149.73Kw，

换热面积S=Q（冷）/（K×Δt）

=1 149.73÷1.1÷16.5

=63.35 m2，

根据以上核算，考虑到余量问题，决定由换热器厂家制作提供了换热面积为65 m2的列管式换热器。2018年8月投运该换热器，开始时循环水温上升较快，平均升高15 ℃，冷却塔回水温度为47 ℃，进水温度为36 ℃，工艺原水温度从65～70 ℃降至45 ℃，后期将冷却塔顶风机开启后，整体温度又降了5 ℃，循环冷却水未超出设计温度，工艺原水降至40 ℃以下。循环冷却水温差约为11 ℃，按照冷却塔进塔干球空气温度30 ℃，蒸发损失率为1.65%[5]，变化不大，该损失可以忽略不计。

4.2 增加蒸汽冲洗管线

根据转鼓细格栅特点，在保留原冲洗用水管线基础上，增加新的SS304 蒸汽管线，通过减温减压后，蒸汽运行压力0.3～0.4 MPa，温度在80～90 ℃，格栅处设置的冲洗用蒸汽总管管径10 mm，支管径5 mm，该蒸汽会将悬浮物上的油污进行乳化，实现油水分离，效果比较明显，冲洗完的残渣、糊状油脂均进入排渣螺旋，送入前端工艺段进行回收。