餐厨垃圾废弃物资源化处理工程实例分析

於霞 张玲 马雳 孟思聪 江刚

（1.浙江福星环境发展有限公司，浙江台州 318000；2.维尔利环保科技集团股份有限公司，江苏常州 213000）

0.引言

伴随中国经济社会的快速发展和生活垃圾分类管理工作的全面开展，餐厨垃圾的产生量亦在不断增加。完善餐厨垃圾废弃物合理化处置方式和资源化利用效率，是推进城市生活垃圾分类处理、完善地区城市环保基础设施建设、保障居民身体健康和食品安全的需要。传统处理餐厨垃圾的方式如喂养生猪存在传染疾病的问题，同时餐厨垃圾也易引发地沟油的非法交易。餐厨垃圾作为易腐垃圾中的典型废弃物，具有典型的废弃和资源双重特性，若经过科学合理的处理和利用可以变废为宝。

1.餐厨垃圾组分及特性

餐厨垃圾废弃物主要来源于机关单位、学校食堂及各类餐饮企业在生产经营过程中剩余残渣，具有含水率、含油率、含盐率高，易腐烂发酵从而产生恶臭气体的特性[1]。

餐厨垃圾的组分随地域和季节变化明显，因生活习惯和饮食习惯的不同，不同地区产生的餐厨垃圾废弃物成分也存在差异。以某地区为例，通过对城区内具有代表性的机关单位、学校食堂和餐饮企业抽样采集测量、入户问卷调查和实际运行状况的方式，综合得出某地区的餐厨垃圾的组分和理化性质，如表1所示。

表1 某市餐厨垃圾组分和理化性质

2.设计工艺流程

从表1可知该地区餐厨废弃物的平均含水率约为79.25%，干基的有机质含量约为87.4%。餐厨垃圾2885kJ/kg的低位热值远远低于焚烧所需要的6270kJ/kg低位热值[2]。因此直接焚烧的方式不适用于处置餐厨垃圾，但其有机物质及油脂含量高，具备可生化处理的性质以实现无害化处置和资源化利用。

综合考虑餐厨垃圾处理项目在国内建设与运营的相关项目资料，本次设计餐厨垃圾处理规模为150t/d，建设项目总占地约30000m2，采用“预处理+厌氧消化+生物转化”高效组合处理工艺，如图1所示。

图1 餐厨垃圾处理工艺流程

餐厨垃圾收运车进入卸料大厅首先将物料卸入接料斗内，物料经分选破碎、制浆除砂、加热提油、三相分离等处理后最终得到油相、水相、固相三种物料。分离出的粗油脂暂存在油水分离罐中，提纯成为工业油脂定期外售。废水和部分有机固料进入均质罐经调温、除砂后制备成均质的浆料泵送到厌氧系统进行厌氧消化反应。厌氧消化作用完成后的进入固液分离系统分别得到沼液和沼渣，沼液经污水处理系统处理后达标排放，臭气通过独立的负压收集和“化学洗涤+生物处理”除臭工艺处理后有组织地排放。根据需要可将经三相分离后的部分有机浆料（含水率70%～80%）泵入生物养殖系统，制备昆虫蛋白和功能性生物肥料。与此同时，前端预处理系统分选出来的塑料、贝类、纤维、金属等杂质和固液分离产生的沼渣（含水率低于80%）需外运至生活垃圾焚烧厂协同处置。

3.各处理单元设计

3.1 预处理系统

餐厨垃圾倒入卸料斗后，餐厨垃圾废弃物中的游离水统一收集至沥液暂存池，固相物料通过无轴螺旋输送至大物质分选机，通过滚筒筛的形式将餐厨垃圾里的塑料袋、玻璃瓶、餐具、厨具、瓶盖、纸盒等杂物分拣出来，粒径小的有机物质则提升至破碎制浆机内制成浆料颗粒直径在6.00mm～8.00mm以下的浆料。浆料输送至除砂除杂设备，利用重力经沉砂、除渣将物料中残存的砂石、轻质物（如贝壳、纤维、辣椒籽颗粒等）进行有效分离去除以减少后端加热提油罐内的积砂和三相分离机的磨损。餐厨浆液进入油脂提取系统，利用蒸汽喷射器对配有搅拌器的蒸煮罐进行加热，保持温度在70℃～85℃之间充分蒸煮约120min使固体浆料内部包含的油脂大部分转化成浮油。最后进入三相分离机在离心力的作用下分离成固相、水相和油相。其中油相进入油脂储罐静止分离24h后，油脂的水杂可控制在2.00%以下，提油纯度达98.00%以上，水相和部分有机固相则进入后续的厌氧消化系统进行处理。

3.2 厌氧消化系统

本工艺段处理对象为餐饮垃圾经预处理后的浆料，物料性质为温度：60℃，含固率：8%～15%，浆液有机质含量：约90%，固体颗粒：尺寸≤10mm。厌氧消化系统采用中温湿式协同厌氧消化工艺，根据150t/d的餐厨垃圾处理规模，设置2座CSTR厌氧消化罐，每座有效容积约3000m3（直径16m，高度17m），厌氧罐容积负荷≤4kgVS/m3·d，物料在罐内平均停留时间为30d～35d，可处理的高悬浮固体含量TS为6%～15%。经三相分离出来的水相和部分有机固料泵入均质罐中经除砂、调温后制成均匀的浆液泵送入厌氧消化罐，浆液中的有机物在厌氧环境下快速降解CODcr，大部分转化为了CH4和CO2，此阶段CODcr的去除率可达到 85%。厌氧消化作用完成后的消化液则进入固液分离系统，分离出来的沼渣送往生活垃圾焚烧厂进行焚烧处置，沼液输送至污水处理系统进行处置[3-4]。同时每吨餐厨垃圾沼气产量不小于70m3，平均每天沼气产生为10500m3/d（甲烷含量≥55%），产生的沼气进入沼气净化及利用系统。

3.3 污水处理系统

污水处理系统需对沼液脱水滤液、生产生活废水进行处理，经厌氧消化产沼气后的废水悬浮物含量高，可降解类有机物少，氮磷含量高，营养物质间比例不协调，对生物脱氮和有机物降解带来了一定的难度。本系统设计的污水处理量有效规模不低于180m3/d，采用“气浮+两级A/O+深度脱氮除磷+MBR”处理工艺。首先利用气浮系统去除废水中多余的杂质，废水经过水质均化和调节后泵送入生化段，污水处理的生化段采用具有反硝化和厌氧氨氧化双重功能的深度脱氮除磷工艺[5]，调质后的污水先后流经脱氮反应器、一级反硝化池、一级硝化池、二级反硝化池、二级硝化池，通过内回流的方式在缺氧、好氧的条件下交替进行，可有效降解去除污水中的COD、氨氮和硝态氮等物质，最后生化反应后的泥水混合物经MBR膜生物反应器分离后，清液达标排放。

3.4 除臭系统

整个餐厨垃圾处理过程的臭气产生源主要集中在预处理车间和厌氧消化完成后固液分离与污水处理间。本系统配有80000m³/h风量的臭气收集系统以控制臭气的产生和逸散，废气通过独立的负压收集后进入末端除臭系统，通过稳定高效的“化学洗涤+生物处理”处理收集的废气以达到除臭效果。

3.5 生物养殖系统

根据需要可将经三相分离后的部分有机浆料（含水率70%～80%）泵入生物养殖系统，托盘盘中的虻虫几乎全天24h取食餐厨浆料，经过约7d的取食周期，鲜虫经筛分、烘干处理后即可得到昆虫蛋白，虫沙可加工制作成功能性生物肥料。

3.6 配套系统

配套系统主要包括沼气净化利用系统和智能控制系统。餐厨垃圾厌氧发酵后产生沼气量约10500Nm3/d，经“湿法+干法”相结合的脱硫方式对其进行脱硫净化、脱水、除尘、处理后暂存于沼气气柜，后送至发电或提纯天然气系统进行利用。智能控制系统主要涵盖了高标准的自动控制和全程监控系统，包括可详细记录和监控餐厨垃圾废弃物来源、类型、重量与去向等数据的收运管控系统，可自动化控制、安全生产、能耗指标控制、数据统计分析等智慧运行监管系统。

4.日常运行费用

餐厨垃圾处理项目的直接运行成本主要由能耗成本（水电蒸汽）、维修药剂成本、残渣处置费、人工成本组成[6-7]。整个系统的运营费用计算是依据处理能力150t/d餐厨垃圾进行统计的，年运行360d，年餐厨垃圾处理量为5.40万t。

4.1 能耗成本

本项目的能耗主要为电费、水费和蒸汽费，用电量为5500kWh/d，年电费为158.40万元；年水费为4.56万元，年蒸汽费为154.44万元。

4.2 人工成本

生产员工定员为37人，人均工资按9.00万元计，年人工成本为333.00万元。

4.3 维修药剂成本

主要的药剂为絮凝剂、除臭剂、脱硫剂等，年成本为87.85万元。维修费主要为设备易损耗材、常用配件更换及修理保养费，总计年成本约100.00万元。

4.4 残渣处置成本

末端处置成本主要包括前端分选出来的无机固渣和后端分离出来的污泥处理费等，前端分选出来的无机固渣和后端分离出来的污泥年处理量约1.35万t，总计约189.00万元。

综上所述，单吨餐厨垃圾处理的直接运行成本为190.23元。若实际运行餐厨垃圾废弃物的日处理量未达150t/d的设计处理能力，则餐厨垃圾的吨处理成本也会有所增加。

5.结语与建议

餐厨垃圾废弃物具有废弃和资源的双重属性，经预处理分选掉不可利用的塑料、骨头、纤维等杂质后，厌氧消化产生的沼气可作为生物质清洁能源，生物养殖系统中虻虫采食后可将餐厨垃圾中的蛋白质、有机质等自然转化成昆虫蛋白及有机肥料可用于水产养殖和花卉种植。“预处理+厌氧消化+生物转化”的高效组合处理工艺适用于规模化的餐厨垃圾处理，在实现了餐厨垃圾减量化和无害化处置的基础上，更加充分地将餐厨垃圾进行资源化利用，整个设计工艺流畅明了、可进可退、安全环保、高效节能、运管方便。