中新天津生態城餐廚垃圾多元化資源利用模式探索

李　野，陳冠益，鄭福居，蔣玉廣，楊　偉

（1.天津大學環境科學與工程學院，天津300072；2.天津生態城環保有限公司，天津300467）

中新天津生態城餐廚垃圾多元化資源利用模式探索

李野1，2，陳冠益1，鄭福居2，蔣玉廣2，楊偉2

（1.天津大學環境科學與工程學院，天津300072；2.天津生態城環保有限公司，天津300467）

簡述了近年中新天津生態城餐廚垃圾產生量及變化趨勢；結合生態城實際情況，采取集中處理及分散處理相結合的方式，提出了餐廚垃圾多元化資源利用模式，并分析了餐廚廢棄油脂制備生物柴油、餐廚廢棄油脂制備皂粉、餐廚垃圾好氧發酵制備植物營養基、餐廚垃圾覆膜堆肥制備土壤調理劑4種工藝及應用情況。

中新天津生態城；餐廚垃圾；資源利用

1　餐廚垃圾概況

天津生態城環保有限公司自2012年取得城市生活垃圾收集運輸服務許可證，一直負責中新生態城內各類城市生活垃圾的清掃、收集及運輸業務。目前收集的餐廚垃圾主要涵蓋已建成的飲食服務商業區和常駐單位食堂（涵蓋生態城內所有學校食堂、企事業單位餐廳等20余家）。生態城餐廚垃圾產生量見圖1。

圖1　2013—2015年生態城餐廚垃圾產生量

由圖1可知，2013—2015年餐廚垃圾呈現逐年增加的趨勢，且年增長率分別達到61.45%、28.31%。截止到2016年，生態城入住人口達4萬余人，餐廚垃圾產生量約120 t/月。

2　餐廚垃圾多元化資源利用模式

根據《中新天津生態城基礎設施專項規劃-環境衛生工程專項規劃》，規劃在生態城內建設1座有機垃圾資源化中心，集中處理生態城內產生的餐廚垃圾以及居民家中產生的廚余垃圾。但是鑒于目前生態城人口較少且分散，生態城采取集中處理及分散處理相結合的方式，按照就近處理的原則，將餐廚垃圾進行多元化資源利用方式進行處理。

2.1餐廚廢棄油脂制備生物柴油技術

生態城在環衛之家試制1套生物柴油制備中試設備，開展餐廚垃圾廢油油脂制備生物柴油研究及示范，其主要技術優勢在于利用固體新型催化劑代替傳統的液態催化劑，避免對設備的腐蝕，降低生產成本，主要產品為生物柴油粗產品。其制備工藝如圖2所示。

圖2　餐廚垃圾廢棄油脂制備生物柴油工藝路線

利用廢油油脂制備生物柴油主要步驟：①油脂預處理。原料油經40目濾網過濾出大型固體雜質，進入計量毛油池，經真空吸入酯化脫水釜，加熱到100℃，真空脫水30 min，油脂水分含量＜0.2%。②酯化反應階段。油脂泵入酯化反應釜，升溫至120℃，按比例加入催化劑，打開甲醇泵定量加入甲醇，反應釜在120℃維持1 h，取樣測定，達標后停止加入甲醇，反應結束，脫醇30 min，酯化完成，多余甲醇經冷凝器回收進入廢甲醇儲存罐［1］。③酯交換反應。將酯化好的甲酯利用過濾泵進行增壓過濾，濾出固體催化劑及雜質，進入酯交換反應釜進行酯交換反應。提前進行醇堿混合，將混合好的醇堿加入酯化反應釜內，反應溫度控制在65℃左右，反應1 h后，升溫到95℃脫醇30 min，酯交換反應完成，甲醇冷凝回收。④蒸餾提純成品。酯交換反應甲酯進入沉降罐，靜置4 h分離甘油，甘油下部排出，放入粗甘油池，粗甲酯等待蒸餾。粗甲酯經真空吸入蒸餾釜后，加熱至200℃，真空下（-0.1 MPa）進行前餾分蒸餾。前餾分蒸餾經冷凝器冷凝回收進入前餾分儲存罐。待前餾分蒸餾完成后關閉前餾分儲存罐閥門，打開成品甲酯儲存罐閥門，升溫至270℃。經填料塔分選后，經冷凝器冷凝回收進入成品甲酯儲存罐，得到精甲酯產品。

2.2餐廚廢棄油脂制備皂粉技術

生態城在環衛之家試制1臺廢油油脂制備皂粉中試設備，開展餐廚垃圾廢油油脂制備皂粉的研究及示范。其利用廢油油脂制備皂粉主要步驟：①預處理。包括過濾除雜質和加熱除味2部分。②皂化。將預處理后的廢油加熱至90℃，緩慢加入40%的氫氧化鈉溶液，攪拌，控制pH在8～9，反應30 min。③鹽析。首先，加入體積分數大約是皂化液15%的熱水（水溫與油溫相同或略高于油溫）；然后，加入質量分數約為油量10%的氯化鈉，加熱煮沸并攪拌10 min，靜置1 h，除去下層廢水，此時制得粗皂基。將皂化好的溶液倒入飽和氯化鈉溶液中，使硬脂酸鈉在鹽溶液中分離出來，形成分層，上層是肥皂，下層是甘油、過量的堿以及氯化鈉等。④水洗。在制得的皂基中倒入皂膠量1～1.5倍的熱水，加熱攪拌，煮沸3 min，靜置沉淀分離。⑤干燥粉碎。將水洗過的皂膠晾干粉碎，即得皂粉。

目前餐廚垃圾資源利用制備產品：皂粉、植物生長基等，在生態城內開展垃圾分類活動作為小禮品發放給生態城內居民使用。

2.3餐廚垃圾好氧發酵制備植物營養基

餐廚垃圾固液分離后的固相部分，生態城采用餐廚垃圾好氧發酵機及覆膜堆肥對固相部分進行處理。根據生態城餐廚垃圾產生量和氣力輸送系統分布情況，部分餐廚垃圾采用分散式餐廚垃圾資源化處理系統，其優勢在于占地面積小、處理速度快、處理方式靈活等。餐廚垃圾由投料和出料裝置、熱力供應系統、供氧與排氣系統、驅動機構、電控系統等組成。工作時，由投料口投入預處理后的餐廚垃圾原料，同時投入好氧降解菌種。物料在驅動機構攪拌葉的攪動下，在發酵室內形成連續翻動的循環狀態，保持物料受熱的均勻度和充足的供氧條件。設備的換熱裝置為布風管提供干燥熱空氣，形成均勻的加熱空間，使物料充分傳熱、除濕。整個發酵、脫水過程中，供氧排氣系統不斷為物料提供新鮮空氣，滿足其好氧發酵工作要求。作業完成后，物料向設備中部聚集，從設備底部的出料口出料。餐廚垃圾處理過程中，設備采用程序自動控制的方式，對發酵物料的溫度、壓力和供氧等進行嚴格的監測和控制，在規定的時間內，完成物料發酵、干燥和冷卻，直至生產出高有機質的有機肥產品，可用于土壤改良、種植植物等，實現餐廚垃圾無害化、減量化、資源化處理。2臺餐廚垃圾發酵機每臺運行負荷為300 kg，實際運行負荷一般為260～290kg，2臺發酵機單次共產出綠肥為80～120kg，2016年截至目前為止，共計產出植物營養基3.61 t。

2.4餐廚垃圾覆膜堆肥制備土壤調理劑

生態城部分餐廚垃圾采用與城內園林垃圾、生活污泥覆膜共堆肥技術制備鹽堿地改良劑。本技術的固體廢棄物包括餐廚垃圾、綠化垃圾和污泥共3大類，主體工藝采用“垃圾預處理+覆膜微曝氣好氧混合堆肥發酵”，利用堆肥產品開展鹽堿土壤改良研究。覆膜堆肥技術如圖3～4所示。主要工藝及步驟：①堆肥原料為污泥+園林綠化垃圾+餐廚垃圾，調節含水率40%～60%，有機物含量20%～60%，C∶N為20∶1～30∶1，堆體發酵溫度55～75℃，55℃至少維持5 d；堆體氧濃度＞10%；通風量0.05～0.20 m3/min。②輔料為微生物菌劑、秸稈、木屑等干物質。③系統設計。按物料不同配比及添加

不同腐熟劑接種量，進行堆肥處理系統設計（具體物料配比在檢測完堆肥物料理化性質后確定），每個堆垛尺寸［長×（底寬∶頂寬）×高］為10m×（2m∶1 m）×1 m，發酵周期4～6周。④材料及設備。覆蓋膜4塊，尺寸［長×寬］為15 m×5.0 m（四邊各0.5 m裙邊）；通風管8根，長10 m，φ160 mm；鼓風機1臺，功率1.5 kW，電壓380 V，轉速2 800，流量860 m3/h，風壓1 020 Pa；溫度檢測器8套及氧氣濃度檢測器8套；配電系統1套；其他翻拌工具。堆肥30 d后腐熟，在成品滿足有機肥料標準（NY525—2012）后，用于生態城內綠化用土鹽堿地改良。

Mode Exploration of Diversified Resource Utilization of Food Waste in Sino-Singapore Tianjin Eco-city

Li Ye1，2，Chen Guanyi1，Zheng Fuju2，Jiang Yuguang2，Yang Wei2
（1.College of Environmental Science and Engineering，Tianjin University，Tianjin300072；2.Sino-Singapore Tianjin E－co-city Environmental Protection Co.Ltd.，Tianjin300467）

The food waste production and its trend in Sino-Singapore Tianjin Eco-city of the past few years were briefly introduced.Combined with actual status，we used the method of centralized processing and distributed processing combination，put forward the mode of diversified resource utilization of food waste and specifically analyzed four processes and their applications including using waste oil to produce biodiesel and soap powder，aerobic fermentation to produce plant nutrient，composting with film to produced soil conditioner.

Sino-Singapore Tianjin Eco-city；food waste；resource utilization

圖3　覆膜堆肥技術路線

圖4　膜覆蓋堆肥系統示意

X799.3；X705

B

1005-8206（2016）05-0092-03

2016-08-16

李野（1979—），高級工程師，博士，主要從事生活垃圾資源化技術研發工作。