餐廚垃圾厭氧消化的預處理評價指標探討

季永飛，肖　偉，周永純，沈倩青

（云南城投碧水源水務科技有限責任公司，云南昆明650021）

餐廚垃圾厭氧消化的預處理評價指標探討

季永飛，肖偉，周永純，沈倩青

（云南城投碧水源水務科技有限責任公司，云南昆明650021）

結合現場考察、文獻調研以及專業廠家訪談資料，提出餐廚垃圾預處理評價的5項指標：出料含油率、出料含砂量、有機質損失量、制漿粒徑和粗油脂含水率。同時對設備材質、物料輸送、輕質物料處理和管道設計的相關問題提出了參考意見。

餐廚垃圾；預處理技術；評價指標

1　評價指標分析

目前餐廚垃圾預處理沒有較統一的技術，各專業公司均采用各自的專利設備和技術路線，難以與單個設備單元進行比較，只能通過預處理后物料或產品的性質來判斷處理效果。然而，不同城市的垃圾性質差距較大，因此，采用去除率、油脂回收量這類評價參數無法準確表征處理效果。筆者推薦采用出料含油率、出料含砂量、有機質損失量、制漿粒徑和粗油脂含水率這5個指標來表征預處理的效果。

1.1出料含油率

油脂特別是動物性油脂含量的增加會增大產氣量，李小建等［1］研究表明：處理未隔油餐廚垃圾濾液800 mL、隔油處理后餐廚垃圾濾液800 mL的產氣總量分別為84 357 mL和55 539 mL。然而，有研究表明［2］：油脂含量過高，當油脂的負荷大于1.59 kg/（m3·d）會產生積累，形成“油粒”和“油泥”，同時包裹了部分微生物，阻斷了油脂與微生物的接觸途徑，減少有效微生物的量。按上述數據估算，100 t/d餐廚垃圾預處理后進入厭氧前約130 t/d，按中溫厭氧25 d停留時間計算，能夠耐受的進料含油量為42.8 kg/t（4.3%）。王巧玲等［3］研究表明：在35℃條件下，不同含油量（0%、1%、2%、3%、4%、5%）餐廚垃圾中溫厭氧消化過程中，5%含油量餐廚垃圾厭氧發酵累計產氣量最大。因此，在不考慮油脂可能導致管道堵塞的前提下，未經提油的餐廚垃圾來料也能夠滿足上述要求。從經濟性上考慮，油脂若通過能量轉換后形成的沼氣作為產品，轉化過程存在能量損失，并且沼氣最終利用途徑不同，其價值差距較大，可以根據實際情況進行核算。但在目前項目運行中，由于動物油脂凝固點高，若不采用管道伴熱、保溫等措施，容易出現堵塞的情況。加之厭氧消化罐體在工業運用中混合攪拌的效果難以和實驗室小試相比，同時，避免厭氧罐體上部結殼也是需要考慮的重要因素。因此，在預處理階段盡可能的提油作為粗油脂銷售是目前常用的技術路線。

經過三相分離機提油后，漿料含油率可以從2%～4%降至0.2%以下（滿足CJJ 184—2012中油脂收集率大于90%的規定）。因此，該指標設定為0.2%以下，既消除了來料含量不同帶來的影響，工程上也可以實現。

1.2出料含砂量

餐廚垃圾含砂量較高，特別是海邊城市的貝殼類雜質，經前端破碎后增加了漿料的含砂量。大量砂礫進入沒有底部連續排渣的消化池，可能擠占庫容，造成水力短流，阻礙排泥，影響攪拌效果，進而影響產氣率。因此，在預處理階段需要盡可能地除砂，保證厭氧發酵的正常運行。規范推薦分選后不可降解有機物小于5%，筆者認為應該更低為好，控制在0.5%為宜，實踐證明通過一級或多級除砂是可以實現的。

1.3有機質損失量

若只追求預處理出料的高純度，前端就會難免以損失有機物為代價（即降低回收率）。表征篩分效果的指標有3個：純度、回收率、綜合分選效率。純度是指篩分后有機物的含量占總質量的百分比；回收率是指篩分后有機物的量占原料中有機物量的百分比；綜合分選效率則是結合了上述2個因素的綜合評價指標。

1.2中的出料含砂量即是純度的評價指標，1.3提出的有機質損失量反映了回收率，二者均是表征預處理效果好壞的重要指標，但二者存在技術上的相互制約。因此，尋求一個合理的平衡點是總體技術經濟的最優保證。目前尚無國家標準和充分的運行管理經驗，參考某地方的推薦值為有機物損失量小于8%。

1.4制漿粒徑

漿料粒徑的大小直接關系到厭氧消化過程的傳質反應效率，推薦的制漿粒徑介于5～8 mm為宜，該范圍也符合現有預處理技術的可行性。

1.5粗油脂含水率

粗油脂含水率應根據最終油脂回收企業的要求來定，品質的控制指標有含水率和酸值等。對含水率要求不同，對應的預處理提油工藝選擇也就不同。指標測試可參考GB/T 5528—2008動植物油脂水分及揮發物含量測定和GB/T 5530—2005動植物油脂酸值和酸度測定。

2　其他主要問題

2.1材質

材質選擇考慮的因素包括耐磨、防腐和經濟性等。漿料含砂量較高，對管件、閥門等的磨損嚴重，若采用泵送可以考慮內襯陶瓷防磨，也可以盡可能地降低流速采用重力輸送漿料以減少磨損，或是氣力輸送。通常餐廚垃圾預處理設備采用不銹鋼材質，但漿料的高含鹽量對不銹鋼材質的腐蝕嚴重。餐廚垃圾含鹽量以NaCl計為1%～2%，氯離子濃度為0.61%～1.22%，即含量為6～12 g/L［4］。氯離子對不銹鋼的腐蝕與氯離子濃度、介質溫度、pH以及介質中其他物質的性質有關，常溫下不銹鋼316能夠適用氯離子濃度約為1 g/L，因此，高含氯量的餐廚垃圾漿料選用SUS304或SUS316長期運行的耐腐蝕情況有待研究。

2.2輸送設備

制漿前物料的輸送多采用帶防卡死功能的無軸螺旋，分選出的大物料可采用無軸螺旋或皮帶輸送至集中回收點。螺旋和皮帶采用加蓋除臭為宜。制漿后多采用泵送，類型有轉子泵、渣漿泵、螺桿泵，不同泵的類型在不同廠家或項目中均有采用，磨損都比較嚴重，相比之下采用進口泵的性價比可能會稍高一些。

2.3過程產物——輕物質

整個工藝路線的過程產物除了粗油脂、大物料、重物質外，還包括分選出的輕物質，該類輕物質的特點是含水率高、易腐敗。若終端處置技術采用填埋，因為含水率高一方面不滿足填埋的要求，另一方面增加了質量，也就增加了委托填埋的成本。因此，可以根據實際情況考慮降低含水率的措施。

2.4管道堵塞

動物油脂凝固點高，對于冬季室外管道應注意保溫防凍，可以采用蒸汽伴熱或電伴熱技術。此外，漿料濃度較高，管道彎頭應盡可能采用大半徑的煨彎彎頭，以減少堵塞和沿程阻損。

3　結束語

餐廚垃圾預處理技術包括熱改性、酸改性、堿改性、冷凍預處理、超聲預處理等［5-8］，其中除熱改性有工程運用外，其余多停留在實驗室規模的研究，但理論上均能改善厭氧消化的條件。根據相關規劃或收運現狀，考慮到市政污泥、地溝油、廚余垃圾等加入到處理系統中的可能性，可以預留合適的接口和用地。餐廚垃圾提取的粗油脂可以深加工為生物柴油或生物塑料等具有高附加值的產品，沼渣可以考慮生物堆肥回歸土地利用［9］或用于養殖高附加值的蛆蠅等。

對于工程項目采用專有技術路線、專利設備難以細分比較的情況，餐廚垃圾的預處理就宜采用整體系統來分析評價，為此提出了5項評價預處理效果的指標和預處理設備選型中應注意的防腐、防磨、防堵等問題供相關技術人員參考。

［1］李小建，馮文謙，曾彩明，等.油脂去除對餐廚垃圾壓濾液厭氧消化的影響［J］.環境化學，2012，31（4）：522-527.

［2］李小風.油脂對餐廚垃圾厭氧消化抑制效應的試驗研究［D］.重慶：重慶大學，2010.

［3］王巧玲，陳澤智，龔惠娟，等.含油量對餐廚垃圾厭氧發酵的影響［J］.環境工程學報，2012，6（12）：4637-4641.

［4］李榮平，葛亞軍，王奎升，等.餐廚垃圾特性及其厭氧消化性能研究［J］.可再生資源，2010，28（1）：76-80.

［5］王佳明，蔣建國，宮常修，等.超聲波預處理對餐廚垃圾產VFAs的影響［J］.中國環境科學，2014，34（5）：1207-1211.

［6］孫巖斌.不同預處理對餐廚垃圾厭氧聯產氫氣和甲烷的影響及其機理研究［D］.北京：北京化工大學，2013.

［7］宋珍霞，溫飛，徐建平，等.熱堿預處理對餐廚垃圾厭氧發酵揮發性脂肪酸產量及組成的影響［J］.生態與農村環境學報，2015（2）：244-248.

［8］唐曉達，萬順剛，張也馳，等.添加園林廢物及凍融預處理對餐廚垃圾厭氧消化效率的影響［J］.環境工程技術學報，2012（6）：512-518.

［9］王巧玲.餐廚垃圾厭氧發酵過程的影響因素研究［D］.南京：南京大學，2012.

Discussion on Pretreatment Evaluation Indexes for Anaerobic Digestion of Food Waste

Ji Yongfei，Xiao Wei，Zhou Yongchun，Shen Qianqing
（Yunnan Origin Water Technology Company，KunmingYunnan650021）

Combined with site inspection，document research and interview materials of professional manufacturer，five pretreatment evaluation indexes for food waste were proposed including the content of oil，the content of sand，the loss of organic matters，the particle size and the moisture content of crude oil.Meanwhile，some suggestions for the related problems were put forward，such as the material of equipment，material transportation，lightweight materials treatment and pipeline design.

food waste；pretreatment technology；evaluation indexes

X799.3；X705

A

1005-8206（2016）05-0052-03

2015-10-28

季永飛（1980—），工程師，主要從事水和固廢處理工作。

沈倩青，E-mail：shenqianqing1215@163.com。