餐厨垃圾资源化综合处理项目技术方案

物料性质
餐厨垃圾是指居民日常生活以外的食品加工、饮食服务、单位供餐等活动中产生的剩菜剩饭等垃圾和废弃食用油脂,俗称泔脚、泔水或潲水.以淀粉类、食物纤维类、动物脂肪类等有机物质为主要成分,具有水分、油脂、盐分含量高、易腐烂、易发酵、易发臭等特点.
餐厨垃圾的成分根据各地饮食习惯及经济发展状况的不同而有显着差别,本项目暂按下面的常规餐厨垃圾成分进行设计,待后期对当地餐厨进行准确分析后再进行调整.
沼气预处理系统内设置一个紧急火炬,当出现意外情况或沼气利用不完时,可将多余的沼气燃烧排空,减少对大气的温室气体排放.
热电联产系统
热电联产系统是全厂生物质能源的转化利用系统,负责将沼气转化为电力和热能,实现最终的能源回收利用.
沼气利用方式需根据项目的实际情况进行选择,常用的沼气利用方式主要有如下两种方式：
动物吃了用动物的内脏、骨头等加工而成的饲料,实际上就是在“食用同类”.研究人员发现,疯牛病很可能就源自动物“食用同类”现象.近年来,发达国家为解决疯牛病等全球性饲料安全问题,相继制定饲料法规.欧盟于从2003年开始正式规定,严禁在饲料生产中使用同类动物的任何部位生产饲料,严禁向毛皮类动物以外的牲畜喂厨房泔水.由于餐厨垃圾中各类动物的肉、骨、内脏混合在一起无法准确分选开,因此用这种原料做饲料,在动物食品安全问题上重大隐患.
沼渣在稳定化处理过程中将产生一定量的臭气,需集中收集后送往臭气处理系统进行处理,净化后排放.
采用沼气发电机进行热电联产,产生电力和热能
沼气提纯后作为民用送入城市燃气管网
本方案暂建议采取第一种方式,在场内设置沼气发电机进行热电联产,产生的电力以及热水或蒸汽.产生的电力可满足全厂的生产及生活用电,并且还有大量的富余用电,富沼电力可根据项目实际情况采用上网出售,或送给附近的企业使用.热电联产产生余热进行回收利用,通过余热锅炉产生热水或蒸汽作为厌氧发酵系统的热源使用.
整个发酵罐采用沼气搅拌,即将发酵罐产生的沼气中的一部分进行回流,沼气经过沼气压缩机增压后打回发酵罐,通过气体搅拌使发酵浆液在罐体内形成循环搅拌.
发酵罐通过泵送装置进行进料,并采用重力排料方式进行出料.经过发酵后的物料通过管道送往后续的脱水设备进行处理.发酵沼渣经脱水设备进行固液分离后,分别产生脱水沼渣和沼液.
表1-1餐厨垃圾
有机物
杂质
油脂
含水率
90%~95%
3%~5%
2%~4%
80%~90%
常用处理工ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ介绍
生产饲料
餐厨垃圾中含有丰富的淀粉、纤维素、蛋白质、脂类及无机盐,利用酵母菌将其发酵或通过高温灭菌干燥后,制成蛋白饲料是目前国内常用的处理方法之一.这种方法在一段时期内被认为是资源化处理餐厨垃圾的一种方式,但最新研究表明用餐厨垃圾制动物饲料存在巨大的安全隐患.
图3-1 餐厨垃圾处理系统流程图
物料平衡
餐厨垃圾经过厌氧发酵处理后,将分别产生杂质、废油、沼气、有机肥等,同时耗用一定的原料,详见下面的全厂物料平衡图.
图2-2 物料平衡图
工艺系统
餐厨垃圾预处理系统
餐厨垃圾由专门的收集车辆运输至厂内后,送入餐厨垃圾的接收装置.由于餐厨垃圾主要来源于饭店、餐馆及集市等场所,其中含有部分塑料、金属、纸巾、织物、骨头及筷子等,通过一系列的筛分、破碎、油脂分离、砂石分离等工序将此类杂质分选出来,可直接送往垃圾填埋场进行填埋处理.
堆肥
厌氧发酵
处理规模
适合中小规模的处理量
目前只有小型的单体处理机比较成功
适合一定规模的处理量
产品
饲料
有机肥
沼气、电力、有机肥
辅助原料
需各种营养添加剂
需大量辅助原料调节水份,或作为结构物
无需外加原料
能量使用
需耗用大量电力及热能
需大量电力
对外输出电力
资源化方式
回收有机质及营养成分
回收有机质
回收能量及有机质
根据餐厨垃圾的特点以及目前技术的发展趋势,特推荐本餐厨垃圾处理厂采用以厌氧发酵工艺为核心技术的综合处理方案.
工程目标
本工程以厌氧发酵处理工艺将作为整个餐厨垃圾处理厂的主体工艺,对餐厨垃圾进行综合处理,实现餐厨垃圾无害化、减量化和资源化处理.通过本项目的实施将实现以下几个目标：
（1）对餐厨垃圾进行集中处理,消除餐厨垃圾对环境的污染.
CH4
Vol％
55～65,平均60
CO2
Vol％
35-45
H2S
ppm
＜50
N2
Vol％
1－2
O2
Vol％
＜1
热值
kJ/Nm3
20000-21000
净化后的沼气首先送往沼气储罐进行存储,然后根据需要送往后续的热电联产系统.沼气存储采用双膜储气柜,储气容积为1000立方,可满足向热电联产系统稳定供气的需要.
（2）利用生物厌氧发酵可对有机质可进行生物降解的特点,实现对餐厨垃圾的减量化处理,并提取生物质中所含有的生物能源,转化为沼气及电力.
（3）结合项目实际情况,选择合理的沼气利用方式,实现能源的最佳转化利用,降低全厂的运行成本或增加运行收益.
（4）设置完善的配套措施,避免生产过程中的二次污染.
工艺方案
系统组成
根据工程整体的设计目标,餐厨垃圾处理系统采取以厌氧发酵工艺为核心技术,同时采取相关的辅助工艺进行处理.全厂工艺处理系统主要由以下几个部分组成：
（1）餐厨垃圾预处理系统
（2）厌氧发酵系统
（3）沼气预处理系统
（4）热电联产
（5）沼渣稳定化系统
（6）臭气处理系统
（7）废水处理系统
工艺流程
餐厨垃圾经专用的收集运输车辆送至本厂后,由接收装置进行接收存储,然后进行预处理.餐厨垃圾经过预处理后将骨头、织物、筷子等杂质分选出来,分选出的杂质外送至往填埋场进行填埋处理.餐厨垃圾中一般含由较多的油脂,在预处理过程中将餐厨垃圾中的油油脂进行分离,分离出来的废油直接外送直相关再利用场所进行处理,也可根据需要在厂内设置废油再加工处理系统.
厌氧发酵系统
厌氧发酵系统是餐厨垃圾处理系统的核心部分,负责将物料进行厌氧发酵处理.厌氧发酵系统主要由进料装置,发酵罐以及搅拌装置组成,完成发酵罐物料进料,发酵罐内有机物生物降解及产生沼气、发酵浆液出料等过程.
厌氧发酵系统主要采用中温湿式厌氧发酵工艺,核心厌氧发酵装置采用CSTR厌氧发酵罐,即全混式厌氧反应发酵罐.整个发酵罐采用钢制罐体,具有搅拌、破除浮渣、加热保温功能.
经过预处理后的物料送入厌氧发酵系统进行处理,有机物料经过厌氧发酵系统的生物降解处理后,产生沼气和沼渣.沼气作为能源气体首先进行净化处理,并送入沼气柜进行存储,然后送入沼气发电机进行热电联产,产生电力和热水或蒸汽.产生的电力部分送入全厂的配电系统供厂内使用,富裕的电力可根据项目实际情况上网出售或提供给附近的企业使用.产生的热水或蒸汽作为热源送入厌氧发酵系统使用.产生的脱水沼渣进行稳定化处理,生产出性能稳定的腐殖土,可根据市场需求作有机肥或腐殖土出售,或者直接填埋处理.产生的沼液作为废水送往污水处理系统进行处理.下面是全厂总体工艺流程.
投资成本
较高
低
较高
运行成本
高
低
较高
占地面积
小
大
小
二次污染可能性
有潜在的食物链短路风险
没有
没有
应用趋势
受国家食品安全法等政策限制
适合小型的、分散式的处理规模.
符合国家新型再生能源政策发展方向
工艺选择
综合比较上述处理工艺,采用厌氧发酵处理餐厨垃圾无论是从减量化角度,还是从无害化、资源化的角度,都是较优的选择.
餐厨垃圾资源化综合处理项目
技术方案
基本概况
项目名称：餐厨垃圾处理项目
项目地点：处理对象：餐厨垃圾
建设规模：200吨/日
主要工艺：餐厨垃圾中温厌氧发酵、沼气发电、沼渣稳定化
主要产品：电力、有机肥、废油
项目背景
餐饮业比较发达,每天产生大量的餐厨垃圾,目前还没有建成的餐厨垃圾处理设施,每天产生的大量餐厨垃圾还没有得到有效的处理.
厌氧发酵系统每天产生沼气15000立方,可配置3台500kW的沼气发电机,将所有沼气全部用于沼气发电.通过沼气发电全厂每天可以产生大约30000kWh的电力,除厂内自用大约10000kWh的电力外,还富裕大约20000kWh的电力可对外出售.
沼渣稳定化系统
餐厨垃圾及厨余垃圾经过厌氧发酵处理后,餐厨垃圾中的大部分有机物得到生物降解,产生的沼渣经过脱水后每天大约产生脱水沼渣63吨.该脱水沼渣中仍含有一定量的有机物,需进行后续稳定化处理,以便于残渣的最终处置与利用.
厌氧发酵处理
厌氧发酵技术是利用微生物厌氧菌,将垃圾中有机物作为营养源,经过厌氧菌的新陈代谢,最终将垃圾进行发酵降解.整个发酵消化过程在全封闭条件下完成,使消化过程充分完全,无异味泄漏.经过厌氧发酵处理,垃圾中可腐有机物部分降解为发酵残渣,并产出沼气.
工艺比较
表2-1 餐厨垃圾处理工艺比较表
单项
生产饲料
产生的废油由于数量较少,建议直接送至相关废油再加工企业进行后续处理利用,也可根据实际情况考虑在厂内建设废油脂再加工系统进行处理.
餐厨垃圾经过预处理后,可用于生物降解的有机物纯度得到提高,满足后续厌氧发酵系统的要求,可通过输送装置送入厌氧发酵系统进行处理.
餐厨垃圾在预处理过程中将产生一定量的臭气,为保持车间内的工作环境,通知防止臭气外泄影响厂区及周边的环境,车间内产生的首席集中收集后送往全厂的臭气处理系统集中进行处理.
餐厨垃圾表观性状恶劣,高含水及其易腐特性,对城市环境具有较大的影响；此外,由于餐厨垃圾来源的复杂性,存在严重的病毒污染,威胁城市的公共卫生安全；长期采用的直接作为动物饲料的处置方式亦不当,易引发多种动物瘟疫,同时存在形成污染食物链的危险,威胁人类健康安全.
鉴于餐厨垃圾的环境和公众健康危险,我国相继有多个城市出台了餐厨垃圾处置管理办法,如上海市餐厨垃圾管理办法、北京市餐厨垃圾收集运输处理管理办法、广州市餐厨垃圾管理办法等已明确规定餐厨垃圾的收运、处理处置,同时禁止使用未经科学处理的餐厨垃圾作为猪饲料.因此,对餐厨垃圾进行资源化、减少化、无害化的处理处置已迫在眉睫.
考虑到餐厨垃圾中营养成分比较高,沼气中的硫化氢含量比较高,约为2000-3000ppm,因此建议采用湿法化学脱硫工艺,保证脱硫效率,并且运行费用较为经济.
经过脱硫净化处理后的沼气送往沼气存储及利用系统.预处理后的沼气成分见下表：
表2-1沼气成分及性能
参数
单位
数值
温度
℃
25～35
压力
Pa
2000～3000
3800m3
6
停留时间
18～20天
7
有机物降解率
50~60%
8
原料产气率
70~80m3/吨餐厨垃圾
沼气预处理系统
产生的沼气属于清洁能源,其中甲烷含量较高,具有较高的热值.同时由于沼气中含有水分、硫化氢以及少量颗粒物等杂质,再进行利用前需进行净化处理.
沼气预处理采用过滤、气水分离、脱硫等工艺,将沼气中的杂质、水分以及硫化氢去除掉,达到后续沼气利用工艺的标准.
发酵罐在整个运行过程中,相关工艺参数实现在线监测,并通过控制系统集中显示在控制室的监控电脑上,保证厌氧发酵系统的稳定运行.
以下是厌氧发酵系统主要工艺设备参数：
表2-1 厌氧发酵系统主要工艺设备参数
序号
项目
参数
1
进料浓度
8～12％
2
发酵物料pH
~
3
发酵温度
35℃~37℃
4
发酵罐数量
2个
5
单个发酵罐体积
堆肥
堆肥处理技术的工艺较为简单,适合于易腐有机质含量较高的垃圾处理,而垃圾中的石块、金属、玻璃、塑料等则不能被微生物分解.堆肥处理周期较长,占地面积大,卫生条件相对较差.堆肥时要保证有机肥产品达到国家标准,就必须将新鲜的垃圾先进行分选,然后将易腐有机组分再进行好氧发酵,但餐厨垃圾的含水率高达90%左右,发酵过程中糊状垃圾将整个堆垛全部空间填死,空气无法进入内部,致使微生物处于厌氧状态,使降解速度减慢,并产生硫化氢等臭气,同时使堆肥温度下降,严重影响堆肥质量.
脱水沼渣的含水率大约为35~40%,根据该物料性质拟采用动态翻堆的方式进行稳定化处理.由于脱水沼渣已经经过厌氧发酵处理,一般只需2~3周的稳定化处理便可达到处理要求,产生性能稳定的腐殖土.
产生的腐殖土性能已基本稳定,不会再发生生物降解,也不会释放臭气,可根据实际情况选择最终的处置利用方式.如对腐殖土进行深加工,生出高品质的有机肥对外出售.如果当地园林部门需要大量的园林绿化土,则将产生的腐殖土根据要求进行简单的处理,可产生满足要求的绿化土进行使用.
发酵罐的设计温度为35~37℃,整个发酵罐及发酵罐浆液需要进行加热保温.发酵浆液采取罐内加热方式,循环热水引入发酵罐内的换热装置,与罐内的发酵浆液换热后再引出发酵罐.所需的热水来自热电联产系统.发酵浆液加热的过程根据发酵罐内的温度变化由控制系统进行控制,确保发酵罐在稳定的温度范围内运行.在发酵罐外壁同时设有保温层,减少发酵罐的热量损失.