餐厨垃圾处理及臭气系统改造的思考

徐勤云

（浙江爱科乐环保有限公司，浙江 杭州 310030）

0 前言

该餐厨垃圾处理项目于2015年建成并调试运行，至今已运行5、6年，餐厨垃圾处理采用“预处理+加热提油+厌氧发酵+沼气净化利用”工艺[1]，处理规模：200t/d；除臭系统采用“酸洗+碱洗+光催化”工艺，总设计风量为50000m3/h。

该餐厨垃圾处理项目建设时国内餐厨垃圾处理技术处于起步阶段，技术成熟性较低，现状工艺流程路线复杂[3]。根据实际运营情况，由于浆料加热、水力除渣及立式提油机等设备对后续厌氧产沼贡献较小且这些设备为高浓度臭气产生源，因此实际运营过程中上述设备均未使用，存在设备冗余情况，导致车间内须除臭换气空间体积大。因此，须对现状工艺做出优化调整，以提升餐厨垃圾处理效率，同时为臭气处理系统提升改造提供空间。

该项目餐厨垃圾处置过程中会产生并散发恶臭气体，其感官体现为综合性恶臭异味。除臭系统也已严重影响了周围居民的正常生活，曾多次遭到周围居民的投诉；环保要求日趋严格；业主单位对臭气浓度排放限值提出了更高的标准。因此，须对现状除臭系统进行提升改造以满足各方需求。

1 工艺简介

1.1 餐厨现存工艺简介

餐厨垃圾经运输车辆运至处理厂，经过地磅称重后由车辆运至预处理车间内的接收料斗处。该项目设置2套物料接收系统，考虑到餐厨垃圾中水分及杂质较多，每台料斗底部设置1套三螺旋给料机。料斗底板为多孔结构，并且在接收料斗底部设置沥水收集池，用于收集餐厨垃圾在输送过程中所沥出的有机浆液，然后泵送至沉砂池，沉砂清液通过浆液缓冲池提升泵提升至浆液加热罐，经蒸汽直喷加热至80℃左右，由三相提油进料泵提升至三相离心机进行提油。

接收料斗中的餐厨垃圾，经螺旋输送机提升进入自动分选机，自动分选机的主要功能是对餐厨垃圾中的塑料、织物及硬质不易破碎的无机物如金属等无机杂物进行分离，同时对餐厨垃圾中的食物残渣进行浆化处理产生有机粗浆料。餐厨垃圾进入自动分选机后，垃圾中的固体有机物（食品、骨头、木竹等）和易破碎的重物质（贝壳、玻璃、瓷片等）被自动分选机内特殊的转锤破碎并排出，而其中轻物质（塑料、织物等）和不易破碎的金属等杂质由于转锤的特殊设计则没有被完全粉碎，被输送至尾端排出，排出的塑料、织物、金属等杂物与固渣一起外运进行填埋处理。

经过自动分选制浆作用后，物料呈浆料状，通过浆料输送泵送入湿热水解装置。湿热水解装置的主要作用有2点：首先对有机粗浆料加热后，有利于油脂回收工艺环节最大化回收油脂；其次，在高温和搅拌作用下，粗浆料中的固态有机质能最大化地分离，进入液相，同时也减少后续固液分离环节的固相量。升温后的物料进入固液分离机I型进行固液分离，部分固态有机质也会在固液分离时溶入液相。经过固液分离产生的有机浆液与沥液合并进入沉砂池除砂砾，随后进入油脂回收与提纯系统，砂砾定期由挖机清理至运渣车上外运进行填埋处理（运至专业处置场所）。

与沥水一起除砂砾后的浆液进入浆液加热罐，由三相提油进料泵提升至卧式三相提油机，将浆液中的油脂、固渣以及有机浆液分离。分离出的有机浆液暂存于餐厨三相浆料收集罐；粗油脂暂存于餐厨粗油加热罐，经加热静止排水后泵入餐厨毛油储罐；固渣经三相出渣螺旋输送机提升至废渣出料螺旋输送机，与固液分离出料一起输送至固渣运输车，由固渣运输车运至库区进行填埋处理（运至专业处置场所）。

1.2 除臭现存工艺介绍

该项目现存除臭净化工艺简介如下。

1.2.1 洗涤净化工艺

洗涤净化工艺，利用臭气中的某些物质与配置溶液产生中和反应的特性，如利用呈碱性的氢氧化钠和次氯酸钠溶液中和臭气中硫化氢等酸性污染物，利用呈酸性的硫酸溶液中和臭气中的氨等污染物，利用水洗涤吸收易溶于水的污染物。

化学洗涤法应配备必要的附属设施，如溶液贮存装置、溶液输送装置、排出装置等，对部分特征污染物的净化效率较高，但与药液不反应的污染物组分无法去除。

1.2.2 高级氧化净化工艺

空气处理领域的高级氧化净化工艺，一般是在辐射能（如光能）的作用下，将氧、水转化为极具活性的氧自由基，通过对恶臭物质的氧化去除作用来去除恶臭气体中的部分污染物。典型应用的高级氧化法有离子法和光化学氧化法2种。离子法，利用离子发生器通过高压脉冲技术电晕放电，使离子发射管产生电场并发射特定波长，使空气中部分氧分子离子化，形成有极高化学活性的正、负离子氧群和强氧化性自由基。臭气分子与离子氧群混合，离子氧群将甲硫醇、氨、硫化氢等致臭污染物降解成臭气阈值高的物质，以减少恶臭（异味）。

2 存在问题

该项目建设时间较早，当时餐厨垃圾处理技术刚刚起步，采取的工艺流程较为复杂，技术成熟性欠佳，臭气扰民问题逐渐凸显，阻碍了该项目的正常运营。该项目实际运营数据与当初设计数据对比如表1所示。

表1 实际运营数据与设计数据对比表

从表中可以看出，实际产气量低于设计值，实际残渣量高于设计值，表明实际物料性质与原设计存在一定差别。另外，原设计工艺流程冗长，目前厂区存在较多冗余设备，各个子系统存在问题如下：1）餐厨垃圾接收系统。目前餐厨垃圾接收系统运营正常，料斗接收罩因锈蚀出现了一定程度的破损导致臭气逸散；2）自动分选系统。预处理浆料加热装置、固液分离机对后续厌氧产沼贡献较小且是高浓度臭气产生源，目前已经停用，自动分选出的物料直接进入位于现状沼渣脱水车间的螺旋挤压系统；3）油脂回收与提纯系统。物料经固相水力除渣系统后分离出的有机质含量较低，对后续厌氧产沼贡献较小，因此固相水力除渣系统未使用；4）沼渣脱水系统。板框脱水系统人工消耗大，劳动强度高和作业环境差，已经停用；5）沼气净化及利用系统。整体系统正常运行，其中沼气脱硫系统因采用湿法脱硫工艺存在堵塞及臭气逸散问题；6）地沟油接收与提纯系统。地沟油系统因前端没有地沟油原料暂未启用。7）现状除臭系统运营时间较长，不满足严苛的排放指标要求；因此，须对现状工艺做出优化调整，以提升餐厨垃圾处理效率，同时为臭气处理系统提升改造提供空间。

3 改造技术方法

3.1 餐厨工艺改造路线

根据实际运行情况，预处理工艺段中“浆料加热+固液分离+机械打浆”对后续厌氧产气贡献较小且这些设备为车间高浓度臭气产生源，为提高餐厨垃圾处理效率，降低运行成本，控制臭气，在“预处理+加热提油+厌氧发酵+沼气净化利用”整体工艺路线不变的前提下[2]，将现有预处理工艺由“自动分选+浆料加热+固液分离+机械打浆+三相提油”优化为“自动分选+螺压脱水+三相提油”。餐厨垃圾处理规模为200t/d 。

根据总体工艺流程，本次提升改造项目工艺系统较现有工艺系统变化如下。

3.1.1 物料接收系统

该系统主要是接收并缓存餐厨垃圾，该系统无变化。

3.1.2 自动分选系统

该系统主要是对餐厨垃圾进行预处理，通过自动分选机去除餐厨垃圾中塑料袋、金属、砂石、玻璃等无机杂质，同时通过特殊设计的转锤对餐厨垃圾中的食物残渣进行浆化处理，产生有机粗浆料从下部多孔板排出。根据实际运营情况并考虑后续除臭系统，该系统变化如下：拆除浆料加热装置、固液分离机、固渣应急出料输送机，新增螺旋挤压脱水机2台（置于沼渣脱水车间内）。自动分选出的塑料等无机物质由杂物输送装置输送至打包机外运处置，自动分选出的有机粗浆料通过专用的浆料柱塞泵输送至螺旋挤压脱水机。螺旋挤压脱水机产生的固渣外运处置，液相泵送至预处理车间内的自动除杂机后进入固液分离浆液罐，然后进入油脂回收与提纯系统。

3.1.3 油脂回收与提纯系统

该系统的主要设备功能为将浆液中的油脂分离，使毛油纯度达到95%左右。根据实际运营情况，该系统变化如下：新增三相提油机1台，原有三相提油机位置不变，拆除三相粗油加热罐和立式提油机。从固液分离浆液罐和毛油加热罐过来的物料分别进入三相提油机进行提油，产生含水杂率小于5%的毛油，毛油泵送至室外毛油罐缓存；同时产生含水率在80%左右的固渣，剩余的有机料液泵送至厌氧消化系统。

3.1.4 固相水力出渣系统

固相水力除渣系统主要功能为固液分离后残渣及三相提油后残渣进一步处理，充分回收固相中有机质。本次提升改造工程取消固相水力出渣系统。

3.1.5 厌氧消化系统

该系统对预处理后的餐厨垃圾进行中温厌氧消化，消化池反应温度35℃，消化进料含固率3%～6%，该系统降解餐厨垃圾中的挥发性悬浮物（VSS），产生沼气。根据实际运营情况，该系统变化如下：沼渣脱水将板框压滤机更换为离心脱水机。

3.1.6 沼气利用系统

该系统主要对厌氧消化产生的沼气进行脱硫处理和储存。根据实际运营情况，该系统变化如下：沼气脱硫由湿法脱硫变更为干法脱硫。

3.1.7 干法脱硫系统简介

根据实际运营情况，该提升改造工程拟将现有湿法脱硫系统更换为干法脱硫系统。该工艺段拟采用冷冻法以降低沼气中的水含量。当沼气温度降低时，沼气中的饱和水蒸汽就会冷凝成水，通过自排水的方式从沼气管道中排放出来，从而达到沼气脱水的目的。初始沼气经冷干机脱水后，进入干法脱硫系统，将沼气中的硫化氢脱除至20 ppm以下，经过净化处理后的沼气，进入双膜干式贮气柜暂存。干法脱硫是指通过脱硫剂去除沼气中的硫化氢。在常温下沼气通过脱硫剂床层，沼气中的硫化氢与活性氧化铁接触，生成三硫化二铁，然后含有硫化物的脱硫剂与沼气中的氧接触，当有水存在时，铁的硫化物又转化为氧化铁和单质硫。这种脱硫再生过程可循环进行多次，直至氧化铁脱硫剂表面的大部分孔隙被硫或其他杂质覆盖而失去活性。

脱硫反应为 Fe2O3·H2O +3H2S→Fe2S3·H2O + 3H2O再生反应为 Fe2S3·H2O +1.5O2→ Fe2S3·H2O + 3S。

再生后的氧化铁可继续脱除沼气中的硫化氢，上述2个公式均为放热反应，但是再生反应比脱硫反应要缓慢。为了使硫化铁充分再生为氧化铁，工程上往往将上述2个过程分开进行。

根据前面章节所述的工艺流程优化，设备设施优化主要内容：①移除打浆机、滚筒筛、固液分离机、浆料加热装置等冗余设备，为工艺优化提供空间；②在现有过滤器位置处安装第3台提油机，满足增加浆液的提油需求；③螺旋挤压设备安装至板框车间，预处理系统出渣由预处理车间变更为沼渣脱水车间，以减少出渣时高浓度臭气外溢的情况。据实际运营情况，该提升改造工程拟将现有湿法脱硫系统更换为干法脱硫系统。④沼气利用单元拆除湿法脱硫系统，更换2座干式脱硫塔及配套。

3.1.8 干法脱硫注意事项

脱硫剂在塔内再生时应设置进空气管，配在线氧监控。应定期检查干法脱硫塔前后硫化氢浓度、沼气压力变化，当达不到设计要求时应更换脱硫剂或进行脱硫剂再生。当采用塔内脱硫剂再生时，应关闭沼气进出口阀门，打开旁通管路和放散管路阀门；当采用在线脱硫剂再生时，应根据沼气中硫化氢含量确定空气掺混量及空气流速，塔内温度应低于70℃，脱硫塔出口处沼气中氧含量应小于1%。进行2～3 次再生后，应及时更换脱硫剂。更换脱硫剂时操作人员应戴防毒面具，通风。废脱硫剂堆放在室外空地上时应适当浇水，防止产生自燃，废脱硫剂的处置应符合环境保护的要求，将废脱硫剂存放在指定地点，避免污染地下水，数量大时可送回硫酸厂。

3.2 除臭系统改造路线

除臭系统由原“酸洗+碱洗+光催化”优化改造为“生物处理（含预洗）+3级化学洗涤（酸、碱、氧化）+干式吸附过滤”。总设计风量为50000m3/h。主要除臭控制原则如下：1）除臭控制应尽可能避免产生源的臭气逸散，减小臭气产生源的空间，以密封臭源位置的点源、面源为先，将臭气密封在较小的空间里，然后通过除臭收集系统从较小的密封空间进行抽气，从而经济有效地控制臭气。2）车间内气流应由新鲜空气向臭气源流动，随着密封环境的抽气，室外新鲜空气，从污染浓度较低环境流向浓度较高环境，最后在靠近臭气源位置被收集，形成密闭空间的抽吸风量平衡，同时使整个空间的空气得以置换，从而降低空间的臭味。

根据以上原则，臭气主要控制与收集策略如下：①通过对部分可限制臭源的密封、隔断，减少臭源与周边环境空气接触，以减少臭气外散。②本次改造须拆除现有风管，通过重新布置风管，优化气流组织，提高臭气收集效率，有效控制臭源臭气外散，改善车间内工作环境。③选用组合式除臭设备，确保在有效用地空间内除臭处理效率高，降低除臭处理后外排臭气的臭气浓度 。

改造后除臭净化工艺采用“生物处理（含预洗）+3级化学洗涤（酸、碱、氧化）+干式吸附过滤”，各级处理工艺简介如下。

3.2.1 生物处理净化工艺

生物处理净化工艺，主要利用微生物降解臭气中的恶臭污染物，气体流经生物活性滤料，滤料上附着的微生物就会分解致臭物质，将被处理臭气中的部分恶臭污染物吸收，转化为相应的二氧化碳、水、硫酸、硝酸和其他无臭无害小分子。

3.2.2 洗涤净化工艺

改造后洗涤净化工艺如下。该改造设计包括三级洗涤，第一级洗涤采用酸式塔进行，洗涤液为硫酸，该级洗涤利用硫酸溶液中和臭气中的氨等污染物；第二级洗涤为碱液洗涤，洗涤液选用呈碱性的氢氧化钠和次氯酸钠溶液，碱液的作用是中和臭气中硫化氢等酸性污染物；第三级洗涤为水洗涤，该级洗涤利用水洗涤吸收易溶于水的污染物。洗涤设备采用圆形洗涤塔，配套溶液储罐、循环泵等设施。

3.2.3 干式吸附过滤净化工艺

干式吸附过滤净化工艺，利用多孔性固体物质作为吸附剂，恶臭气体气流通过吸附剂时，部分污染组分被吸引到固体表面并浓集保持在吸附剂上，从而达到臭气净化的目的。吸附法可分为物理吸附（如活性炭吸附）和化学吸附过滤（如高锰酸钾、氢氧化钠、磷酸等干式化学滤料）2种。

4 结论

该餐厨项目工艺及除臭系统的提升改造，解决了工艺的设备冗长、耗能高且产沼量少的问题；除臭效果也明显改善，并最终达标排放。具体提升改造结果如下：1）该项目餐厨工艺方面，经过此次工艺改造，沼气产量基本达到原设计值，节约耗电量291kW·h，节约占地空间约400m2，设备故障率降低约60%。2）除臭方面，鉴于该项目的项目背景、项目敏感性，结合业主要求，该工程排气筒以较严的《恶臭污染物排放标准（征求意见稿）》（GB 14554-201□）各恶臭污染物排放指标作为项目验收指标，臭气浓度以排放指标＜300（无量纲）作为项目验收指标，验收全部合格。