厨余垃圾能源化处置及预处理方案讨论

余淑蓉 谢小明

（1 厦门市政环境科技股份有限公司 福建厦门 361000 2 厦门驿鸿环境服务有限公司 福建厦门 361000）

1 厨余垃圾性质特征及组成

我国已于2019 年启动生活垃圾分类工作，主要推行四分法， 计划2025 年底地级及以上城市基本建成分类处理系统，当前主要将垃圾分成厨余和其他进行分类和处置［1］。根据住建部发布的数据统计，我国生活垃圾清运量在2017 年已达2.15亿t，而厨余垃圾（即居民产生的剩菜饭、果蔬皮等）约占36%～52%［2］，占城市生活垃圾中较大的比重。

我国地广辽阔，由于饮食习惯不同，产生的厨余垃圾成分略有差异， 如重庆厨余垃圾食物残渣含量71.2%， 含水率约73.5%， 而杭州厨余垃圾食物残渣含量约72.4%， 含水率约69.2%［3］。厦门作为垃圾分类试点城市，较早开展了垃圾分类工作，对其厨余垃圾物理组成情况进行抽样调研（见表1）。 分析显示，成分依然比较复杂，易腐类组分比重增长明显，其他各组分均有下降，主要杂质为橡塑和纸类，几乎没有有害垃圾和大件垃圾。

2 厨余垃圾处理技术及存在的问题

前端分类与后端处理唇齿相依， 分类厨余垃圾品质决定了后端处理工艺的选择。 目前我国主要通过源头减量、 肥料化、厌氧消化和焚烧等手段处理厨余垃圾。

2.1 源头减量处理技术

源头减量处理技术是指在居民厨房中安装厨余垃圾粉碎机，厨余垃圾粉碎后，直接通过污水管网进入污水处理系统。该技术对保持厨房卫生、 减少蚊蝇方面对居民有非常直观的感受；对于环卫部门，可显著减少垃圾清运量，降低配套人员、设施等费用投入；对污水处理系统，可提升进水C/N 从而改善脱氮除磷效果。 但也存在以下问题：①由于我国饮食高油、高盐的习惯和市政管网设计限制，容易造成下水道堵塞等问题；②污水含固率增高，增加小区化粪池、排水管道清淤频次和成本；③污水中有机物浓度增高，在管道厌氧环境中容易生物降解，产生沼气，有安全隐患；④根据居民生活习惯，生活污水集中时段排放，瞬时污水浓度高，对污水厂运行有一定影响。

目前， 厨余垃圾处理机在我国应用较少， 数据调查显示2012 年在上海使用厨余垃圾处理机的居民仅有1.69%， 厨余垃圾粉碎直排污水系统对于城市能源消耗、 污水厂运行以及经济性等究竟有多大的影响，还未有定论［4］。

2.2 肥料化处理技术

厨余垃圾肥料化处理技术包括好氧发酵堆肥技术和生物制肥技术。 好氧发酵处理技术是指将厨余垃圾通过破碎、筛分出垃圾中的有机部分，对有机部分进行鼓风曝气供氧，将有机物转化为有机肥料的技术，可分为集中和分散2 种方式。 生物制肥是指通过蚯蚓、黑水牤等生物，将厨余中的有机质进行分解，转变为有机肥的过程。 垃圾制肥农用其实已经在我国实践了十几年，但未有明确的政策支持，受此影响，肥料销售出路困难。 若作为园林绿化用肥，也因垃圾体量太大，市场容量有限，仍难以大量推广实施。

2.3 厌氧消化处理技术

厨余垃圾厌氧消化处理技术目前主要有湿式厌氧和干式厌氧2 种，所需技术条件和特征见表2。

表1 厨余垃圾物理组分（湿基） %

厨余垃圾处理工艺的选择与原料性质密切相关， 一般认为根据我国厨余垃圾含水率在30%以上的情况， 更适用于干式厌氧。 但在实际工程应用中， 为满足干式厌氧设施稳定运行，也需要较高的预处理条件，且干式厌氧产生的沼液含固率高，黏度高达为83 cp～367 cp，远高于一般生化进水，无法通过0.45 μm 滤膜，极易造成后续超滤膜堵塞，导致污水处理无法正常运行。 然而，随着厨余垃圾分类工作的逐步推进，分类效果越来越好，厨余垃圾品质随之提升，含水率进一步提升，越来越接近餐厨垃圾，预处理系统也会趋向简单，基于此认为采用湿式厌氧消化处理厨余垃圾将更为适用。

表2 湿式和干式厌氧消化技术工艺条件与特征

2.4 直接焚烧处理技术

在未进行垃圾分类前， 厨余垃圾和其他垃圾一并焚烧处理，由于混合均匀，在焚烧技术上是可行的。 推行垃圾分类后，末端处置系统未跟上情况下， 厨余垃圾还是只能进行焚烧处置。但是，由于厨余垃圾含有60%～70%的有机垃圾，含水率高、热值低，分类后未经任何预处理无法与其他垃圾充分混合，带来了诸多问题。

以某生活垃圾焚烧厂为例， 该厂日处理垃圾600 t/d （2×300 t/d），采用日本荏原机械炉排炉，发电量为6 288 万kWh/a，应急接收厨余垃圾约200 t/d。 分析该厂的运行情况发现以下问题：①环境恶化、蚊蝇增多，对厂区和周边环境造成不良影响；②厨余垃圾集中进厂，难与其他垃圾均匀混合，影响垃圾可堆放高度和发酵；③厨余垃圾热值低，需增加助燃油投加量以避免炉温低于850 ℃，经统计厨余垃圾减少15%时，助燃油投加量可下降80%；④渗滤液增量明显，渗滤液泵抽排频率较之前增加200%～300%，且渗滤液油脂含量较高，导致卸料门、炉排下筛分斗等处导管堵塞，渗滤液处理站无配套除油设备，对膜处理系统有破坏性影响，出水氨氮偏高；⑤增加设备运维投入，常出现垃圾无法完全燃烧后产生漂浮物，造成出渣机堵渣次数增加，半年累计增加外委疏通费用约30 万元。

不管采用哪种技术路线， 厨余垃圾处理后的产物去向是首先需要考虑的问题。 当前，在未有更好的资源化途径前，将厨余垃圾能源化处置是最适合当前国情的处理工艺。 即厨余垃圾经过固液分离，固相焚烧发电，液相厌氧消化产沼气，有效利用了厨余垃圾的有机质， 又能处理过程中产生的固渣和水的问题。 在工艺选择上，应思考如何降低固相的含水率和液相的含固率，同时工艺流程应尽量简单。

3 厨余垃圾能源化处置预处理工艺方案

厨余垃圾能源化处置工艺预处理的目的在于： 降低固相含水率，可满足焚烧的要求； 控制液相的含固率，可进行水处理。 针对厨余垃圾的特点及后端工艺的要求，本方案设计采用破碎筛分+生物质分选+挤压脱水的工艺，流程图见图1。

图1 预处理工艺流程图

（1）破碎筛分：由于前端分类不完全，厨余垃圾中仍含有塑料袋、棉被、装修废物等垃圾，影响后续生物质分选和压榨效果，易对设备磨损，因此对来料先进行破碎，筛分出粒径＞200 mm 的物料，筛下物进入下一处理系统。

（2）生物质分选：厨余垃圾破碎后直接脱水挤压，压力需高达30 MPa～100 MPa，能耗高，挤压的浆液含固率、含杂率高，采用干式厌氧处理产生的沼渣仍然难以处理［5］。 设计采用生物质分选机，将物料中塑料、纺织品、玉米皮等纤维长的物体与有机物料分离，得到较为均质化的有机物料，粒径范围12 mm～50 mm。

（3）挤压脱水：分选出的有机物料通过挤压高效脱水，挤压出的固渣含水率为50%～60%，热值4 000 kJ/kg～5 000 kJ/kg，与前端筛选出来的无机物料混合，作为RDF 焚烧发电，液相经调浆除砂后去做湿式厌氧产沼。

4 结论

（1）针对我国厨余垃圾含水率高、杂物含量高的特征，结合多种处置工艺分析，提出在当前垃圾分类国情下，能源化是现阶段厨余垃圾处置更为合适的选择之一。

（2）由于厨余垃圾的特性，直接焚烧对垃圾焚烧厂带来多种问题情况，提出厨余垃圾能源化预处理工艺，即破碎筛分+生物质分选+挤压脱水，固相焚烧，液相厌氧产沼。