ACS預處理+CSTR厭氧工藝在常州餐廚垃圾處理工程的應用

鄒錦林

摘 要：介紹了ACS預處理+CSTR厭氧消化工藝在常州餐廚垃圾處理工程中的應用，重點針對其運行參數進行分析。數據表明，ACS預處理后的餐廚垃圾含固率約10.4%，COD約96165.8 mg/L，氨氮約356.5mg/L，總氮約1580mg/L，pH值約3.9，滿足進入CSTR厭氧消化系統條件；經厭氧消化后，COD降解率約97%，氨氮達到1757.6mg/L，堿度10680.9 mg/L，VFA/堿度在0.1-0.2之間，單罐平均產氣量約6585Nm3/d，表明厭氧消化系統處于穩定運行狀態，但今后應注意氨氮累積可能帶來的厭氧系統穩定風險。

關鍵詞：餐廚垃圾；預處理；厭氧消化

中圖分類號：X799.3；S216.4 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）09-0001-03

餐廚垃圾處理是近年環保行業新興的熱點領域，國內餐廚垃圾處理工藝大致分為三個發展階段，2008年以前，我國餐廚垃圾處理基本以飼料化小規模作坊式生產為主。2010年，隨著《國務院辦公廳關于加強地溝油整治和餐廚廢棄物管理的意見》的頒布，國內餐廚垃圾資源化及無害化處理逐漸成為熱點，同年，重慶黑石子餐廚廠（處理規模500t/d）建成投產，引進瑞典相關技術，采用厭氧消化產沼發電工藝，開啟了國內餐廚垃圾大規模厭氧產沼利用之路。2011年，國家發改委先后批復了五批共100個餐廚垃圾試點城市，整個行業進入快速發展階段，至今在建和已建餐廚垃圾處理廠超過120座，總計處理能力超過2萬噸/日，噸投資約60萬/噸，超過70%以上處理廠采用厭氧消化產沼工藝，沼氣利用方式主要為發電自用余電上網或沼氣提純制CNG工藝。

1 工程概況

2012年，常州市順利通過了國家發改委等五部委的選拔，成為全國餐廚廢棄物資源化利用和無害化處理試點第二批候選城市。項目設計餐廚垃圾處理能力為200噸/日，主體工藝采用ACS（Automatic continuous separation）預處理工藝+ CSTR（Continuous stirred tank reactor）厭氧消化工藝，產生的沼氣進行發電自用，沼渣堆肥處理，沼液經脫水后與填埋場滲濾液一同處置，項目于2016年初建成并試運行。由于沼氣發電、沼渣堆肥屬于成熟工藝，本文不對其進行詳細描述，重點探討餐廚垃圾預處理及厭氧消化設計及運行參數分析。

2 餐廚垃圾成分及理化性質

根據現場運行監測數據，常州市餐廚垃圾的成分分析如表1所示。

由表1可知，常州市餐廚廢棄物具有以下特性：

（1）含水率高，含水率高達約85%；

（2）易腐性，富含有機物，有機干物質占總固體物質高達85%（干基）；

（3）油脂含量高，可達到1.3%。

現場餐廚垃圾照片如圖1所示。

3 工藝流程及參數設計

3.1 ACS預處理工藝流程

預處理的主要作用是將接收輸送系統送來的餐廚廢棄物破碎制成漿料，同時將餐廚廢棄物中的輕物質和部分不易破碎的重質物分離出來，此外還需對餐廚垃圾中的油脂進行分離，以減少由于長鏈脂肪酸對厭氧生物反應的抑制[1]。

ACS預處理工藝流程如圖2所示，包括接料、分選、固液分離、油水分離等步驟，具有自動化連續運行、無需人工干預、處理效率高、故障率低等優點。現場預處理工藝設備照片如圖3所示。

（1）接料步驟。收集車將餐飲垃圾倒入料斗中，其底部設置螺旋輸送機，同時料斗底部開孔用于瀝水，通過輸送泵將瀝水輸送至分選一體機。

（2）分選步驟。自動分選一體機集破碎、輕物質及大塊雜物分離于一體，具有一體化程度高、功能完善、結構緊湊、雜質分離效果好的優點。有機物損失<1%，塑料去除率98%以上，解決了傳統篩分方式和人工分選等存在的自動化程度低、工作環境惡劣、分選效率低、有機物損失量大等問題。自動分選一體機現場照片如圖4所示。

（3）制漿除砂步驟。自動分選后的物料進入帶有螺旋輸送裝置的蒸汽淋洗系統，對漿料進行增溫，升溫后的物料進行擠壓脫水固液分離，擠壓脫水固相進入水力制漿機制成漿液，經除砂后泵入厭氧前端均質池。

（4）油水分離步驟。擠壓脫水液相進入油水分離系統，該系統主要由三相離心機及碟式離心機組成，經兩級離心分離的油脂含雜率<1%，可作為化工原料銷售，經提油后的有機液體泵如均質池。

通過上述工藝流程，餐廚垃圾中的雜質得到分離，大部分油脂被去除，有機質被制成8mm以下的漿料。

3.2 CSTR厭氧消化設計參數

厭氧系統采用中溫CSTR厭氧消化罐，餐廚垃圾經過30天左右的厭氧消化，產生沼氣經脫硫后發電利用。厭氧罐主要設計參數如表2所示。

4 運行參數分析

項目調試后，目前已正常運行將近1年，餐廚垃圾經ACS預處理+CSTR厭氧消化工藝后的運行參數詳見表3。

4.1 預處理漿液水質分析

由表3分析可知，預處理后漿液含固率約10.4%，COD約96165.8 mg/L，氨氮約356.5mg/L，總氮約1580mg/L，pH值約3.9。從進出料總氮與氨氮變化來看，進料中總氮主要以有機氮的形態為主，較低的pH值表明餐廚垃圾往往在收運及預處理階段已經發生部分水解酸化。

4.2 厭氧消化罐內參數分析

由于本工程采用CSTR厭氧消化罐，其罐內物料處于全混狀態，日常監測取樣從頂部、中部及底部取樣后計算平均值作為日監測數據，厭氧消化罐內物料參數詳見表4。

由上表運行數據可看出，2座厭氧罐內物料pH基本穩定在7.6，大于7.2，而中性偏堿性的厭氧消化有利于產甲烷菌的生長，厭氧消化產沼效率高[2]；經厭氧消化后有機質被大量降解轉變為沼氣，COD降解率約97%；厭氧罐內物料氨氮含量較高，平均約為1757.6 mg/L，而氨氮既是微生物重要的營養物質，并提供厭氧消化體系部分堿度，但其過量后會對厭氧消化體系產生較強的抑制作用，甚至導致厭氧消化系統失穩[3]，因此，氨氮指標在今后的運行中應嚴格監控；厭氧消化VFA/堿度是監測系統穩定性的重要指標[4]，正常的厭氧消化系統堿度不應低于2000mg/L，本系統堿度超過10000 mg/L，VFA/堿度在0.1-0.2之間，表明系統耐酸堿沖擊的能力較強；厭氧系統單罐平均產氣量約6585Nm3/d，容積產氣量約1.6Nm3/d，產氣水平屬于合理范圍，從而驗證了整個系統處于穩定運行狀態。

5 結語

（1）從常州餐廚垃圾處理廠實際運行來看，基于ACS預處理+CSTR厭氧主體工藝，具有極高的自動化水平，適合常州餐廚物料特性，項目投產至今運行穩定。

（2）從預處理后漿液理化性質來看，餐廚垃圾往往在收運及預處理階段已經發生部分水解酸化，因此設備的設計選型應特別注意防腐問題。

（3）厭氧消化系統是餐廚垃圾處理廠的核心，從COD降解率、氨氮、VFA/堿度來看，厭氧消化系統處于穩定運行狀態，但今后應注意氨氮累積可能帶來的厭氧系統穩定風險。

參考文獻

[1]王巧玲，等.含油量對餐廚垃圾厭氧發酵的影響.環境工程學報，2012年12期.

[2]韓艷霞，等.餐廚垃圾高溫厭氧消化產沼氣的試驗研究.環境污染與防治，2015年6月.

[3]梅冰，等.CSTR反應器厭氧消化餐廚垃圾啟動過程的監控.中國給水排水，2013年6月.

[4]熊杰，等.餐廚垃圾兩相厭氧消化特性試驗研究.環境科學與技術，2012年3月.