廚余垃圾臥式干法厭氧消化及其預(yù)處理方案探討

劉淑玲，鄭 葦，靳俊平，李 波

（中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司，天津 300381）

廚余垃圾臥式干法厭氧消化及其預(yù)處理方案探討

劉淑玲，鄭 葦，靳俊平，李 波

（中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司，天津 300381）

介紹了廚余垃圾分類難及其橡塑、紡織物、磚瓦、玻璃等雜物含量高的特性，據(jù)此提出了采用臥式干法厭氧消化的資源化處理方法。通過(guò)總結(jié)臥式干法厭氧消化工藝主要特征，結(jié)合廚余垃圾的特性，提出了臥式干法厭氧消化工藝的預(yù)處理方案。

廚余垃圾；干法厭氧消化；預(yù)處理；工藝方案

1 廚余垃圾性質(zhì)特征及組成

根據(jù)我國(guó)目前餐廚垃圾分類收集城市進(jìn)行調(diào)研的結(jié)果，廚余垃圾性質(zhì)特征及組成見(jiàn)表1。

表1 我國(guó)部分城市廚余垃圾性質(zhì)特征 %

我國(guó)廚余垃圾中食物殘?jiān)?0%～75%，其中混入了大量橡塑、紡織物、磚瓦、玻璃等家庭日常生活來(lái)源的雜物。這些雜物含水率低，不能生物降解，從而導(dǎo)致廚余垃圾含固率較高，為25%～30%。

2 廚余垃圾厭氧消化工藝初篩

2.1 濕法和干法厭氧消化工藝比選

目前，厭氧發(fā)酵技術(shù)分為濕法和干法2種類型。《規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)沼氣工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中，推薦升流式厭氧固體床（USR）推薦干物含量為3%～5%，全混合厭氧消化器（CSTR）推薦干物含量為8%～12%，塞流池推薦干物含量為7%～10%。其他技術(shù)如UASB則控制在2%以內(nèi)。CJJ 184—2012餐廚垃圾處理技術(shù)規(guī)范中，提出濕法工藝的物料含固率一般控制在8%～18%，干法工藝物料含固率控制在18%～30%。一般認(rèn)為干法厭氧消化總固含率可控制在20%～40%。干法厭氧消化與濕法厭氧消化的本質(zhì)區(qū)別是以氣相而非液相為連續(xù)相，具體表現(xiàn)在基質(zhì)中游離水的多少。2種消化工藝的優(yōu)缺點(diǎn)比較見(jiàn)表2。我國(guó)廚余垃圾含水率一般約為30%，若采用濕法厭氧消化，需加入大量稀釋水（每噸垃圾約需2.0 t稀釋水），從而增加厭氧消化處理量、消化后殘余物產(chǎn)生量，厭氧消化、后期沼渣和沼液的處理投資極大增加，從而顯著增加運(yùn)行成本；另外，濕法厭氧消化對(duì)廚余垃圾的預(yù)處理要求較高，相關(guān)投資增加。而利用干法厭氧發(fā)酵可在保持其原始狀態(tài)進(jìn)行厭氧消化，厭氧消化前不需補(bǔ)水稀釋，節(jié)約了能耗，而且干法厭氧消化工藝因其能夠處理高固含率廢物的優(yōu)點(diǎn)，相對(duì)滿足了目前廚余垃圾處理的要求。因此，我國(guó)廚余垃圾宜采用干法厭氧消化對(duì)其進(jìn)行處理。

表2 濕法和干法工藝優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

2.2 立式和臥式干法厭氧消化技術(shù)比選

目前，干法厭氧消化應(yīng)用較多的技術(shù)為連續(xù)式單相干法厭氧技術(shù)，主要包括：法國(guó)VALORGA INTERNATIONALS.A.S公司的倉(cāng)筒型干發(fā)酵系統(tǒng)、瑞士Kom-pogas AG公司的KOMPOGAS工藝系統(tǒng)、德國(guó)th?ni公司的隧道窯干法發(fā)酵系統(tǒng)（TTV）、德國(guó)林德公司的BRV工藝系統(tǒng)、比利時(shí)OWS公司的滲瀝液儲(chǔ)存桶型干發(fā)酵系統(tǒng)（Dranco）等大型沼氣干發(fā)酵系統(tǒng)。上述5種干法厭氧消化技術(shù)可分為2類，即臥式和立式干法厭氧消化技術(shù)。臥式干法厭氧消化技術(shù)包括KOMPOGAS技術(shù)、TTV技術(shù)以及BRV技術(shù)；立式干法厭氧消化技術(shù)包括VALORGA技術(shù)和Dranco技術(shù)。

由于Dranco技術(shù)雖然在厭氧罐內(nèi)不需要攪拌，但為了混合和接種充分，需要大比例回流，回流量高達(dá)進(jìn)料量的5～8倍，而其它干法厭氧發(fā)酵技術(shù)由于在厭氧罐中有混合設(shè)備，物料回流目的僅為接種，因此回流量?jī)H為進(jìn)料量的20%～40%。由于廚余垃圾的含水率低、黏度高、雜物含量大等特征，物料輸送困難，極大增加了該技術(shù)在實(shí)際運(yùn)行中大比例物料回流的難度。

另外，VALORGA技術(shù)為了使物料從立式罐的一側(cè)運(yùn)移至另一側(cè)出料，同時(shí)起到攪拌的作用，采用5～8個(gè)大氣壓的加壓沼氣回噴的方法。但我國(guó)廚余垃圾中含有金屬、石塊等重物料，且有較高黏度。物料中的金屬、石塊等重物料因不能吹起而導(dǎo)致沉積，阻礙氣流噴射效果。同時(shí)高黏度物料容易堵塞噴氣氣孔，從而導(dǎo)致運(yùn)行失敗。

而臥式干法厭氧消化技術(shù)皆采用罐內(nèi)機(jī)械攪拌的方式混合、推動(dòng)物料，因此對(duì)物料的黏度、雜物含量等要求較低。可見(jiàn)，臥式干法厭氧消化技術(shù)對(duì)于處理我國(guó)有些地區(qū)廚余垃圾具有一定的針對(duì)性。

3 臥式干法厭氧消化技術(shù)工藝條件及特征

以上3種臥式干法厭氧消化工藝在國(guó)外已投入生產(chǎn)性應(yīng)用，并已進(jìn)行規(guī)模化的沼氣生產(chǎn)。就其各自的處理廢物情況及工藝條件和特征匯總于表3。

表3 幾種臥式干法厭氧消化處理廢物及技術(shù)工藝條件與特征

可見(jiàn)，對(duì)于臥式干法厭氧消化工藝來(lái)說(shuō)，厭氧工藝要求預(yù)處理系統(tǒng)將粒徑控制60～80 mm以下。另外，臥式干法厭氧消化技術(shù)的進(jìn)料物料粒徑，并非越小越好。如果前端預(yù)處理將物料破碎的太小，會(huì)導(dǎo)致在厭氧消化反應(yīng)罐內(nèi)缺少骨架支撐物，不能形成連續(xù)的氣流相，反而不利于干法厭氧發(fā)酵的進(jìn)行。

4 廚余垃圾干法厭氧消化預(yù)處理工藝方案

對(duì)于廚余垃圾臥式干法厭氧消化工藝，預(yù)處理的目的在于：①將不適宜發(fā)酵的物料從物料中分離出來(lái)，以減小發(fā)酵設(shè)施的投資建設(shè)費(fèi)用及避免對(duì)發(fā)酵過(guò)程的干擾；②滿足厭氧消化工藝的物料進(jìn)料要求，控制進(jìn)入發(fā)酵工序中物料的粒度，以保證厭氧消化工序的穩(wěn)定正常運(yùn)行；③調(diào)節(jié)進(jìn)入發(fā)酵過(guò)程中物料的含固率、溫度和碳氮比，為厭氧微生物發(fā)酵過(guò)程創(chuàng)造良好的環(huán)境。

廚余垃圾中的大件紡織物和塑料，會(huì)纏繞攪拌系統(tǒng)；大塊橡塑會(huì)阻礙沼氣釋放；大塊磚瓦石塊會(huì)在厭氧罐內(nèi)形成沉積、難以排出。因此臥式干法厭氧消化預(yù)處理系統(tǒng)需去除廚余垃圾中的大塊紡織物、橡塑、磚瓦石塊。另外，考慮資源的回收利用，以及后續(xù)消化殘余物脫水工藝的穩(wěn)定運(yùn)行，預(yù)處理系統(tǒng)中應(yīng)盡可能回收其中的有價(jià)金屬和玻璃。因此，廚余垃圾臥式干法厭氧消化預(yù)處理工藝方案選擇如下：①?gòu)N余垃圾首先進(jìn)行粗大物料人工分揀，將其中易碎但可回收的玻璃、易纏繞的大件織物、大塊磚瓦石塊等人工揀出，以提高后續(xù)篩分系統(tǒng)的篩分效率；保證厭氧發(fā)酵系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。②由于廚余垃圾中含有大量的織物、橡膠、木竹等高熱值重物料。因此對(duì)于粒徑大于80 mm廢物，采用彈跳篩，篩選其中的可燃物，送焚燒廠回收其中熱量。同時(shí)，彈跳篩也起到了進(jìn)一步將80 mm滾筒篩篩上物中，可生物降解組分分離的作用。廚余垃圾臥式干法厭氧消化預(yù)處理方案可按圖1的工藝流程進(jìn)行。

圖1 臥式干法厭氧消化預(yù)處理工藝流程

5 結(jié)論

1）針對(duì)我國(guó)廚余垃圾含固率約30%，雜物含量高的性質(zhì)特征，結(jié)合濕法和干法厭氧消化工藝特征，提出采用臥式干法厭氧消化對(duì)廚余垃圾進(jìn)行資源化處理的工藝方案。

2）綜合考慮各種干法厭氧消化工藝的的參數(shù)和特點(diǎn)，結(jié)合我國(guó)廚余垃圾特征，提出了廚余垃圾臥式干法厭氧消化的預(yù)處理工藝，即人工分選+ 80 mm篩分+磁選。

［1］Lissens G，Vandevivere P，De Baere L，et al.Solid waste digestors：process performance and practice for municipal solid waste digestion［J］.Water Sci Technol，2001，44（8）：91-102.

［2］武少菁，劉圣勇，王曉東，等.秸稈干發(fā)酵產(chǎn)沼氣技術(shù)的概述和展望［J］.中國(guó)沼氣，2008（4）：20-23.

Horizontal Dry Anaerobic Digestion and Preprocessing Scheme for Kitchen Waste Treatment

Liu Shuling，Zheng Wei，Jin Junping，Li Bo
（North China Municipal Engineering Design&Research Institute Co.Ltd.，Tianjin 300381）

Kitchen waste classification difficulties led to high impurity content，such as rubber and plastic，fabric，brick and tile，and glass.Therefore，horizontal dry anaerobic digestion process as a resource method was proposed.The preprocessing scheme for horizontal dry anaerobic digestion process was put forward by summarizing the major characteristics of horizontal dry anaerobic digestion processand combining with the characteristicsofkitchen waste.

kitchen waste；dry anaerobic digestion；preprocessing；processscheme

X705

A

1005-8206（2017）01-0021-03

劉淑玲（1961—），教授級(jí)高工，主要從事固體廢物處理處置工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)咨詢。

E-mail：1543487524@qq.com。

2017-01-15