預處理+生物質成型燃料與預處理+厭氧產沼餐廚垃圾處理工藝的能量對比研究

肖　直，屈小平（湖南普惠環境科技有限公司，湖南　長沙　410215）

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預處理+生物質成型燃料與預處理+厭氧產沼餐廚垃圾處理工藝的能量對比研究

肖直，屈小平
（湖南普惠環境科技有限公司，湖南長沙410215）

【摘要】分別對餐廚垃圾預處理+生物質成型燃料與預處理+厭氧產沼2種處理工藝和能源化利用進行闡述，并對其能量進行對比，研究表明預處理+生物質成型燃料比預處理+厭氧產沼工藝能源化利用更徹底，能量利用率更高，更具有投資經濟性。

【關鍵詞】生物質成型燃料；厭氧產沼；低位熱值

1　預處理+生物質成型燃料餐廚垃圾處理工藝

1.1工藝原理

餐廚垃圾經過預處理脫油脫水后，渣料中C∶H 為6∶9，易于燃燒；N、S元素含量較低，燃燒煙氣中相應NOx、SO2含量較少。成型燃料燃燒更穩定，易于儲存。

1.2處理工藝

將收集車收集的餐廚垃圾投入到受料倉，通過其底部螺旋輸送機輸送到一體機，在一體機中將餐廚垃圾進行破碎和篩選，篩上物外運進行填理處理。篩下物即漿料，制備好的漿料由泵送至換熱器進行加熱。加熱所用熱源由生物質燃燒爐燃燒產生的中溫煙氣，加熱后的漿料送入保溫貯存罐進行蒸煮保溫，保溫后由泵送至三相分離機，分離出渣料、廢水、油脂。

分離出的渣料含水率為80%，機械脫水至含水率為55%，再用170℃的煙氣進行干化處理，控制渣料含水率為10%左右，渣料制作成生物質成型燃料；廢水處理中產生沼氣；廢油脂送至專業廠家煉制生物柴油。得到能量由廢油脂、生物質成型燃料和沼氣3部分組成。消耗能量由餐廚垃圾預處理加熱和渣料烘干2部分組成。

2　預處理+厭氧產沼餐廚垃圾處理工藝

餐廚垃圾經收運車輛收集運輸至場區，經計量系統稱重計量，餐廚垃圾收運車進入預處理車間卸料大廳，將餐廚垃圾卸入投料倉，通過無軸螺旋輸送機輸送至組合分揀機進行初分揀。分揀得到的物料進入臥式碎漿除雜機。經處理后的物料經高溫蒸煮、壓榨等處理，得到濾液和粗固形物。濾液經三相分離系統分離出的廢油脂送至專業廠家煉制生物柴油，分離出的固形物與廢水暫存池回流廢水混合，調節含固率及pH至合適范圍后進入厭氧發酵罐，從而產生沼氣。

厭氧發酵后產生的沼氣經提純是一種清潔的燃料，可為預處理加熱系統提供熱量或用來發電。得到能量由廢油脂和沼氣組成。消耗能量由餐廚垃圾預處理加熱和沼氣提純過程中損耗組成。

3　工藝技術參數

餐廚垃圾輸送到一體機，在一體機中將餐廚垃圾進行破碎和篩選，同時補充部分熱水，篩上物外運進行填理處理。篩下物即漿料，制備好的漿料進行加熱。漿料從t1=15℃升溫至t2=85℃，加熱后的漿料送入保溫貯存罐進行蒸煮保溫，保溫后由泵送至三相分離機，分離出渣料、廢水、廢油脂。每噸餐廚垃圾經預處理得到1 000 kg漿料；每噸餐廚垃圾三相分離出來含水率80%的固渣230 kg，機械脫水至含水率55%的渣料m4=102 kg，渣料用燃燒爐余熱170℃煙氣烘干后固渣含水率10%為m2=51 kg，含水率10%渣料制作成生物質成型燃料。

根據經驗每1 m3沼氣可提純0.5 m3天然氣，天然氣熱值為q3=35 581 kJ/m3［1］。氣中甲烷含量達50%～75%，沼氣熱值為20000～22000kJ/m3［2］。目前國內投入運行的餐廚垃圾厭氧發酵處理廠每噸餐廚垃圾的沼氣產量為V2=72.2 m3，熱值取q4=21 000 kJ。技術參數見表1。

表1　工藝技術參數

餐廚垃圾廢水中主要污染成分是微量的食物殘渣、動植物油，以淀粉類、食物纖維類、動物脂肪類等有機物為主要成分，COD取52 000 mg/L，即為ρ1=53 kg/m3，其水質見表2。

表2　餐廚垃圾廢水水質（中試檢測結果） mg/L

理論上，在標準狀態下，1 mol甲烷，相當于2 mol（或64 g） COD，還原1 kg COD相當于生成0.35 m3甲烷［3］，沼氣中甲烷的含量一般占總體積的 50%～75%。則初步計算 1 kg COD產生0.34～0.644 m3的沼氣，取每1 kg COD產生沼氣為v/1=0.55 m3，餐廚垃圾預處理需要加入部分熱水，每噸餐廚垃圾處理產生1 m3廢水，則1 m3廢水產生沼氣量為v1=ρ1v/1，即為29.15 m3。

4　計算與討論

工藝1采用“預處理+生物質成型燃料”得到能量由廢油脂Q1、生物質成型燃料Q2和廢水中產沼氣Q3組成，消耗能量由餐廚垃圾預處理加熱Q4和渣料烘干Q5分組成。

工藝2采用“預處理+厭氧產沼”得到能量由廢油脂Q1和全物料厭氧產生的沼氣Q/22部分組成，消耗能量由餐廚垃圾預處理加熱Q4和沼氣提純損耗Q/5組成。工藝1和工藝2能量得失見表3、4。

表3　工藝1能量得失

工藝1得到總能量為2 442 980 kJ，工藝2得到總能量為2 488 700 kJ；工藝1剩余能量為2 044 547 kJ，工藝2剩余能量為1 962 974 kJ；工藝1剩余能量與得到總能量之比為83.7%，工藝2剩余能量與得到總能量之比為78.9%。

5　結論

1） 餐廚垃圾經三相分離后得到渣料中有機物燃燒性良好，預處理+生物質成型燃料能源化利用徹底，工藝簡單，操作可控；預處理+厭氧產沼工藝復雜，投資巨大，產生了甲烷易燃氣體，消防安全等級及管理要求高。

2） 雖然預處理+厭氧產沼工藝得到總能量高于預處理+生物質成型燃料工藝，但是預處理+厭氧產沼工藝剩余能量低于預處理+生物質成型燃料工藝。同時預處理+生物質成型燃料工藝的剩余能量與得到總能量之比為83.7%；預處理+厭氧產沼工藝剩余能量與得到總能量之比為78.9%。這說明預處理+生物質成型燃料工藝在運行過程中能量損耗少，能量利用率高，更具有投資經濟性。

參考文獻：

［1］ 皮耐安.CO和H2直接合成高熱值燃料氣體的研究：鈷系催化劑的工藝條件試驗［J］.上海師范大學學報：自然科學版，1984 （3）：57-62.

［2］ 某大型秸稈沼氣集中供氣工程初步設計［EB/OL］.［2013-01-19］. http：//www.zhaoqiweb.com/zhaoqijishu/zhaoqigongcheng/a201311 9153616.html.

［3］ 錢易，米祥友.現代廢水處理新技術［M］.北京：中國科學技術出版社，1993.

中圖分類號：X799.3

文獻標識碼：A

文章編號：1005-8206（2016）02-0069-03

作者簡介：肖直（1982—），工程師，主要從事熱量研究與設計工作。

收稿日期：2015-08-17

Comparative Study on Energy Utilization by Kitchen Waste Treatment Processes of Two Types of Kitchen Waste Treatments-Pretreatment+Biomass Briquette Fuel and Pretreatment+Anaerobic Biogas

Xiao Zhi，Qv Xiaoping
（Hunan Pratt&Whitney Environment Technology Limited，ChangshaHunan410215）

【Abstract】Two typesof treatment processesof kitchen waste，pretreatment+biomassbriquette fuel and pretreatment+ anaerobic biogaswere introduced and compared，including processprinciple and energy utilization.The study indicated that the energy utilization ofpretreatment+biomassbriquette fuel wasmore effective and complete and had more economic value.

【Key words】biomassbriquette fuel；anaerobic biogas；low calorific value