南方某市餐厨垃圾预处理工艺设计

  摘要：根据城市环境卫生规划和可持续发展要求，本着处理设施集约化建设、节能减排和环境友好原则，针对餐厨垃圾的特性，通过多种垃圾处理和资源化利用技术，南方某市建造一座功能齐备、工艺先进、环境优美的现代化综合餐饮垃圾处理厂，并以循环经济理念，系统化规划和建设，与周围园区的其他设施形成能源利用和污染物治理协同考虑的和谐共存设施。餐厨垃圾预处理工艺的良好运行是后续厌氧发酵系统的正常运行的重要前提，故本文对预处理系统来进行介绍。

  餐厨垃圾以淀粉类、食物纤维类、动物脂肪类等有机物质为主要成分，具有含水率高、油脂、盐份含量高、易腐变发酵、发臭等特点。

  餐厨垃圾大多数来自为南方某市某区各酒店、食堂及饭店等餐厨企业，由于目前管理和收集方面存在的诸多因素使得进厂的餐厨垃圾复杂（厨余和泔脚的混合垃圾），其成分可能包括但不限于：油、水、果皮、蔬菜、米面、鱼、肉、骨头以及废餐具、玻璃容器、金属器物、塑料、纸巾等。餐厨垃圾成分和组分情况见表1.1-1所示。

  注：餐厨垃圾的组分特性受地域、季节、收集存放等客观因素影响变化较大，上述餐厨垃圾组分特性仅为估算，后续工艺参数、资源化指标等均以上述组分特性为基础数据来进行计算，实际运行时可能会发生偏差

  本项目主体工艺采用“预处理+湿式厌氧发酵+污水处理”工艺，餐饮垃圾预处理系统采用以“物料接收+自动分选+浆料加热+固液分离+除砂除杂+油水分离”为主的工艺路线。湿式厌氧发酵系统采用CSTR中温厌氧的工艺路线。

  餐饮垃圾经大物质分选、精分制浆两级分选处理后，产生的浆液经除砂除杂后，经蒸汽直接加热后，通过三相离心机实现油、水、渣的分离。预处理分选出的杂质外运处置，离心机分离出的粗油脂送入储罐外售，离心机分离出的水和渣进入湿式厌氧发酵系统产沼气。

  厌氧发酵系统产生的沼气经净化系统净化后利用（沼气发电），同时设有应急火炬燃烧系统，当设备因故障停机或检修时，沼气送至火炬燃烧。

  根据本工程的功能定位，为实现垃圾处理处置资源化、减量化等目标。总体工艺流程如下图所示。

  1）含水率高。餐厨垃圾含水率高达80%以上，流动性较大，运输易产生污水滴漏。

  2）营养的东西多。从化学成分上分析，餐厨垃圾含有大量的淀粉、纤维素、蛋白质、脂肪和无机盐等，营养丰富。有机干物质含量高，其中脂肪、粗蛋白、淀粉等有机物含量高于90%以上，同时富含N、P、K及各种微量元素，资源化利用潜力大。

  3）油脂含量高，油脂含量高易出现油脂抑制生物处理，增加处理难度，降低资源化利用率。

  根据餐饮垃圾处理的特殊性质，餐饮垃圾处理的关键是“在保证处理环境安全、环保（无跑冒滴漏泄）、节能的前提下，保证处理工序流畅，物料能够进得去和出的来，不卡堵，在工艺设计上要最大限度地考虑延长后道工序设备常规使用的寿命，减少设备磨损停机维修时间”。

  同时，中国餐饮垃圾杂物含量高、高水分、高含油的特点，特别是针对厌氧消化处理，油脂提取，这些环节的好坏，会影响安全运作以及运营处理成本，因此，工艺过程中预处理杂物分离、油水分离成为必要的环节。

  采用“物料接收+自动分选+浆料加热+固液分离+除砂除杂+油水分离”，杂物得到一定效果分离，这样会更加可靠地去除餐饮垃圾中的一些杂物，保证经过预处理分拣后的有机浆料的各项指标满足油脂提取和厌氧发酵的安全稳定运行的要求，减少设备设施磨损和维修的管理成本，提高粗油脂的获得率和厌氧沼气的产出率，实现餐饮垃圾无害化、减量化的处理要求，使企业效益最大化。

  餐饮垃圾通过自动分选和固液分离两级预处理分离的预处理工艺，保证了餐饮垃圾物料在制成浆料之前，最大化地将一些对后道工序设备损坏最大的硬性物质如：瓷盘、玻璃瓶、金属物质、贝壳、骨头等和纤维类轻性物质如：塑料、餐巾等有效地分离出来，最大化地减轻后道除砂工序的压力，避免这一些物质对制浆设备、输送泵组、离心提油设备的磨损和堵塞。

  除砂除杂系统最大化地减少有机浆物料中无机物（沙石）含量和轻薄纤维物质的含量，避免对后端设备产生影响。

  通过热解提油，保证进入厌氧发酵系统的有机物料中油脂残留率低，为后续厌氧发酵系统提供稳定的物料。

  餐饮垃圾通过精细化的预处理工艺，分拣除杂效率高，杂质去除率大；油脂提取工艺高效率低能耗，进厌氧前混合浆料油脂残留率低，为后续厌氧发酵系统提供稳定的物料。

  餐厨垃圾预处理车间设计4条处理线t/d）经运输车辆运至处理厂内，经地磅称重并记录，建立台账。称重后的物料由车辆运至餐厨垃圾预处理车间内的进料口处，物料被倒进料斗等接收装置内。本项目设置一套物料接收单元，主要的设备是接收料斗。考虑到餐厨垃圾中水分及杂质较多，料斗底端设置一台三螺旋给料机。料斗底板为多孔结构，沥水通过自流进入到沥水池。

  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，自动分选机的基本功能是对餐厨垃圾中的塑料、织物、木块等杂物进行分离，同时对餐厨垃圾中的食物残渣破碎制浆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）和不易破碎的木块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、木块等杂物通过螺旋排出。

  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浆料加热机。浆料加热机的最大的作用有两点：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的分离，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除砂池去除砂砾和浮渣。固液分离机分离出的固渣以与自动分选机分选出的杂物一并输送外运，除砂池沙砾定期清理外运。

  除浮渣和砂砾后的浆液经加热后进入粗筛机深度除砂后，再进入加热罐加热，加热后的浆料泵送入三相提油机，将浆液中的油脂、固渣以及有机浆液分离。分离出的有机浆液和有机固渣在三相出料混合罐中混合，而后泵送至后续处理系统；含水、杂5%左右的粗油脂在出料缓存罐中静置分层后，上层液体即为纯度95%以上的毛油，泵送至毛油储罐，作为工业原料外售。

  1）自动化程度高，通过现场完善的反馈信号，如：电流、液位、温度的信号反馈，自动实现进料量与设备正常运行参数相适应的控制，保证了设备正常运行及生产营运的稳定性，最大化减轻操作人员作业强度，节省人力成本的投入。

  2）适应能力强，可处理因南北饮食文化差异而产生的各类餐厨垃圾，保证系统接纳物料能够进得去，出得来，无卡堵现象存在。

  3）通过逐级减量化处理，各类非营养性杂物质剔除干净，保证后道工艺设备的运行安全，减少后续工艺处置的难度，使系统运行更流畅，无卡阻。

  4）系统模块设计功能化模块设计清晰、结构相对比较简单，可维护性高，关键设备选用适应国内餐厨垃圾的特性的自主研发设备，设备稳固、可靠，备品备件通用性强，维护维修方便快捷。

  5）扩展性强，可以在不增加任何设施的情况下，通过延长设备正常运行时间，使处理量得到增长，配有完善的应急处理措施。

  由4座容积100m3 的接收料斗、沥水收集池及若干输送机械组成。接料装置接收餐厨垃圾将其输送至大物质分拣机进行餐厨原料的粗分选，同时将物料中的游离液体沥出，减少杂物中的液态有机物含量。分拣机分离出餐厨废弃物中的大块金属、瓷片、玻璃瓶及塑料袋等杂物，得到以有机质为主的均质物料。

  适应物料范围不仅局限餐厨垃圾，更能适应参与大量生活垃圾、厨余垃圾的餐厨垃圾等更复杂的物料。

  每座接收料斗上部设置集气罩，用于臭气抽吸，防止外逸至预处理车间；底端设置一套三螺旋给料机（两用一备），该三螺旋给料机不仅对大块垃圾及袋装垃圾有粗破碎功能，同时可挤压出垃圾中的水分，产生大量沥液，接收料斗底板设计多孔结构，沥液通过多孔底板进入沥水收集池。

  接收料斗中的餐厨垃圾经由料斗自身的输送出料装置进入后续输送螺旋提升入后续的自动分选单元。沥水收集池内的沥水也由泵提升入后续的分离装置。每个料斗前设置一个卸料车位。料斗容积可应对设备的临时检修需求。

  由于接收过程为本项目臭气控制源之一，因此，在接收过程中采用如下方式控制臭气无组织扩散：

  b、料斗区域与预处理车间其他区域通过隔离墙分隔，且接收料斗在卸料工位对应位置设仓门及卸料口，未卸料时仓门可关闭，对此区域重点设置臭气收集系统，收集臭气集中处理。

  餐厨垃圾自动分选单元由自动分选机及相应的输送机械组成。接收料斗中经过沥水的餐厨垃圾经由输送螺旋输送至自动分选机，自动分选机的基本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物进行分离，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，自动分选产生的塑料、织物等通过螺旋输送机排出。

  自动机能实现粗大物料如玻璃瓶、盘、碟、塑料等杂物的有效分选，保证分选过程中脆性杂物不破碎（最大化减少对后道工序设备磨损和处理难度），杂物去除率高，系统出料粒径≤60mm，分离出的杂物干净，有机质回收率高。分拣机采用全封闭式机械化运行。设备与物料接触部分均采用304不锈钢材料质地，抵抗腐蚀能力强。

  主要由浆料加热机、固液分离机及相应的输送机械组成。自动分选机产生的有机粗浆料通过浆料输送泵（专用柱塞泵）泵入浆料加热机。浆料加热机的最大的作用有两点：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，在高温和机械搅拌作用下，粗浆料中的固态有机质能最大化的分离进入液相，同时也减少后续固液分离环节的固相产量。固液分离机是一种以分离物料中游离性液体的连续式脱液机械，物料是在边挤压边翻动再挤压的过程中完成脱液。且可对出料的不同湿度要求做合理的调节，很好的解决了先前同种类型的产品的易积料、挤出液含固率高、难清理、适合使用的范围狭小等缺点。流出的浆料送入除砂除渣系统，分离出的固形物料外运处置。

  固液分离机独特创新的结构设计，使其具有物料处理量大、生产连续、速度快、安全性好、操作轻松方便等优点。

  固液分离机的结构能实现轻物质和易碎的、不易碎的重物质的高效去除，保证轻物质去除率不低于90%。

  自动化程度高，传动系统采用变频调速，可根据物料状况，适时调整处理工艺速度，高效节能。

  除砂池、粗筛机、输送泵、螺旋输送机等。除砂除杂系统最大的作用是去除有机浆液中的重物质（贝壳、玻璃、瓷片、砂石等）杂质砂粒以及细碎纤维等轻飘物，防止其对油水分离机、泵、管道等设备造成损害。

  除砂除杂去除率高，能够对各粒径范围内的砂石做有效去除。保障后端工艺段内罐内积砂较少，设备磨损小。

  通过湿热水解离心提油工艺，将有机浆料分离成高浓度有机废水、渣相和工业粗油脂。

  结语：餐厨预处理工艺的正常运行，才可能正真的保证厌氧工艺的高效运行。故在选择预处理工艺，应经过经济技术比较，选择稳定运行，经济能耗低的工艺设备。

  [2]朱何.?预处理对餐厨垃圾厌氧消化产气特性的影响研究[D].浙江大学,2018.

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