县级餐厨垃圾协同处置的工程应用

李岚，张成波，朱喜

（北京京城环保股份有限公司，北京 100027）

近两年，国家对垃圾分类和餐厨垃圾处理予以高度重视，有关部委接连发文发展餐厨垃圾处理行业[1]，我国各地也相继出台了一些县级市生活垃圾和餐厨垃圾管理及处理的条例[2]。县级餐厨垃圾治理方案逐步完善，进一步推动了垃圾分类收运和处置技术的发展[3]。县级餐厨垃圾资源化处理中，部分县市实现了对餐厨垃圾的集中回收[4]。垃圾分类的全面推行将加速餐厨垃圾处理项目的产能扩张，餐厨垃圾处理行业正在崛起，餐厨垃圾处理终端处置市场已打开。

目前国内很多新建餐厨垃圾处理厂会选择生活垃圾焚烧厂协同处理[5-8]，共用渗滤液处理、废气处理等公辅系统来实现降本增效。国内也有新建生活垃圾焚烧厂选择在前期时就规划餐厨垃圾处理系统，实现同时设计、同时施工、同时运行的垃圾综合协同处置。

协同处置可以省去单独设厂必需的除臭设施、污水处理设施、蒸汽锅炉等，共用厂内通道、水电管网及仓储车间，节约项目用地，降低建设投资；与焚烧共用运维团队减少人员编制，节省运营成本；固渣与生活垃圾掺混燃烧减量彻底，且利用热值发电，避免废渣的场外倒运，节省运输成本，避免路途污染环境，提高经济效益。

在设计某县级市建设的垃圾综合处理发电项目时，积极探索餐厨垃圾与生活垃圾焚烧的高效协同处置模式，将餐厨处理纳入到整体工艺方案中，餐厨垃圾处理车间设置在焚烧主厂房内，该项目已建成并运营。文中重介绍该协同处置模式下的餐厨垃圾处理系统的设计思路及应用效果。

1 餐厨垃圾协同处置的工程设计

1.1 餐厨垃圾处理规模

根据《厨余垃圾处理技术标准（修订征求意见稿）》中餐厨垃圾产生量可按人均日产生量进行估算：

MC=Rmk

式中：MC—城市或区域餐厨垃圾日产生量，kg/d；

R—城市或区域常住人口；

m—人均餐厨垃圾日产生量基础，取0.1 kg/（人·d）；

k—餐厨垃圾产生量修正系数，普通城市取1.00。

最终确定该项目投资建设处理原始物料为：生活垃圾1 000 t/d，餐厨50 t/d。

1.2 餐厨垃圾处理车间位置

餐厨垃圾预处理系统设置在焚烧主厂房内一角处占两层，位置见图1 框内。卸料口位于二层焚烧卸料间内，单独设房间并设置负压除臭口及快速升降门，避免卸料时臭气外逸。该方案可以利用焚烧上料坡道进入卸料间，并共用卸料间植物液喷淋除臭系统。

图1 生活垃圾焚烧主厂房及餐厨垃圾车间位置

处理间及出渣间位于主厂房一层，处理间占地仅135 m2，出渣间65 m2，层高与焚烧主厂房一致约7 m。处理间内设置1 条日处理能力50 t 的餐厨垃圾预处理系统，主要功能为接料+固液分离+油脂提取。

1.3 协同处置中餐厨垃圾处理工艺路线

目前餐厨垃圾协同处理技术主要包括好氧堆肥、厌氧发酵、焚烧、热解等。好氧堆肥设备占地面积大，堆肥产销渠道受限，臭气问题明显。厌氧发酵处理存在有机质转化效率的问题，产沼独立发电审批严格且经济效益一般。相比之下，充分脱水后的餐厨垃圾能达到与生活垃圾相近的热值，可以与生活垃圾混合后焚烧，近年来餐厨垃圾与焚烧协同处置的项目逐渐投入建设。

早期焚烧协同项目采用生活垃圾焚烧+餐厨厌氧产沼的模式，实际没有达到充分的互联共通，餐厨垃圾车间单独建设建筑物，建设厌氧发酵及沼气提纯区域，存在工艺链长、设备多、转化率低的问题，整体的费用高。根据餐厨垃圾规模确定了协同技术路线，即餐厨垃圾经预处理后降低含水率并提取油脂，固渣直接掺混生活垃圾焚烧。

预处理系统是餐厨垃圾处理系统的重要组成部分，现有的工程经验表明，餐厨垃圾处理系统的运行成功多取决于预处理系统的成功运行。然而我国餐厨垃圾成分复杂，预处理难度较大，必须通过破碎或分选等预处理环节将处理后的物料粒径控制在一定粒径以下，高效去除杂质。

充分考虑餐厨处理行业的两个难题，一是如何固液分离得到更多的浆液进行提油，二是如何解决液相管路及输送设备卡堵。为此工艺采用了两级固液分离的路线。第一级：除去自由水。料仓、输送螺旋底部合理设置筛板，滤水孔为4 mm×40 mm 喇叭口，栅条构造的筛板拥有良好的过流特性，有效实现固形物和沥水分离，且防止大物料进入沥水系统阻塞管路。左侧是筛板及筛上物和沥水的状态。第二级：除去间隙水。挤压机在挤压作用下进一步制浆和分离杂质。筛板筛孔尺寸1.2 mm，控制进入液相的物料粒径，固液分离效率高，所得液相浆液物料粒径小，避免了业内液相输送管路及设备卡堵的问题。

传统液相处理环节需要大容积加热罐，为了实现将餐厨车间融入到焚烧主厂房中，在保证生产运行稳定的情况下，从工艺环节上减少储存设备。最终采用智能即时加热器，通过温度PID 反馈调节蒸汽阀门，实现物料即时加热，快速达到液相油水分离温度，较以往工艺省去了液相加热罐及相关管路和泵送设备，大大节省车间面积，也降低了设备制造和安装成本。

餐厨垃圾处理技术工艺流程见图2，组态画面见图3。

图2 餐厨垃圾处理技术工艺流程图

图3 餐厨处理系统组态画面

餐厨预处理工艺流程描述如下。

1.3.1 卸料及一级固液分离

餐厨垃圾由建设方采用专用餐厨收运车辆自行收运，厂区进口称重后行驶至二层餐厨垃圾卸料间将餐厨垃圾倒入料仓。料仓底部设置螺旋及筛板，将餐厨垃圾分为固形物和沥水，实现一级固液分离；沥水进入螺旋集水槽收集经管路自流至沥水池；设置液压推杆料仓门及除臭吸风口，控制恶臭逸出；设置超声液位计，卸料完成后关闭料仓门，可在操作系统实时显示物料高度。

1.3.2 除去大件杂质

仓内固形物经螺旋输送至分拣机，通过桨叶对垃圾进行破袋。常用的分拣设备存在设备庞大、料孔易堵塞、分拣效率低下、处理能力小、能耗较高等缺陷。本工艺选用的分拣机除杂率高、有机质损失小、能耗低、处理效率较高、效果较好、设备成本低、占地面积小，以最大限度地实现餐厨垃圾的有效预处理。分拣机见图4，腔内设置圆弧形筛板，筛板安装设置倾角及摆杆推动，实现物料在处理腔体内的行进。拨料摆杆一体铸造成型，端部为四面体。摆杆往复摆动实现对物料的破袋、拨拉松散、剪切破碎等功能，分离塑料袋，减小有机物粒径，达到除杂及降低有机质损失的效果。筛孔出料端加工有倒角，防止物料堵塞；拨杆端部端面及顶角处与筛板间有间隙，可有效剪切筛孔处暂时堵塞的物料，自动清堵。设置自动检测物料量，根据物料量改变能耗，实现小流量低转速低能耗运行。已破塑料袋、铁块及大于筛孔尺寸的骨头等为筛上物，被螺旋排列的桨叶送至大件分拣机大料出口；小于筛板孔径的物料为筛下物，从筛下物出口进入机械挤压脱水机接料斗。

图4 分拣机示意图

1.3.3 二级固液分离

大件分拣机筛下物进入机械挤压脱水机。挤压脱水机主要由转子、滤鼓、接水槽、壳体、背压压盘等组成。转子为不等距螺旋。滤鼓为直筒对开式钢骨架结构，并由螺栓固定于机身上，以支承挤压过程中的压力。物料由滤鼓上方一端的进料口进入滤鼓，在螺旋主轴的挤压作用下，往出料口处推送物料的同时压缩物料，转子导辊的导程间叠加逐级压缩，物料在运动中受到的压力逐渐增加，转子辊轴和叶片焊接组合而成。叶片沿着辊轴从进料至出料端方向逐渐挤压，使物料沿着螺旋槽向前移动，物料连续受到径向和轴向的压力，使液体通过脱水系统不断得到固液分离。脱水后的固渣经筛网筒末端出口与背压盘阻力装置体之间排出机外，通过调节气缸压力来控制固渣干湿程度。脱出水穿过滤鼓筛孔进入接水槽流至沥水池，筛上物固渣经出渣口由螺旋输出。

1.3.4 沥水加热提油

料仓、输送螺旋、挤压脱水机的沥水收集后进入沥水收集池暂时储存，经泵送到即时加热器加热至所需温度，从而加速油水分离，提高后续油水分离设备的处理能力和油水分离效率，进而提高提油效率。即时加热器由壳体、喷嘴、支腿等零部件组成,当蒸汽通过喷嘴时,在其喉管处形成一定的低压,从而将物料抽吸入,与蒸汽混合,从加热器出口端流出。加热后的物料进入三相分离机，利用高速离心力作用将物料分离成固体重相、液体重相和液体轻相。液体重相为水相，收集后泵送至焚烧的渗滤液处理系统。液体轻相为油脂，收集后泵送至吨桶分装外销。

1.3.5 出渣

分拣机筛上物大料、挤压脱水机出渣、三相分离机出渣，汇集到螺旋输送至除渣间，收集后送至焚烧系统垃圾储坑进行减量焚烧。

1.4 设备布置

为了满足项目的用地及工艺要求，设计的系统结构紧凑，占地面积小，一层处理间的布置及主要设备的位置关系见图5。物料卸到料仓，经螺旋输送到分拣机，筛下物落到下方的挤压机进行挤压，水相经三相离心机提油。所有的渣都汇集到一根出渣螺旋上。

图5 餐厨垃圾处理模型

1.5 协同处置系统接口

在项目设计阶段，总体工艺设计就从互联共通角度出发，考虑水、电、蒸汽等输入，以及废渣、废水、臭气输出。餐厨生产用水取自焚烧系统生产给水，车间消防与焚烧系统共用厂区消防给水。生活垃圾实现发电后部分电能供厂区使用，节省了电网购电成本。预处理沥水加热提油所需工艺用热来自焚烧系统的蒸汽。废渣收集后经厂内车辆运至焚烧系统与生活垃圾掺拌焚烧。废水经气浮进一步除油除杂后送至渗滤液调节池。卸料间、处理间设备、渣间通过除臭管路及引风机送至垃圾储坑，作为焚烧的一次风助燃，实现了臭气的处置。

2 工程运行及验证

2021 底完成了餐厨处理系统全部工程设备安装及系统性能验证，系统设备在实际应用中达到设计处理性能目标。通过观察设备内部实际物料料层厚度、物料运动轨迹、不同参数下浆液流态等，进行因素分析确定最佳运行参数组合，并编入自动启动和停止程序，实现最优生产状况下的自动控制。经过验证，料仓、螺旋筛板设置合理，快速实现固液分离；挤压机出浆通畅，浆液流态好，实现二次固液分离。加热系统基于温度反馈调节迅速，加热后物料直接进入三相离心机，油液固分离效果稳定，验证了即时加热路线的可行性及可靠性。

摸清各个环节的处理效果并进行了总结，与初设的设计值进行了对比分析见表1。实际物料与设计物料性质不同，个别环节处理效果略有差异，总出渣较设计少。

表1 实际与初设的设计值对比 %

一级固液分离后料仓处沥水进入沥水池，其形状见图6a，设计时考虑料仓及螺旋的沥水，运行记录里主要通过沥水池液位累计计算，仓底螺旋未搅动。开启螺旋后5 min 物料就到达下一步固液分离，液相继续增加。后续对沥水池的容积设计仍应按照设计高峰沥水量考虑。由于当地物料中金属餐具、外卖包装等杂质较多，分拣出渣量比设计值稍大。对运行参数进行验证，分拣机和智能加热器在实际应用中满足设计处理性能指标，处理能力尚有余量。

图6 实际运行物料浆液性状

挤压机液相含固率较高，其性状见图6b,不适宜直接进入离心机提油，将其与一级固液分离液相进行混合搅拌均匀，其性状见图6c,含固率约8%，满足三相进料要求。

即时加热器通过温度反馈即时调节蒸汽调节阀，调节动作迅速，开度50%需15 s。蒸汽来自焚烧系统，试验期间参数范围压力0.3～0.57 MPa，温度135～157 ℃。将物料加热至75 ℃±5 ℃，蒸汽耗量为0.09 t/t 物料。

通过运行验证三大主机配合的优化组合。比如固相路线螺旋给料速度、分拣机电机频率、液相路线输送泵频率、三相离心机的差速值、向心泵开度等。也为今后设计中设备配置提供参考：分拣机处理量尚有裕量，10～12 t/h 仍可达良好的分拣效果；挤压脱水机处理量按常规范围选择型号；三相分离机可根据物料特性适当放大。传统沥水提油含固率3%～4%，全物料提油含固率8%左右，满足三相进料＜10%要求，但含固率高物料黏度大，三相离心机处理能力在常规处理量范围的下限值。

3 总结与展望

以某县级市建设的垃圾综合处理发电项目为例，对餐厨垃圾与生活垃圾焚烧协同处置模式的设计思路及应用效果进行了描述及分析。该工艺路线采用两级固液分离，最大程度分离餐厨垃圾的固形物和沥水，是快速减量的最直接手段，减少去焚烧系统物料的含水量，满足焚烧进料含水要求。智能加热器实现物料恒温即时加热，快速达到液相油水分离温度，较以往工艺省去了常规液相加热罐及相关管路和泵送设备，大大节省车间面积，也降低了设备制造和安装成本。大件分拣机作为挤压脱水的前端预处理，以机械分选方式，将塑料、骨头和铁块等大件杂质分离出系统，减少大块硬质物料对后续设备的磨损，将黏稠有机质与塑料袋等剥离，避免大塑料袋等对有机质包裹，影响挤压固液分离效果，便于后续的脱水挤压机对杂质和有机质的挤压分离。

该类型协同处置的共建共享在节地、节能、环保等方面具有突出优势，能满足地方政府急于解决餐厨垃圾处理需求，解决选址用地困难、处理成本和环境保护成本高等问题。建议县级固废综合治理规划过程中考虑餐厨垃圾与生活垃圾协同处置的模式，在实现资源化和减量化的同时，充分利用好餐厨垃圾，取得更高的经济效益。