廚余垃圾熱水解-制漿耦合高效厭氧關鍵技術裝備研發與應用

北京潔綠環境科技股份有限公司

作者：蘇 迎，居玉坤，郵箱：suying@jeegreen.com

【基本情況】

2016 年以來，隨著生活垃圾分類制度的逐步施行，居民分選出的以廚余垃圾為主的有機濕垃圾，需要單獨的處理設施進行有效處理。北京潔綠環境科技股份有限公司開展餐廚/廚余垃圾處理系統項目的建設，針對現有廚余垃圾工藝流程過長、臭氣外溢擾民、殘渣率高（≥50%）、殘渣含水率高（≥70%）、厭氧調試期較長（一般超過3 個月）且調試后的厭氧系統易發生酸化、殘渣資源化利用率低等6 大難點進行技術創新與裝備開發。在廚余垃圾有機質資源化機理研究的基礎上，創新研發出廚余垃圾熱水解-制漿耦合高效厭氧關鍵技術與設備。該技術相比傳統工藝流程大幅縮短，可達到殘渣率≤20%、殘渣含水率≤60%的處理效果；廚余垃圾有機物溶出高達80%，產沼率90 m3/t，已在多個項目中成功實現產業化應用。

廚余垃圾熱水解-制漿耦合高效厭氧關鍵技術被北京市發改委、市科委和中關村管委納入《創新型綠色技術目錄》，其裝備研發與應用榮獲2022 年度中國城市環境衛生協會科技應用獎一等獎、中環機協環保裝備科學技術創新二等獎。

【技術/案例原理及技術路線】

以“熱水解+水力旋流制漿”為預處理工藝，厭氧消化為后端主要處理工藝；熱水解系統使廚余垃圾熟化、細胞物質水解破壁；水力旋流系統集除雜、制取濃漿于一體；高濃度漿液高效厭氧消化產甲烷，實現能源循環利用；沼渣生產有機肥料外售，回收廚余垃圾殘渣和厭氧沼渣的剩余價值。其工藝流程（以100 t/d 的廚余垃圾為例）如圖1 所示。

圖1 工藝流程示意Figure 1 Schematic of process flow

（1）物料接收系統。來料稱質量后，運至卸料大廳卸料。物料接收斗密封設計，便于臭氣收集。物料接收斗底部設有無軸雙螺旋輸送裝置，可將廚余垃圾輸送至熱水解系統。

（2）熱水解系統。物料進入熱水解設備后，系統自動密封，通入蒸汽，進行升溫和升壓。熱水解罐內達到100～150 ℃、0.2～0.4 MPa 條件后，保溫保壓40～60 min，反應結束后以自重方式排料。熱水解后的物料排至熟料接料倉，采用螺旋輸送機送至水力旋流制漿系統。

（3）水力旋流系統。立式水力旋流系統經過3～5 min 的強烈水力作用，將物料制備成有機質漿液，并分離出不可生物降解物質。其中，有機質漿液泵送至漿液暫存池，經厭氧進料泵輸送進入厭氧發酵器；雜質經螺旋輸送到擠壓脫水機脫水外運。

（4）厭氧消化系統。本技術配套高效厭氧系統采用中溫厭氧發酵罐。經過預處理后漿液含固量高，約為8%～15%，屬于高濃度有機濃漿廢水范疇，采用中溫濕式厭氧反應系統，進料溫度控制在35 ℃左右。

【技術/案例特點】

（1）集成創新，實現全流程裝備化，成功將熱水解、水力旋流制漿與高效厭氧消化相耦合。與現有廚余垃圾處理技術相比，預處理比傳統工藝流程縮短50%。

（2）實現在廚余垃圾處理中采用熱水解技術裝備。實現熱水解裝備集成化、全密閉、全自動控制，可安全自鎖。采用直徑800～1 200 mm 進出口刀閘閥和耐磨、耐高溫F 型密封圈。

（3）水力旋流制漿設備實現了制漿除雜集成一體化。通過制漿轉子自身的機械作用和轉子旋轉時的水力剪切作用，實現有機質溶出率高、成漿均勻、漿液和雜質分離徹底、占地面積小、全自動化運行。

（4）高效厭氧消化系統將微生態發酵工程原理和微生態調控機理成功應用于厭氧消化系統的調試。厭氧消化裝備內形成穩定的微生態系統，耐沖擊負荷能力增強，生命周期內無酸化，運行穩定，調試期周期縮短至30 d 以內，比常規縮短50%。

（5）除臭系統采用Fluent、Matlab 軟件模擬運行，通過對系統密閉空間氣體流態模擬與數據分析，形成臭氣產生-輸送-處理一體化微負壓空間，解決處理系統臭氣散溢難題。

【長效運行模式與機制】

（1）設置專業實施與管理機構，明確人員職責，落實運營質量控制，在安全有序的條件下，確保項目系統的穩定運行。

（2） 制定運行崗位人員管理制度，指導約束人員的操作行為，爭取做到現場事故零發生。

（3）通過運行操作程序、運行報告制度以及日常維護檢修程序等，指導工作人員，維護項目穩定、安全運行。

（4）通過對各系統主要設備運行性能的監測，調整運行工況，使整個系統達到設計要求，保證系統有效處理量和資源化利用率。

（5）制定完善的應急管理以及安全管理預案等，確保運行管理工作順利、高效完成。

【經濟、環境及社會效益】

（1）經濟效益。以150 t/d 的廚余項目為例，每年可處理4.95×104t 廚余垃圾，產生3.96×106m3沼氣，并網后年均可發電7.246 8×106kWh，可滿足1 萬戶居民1 a 的清潔用電需求。垃圾減量化可達70%以上，固渣含水率低于60%，固渣低位熱值可達到6 322 kJ/kg，可直接進行焚燒，無需添加助燃劑。濕質量1 t的廚余垃圾含0.095 t 初始碳，150 t/d 的廚余項目相當于每天回收14.25 t 初始碳，年初始碳回收量可達4 702.5 t。項目運營期內年均經營收入達1 435.47 萬元，包括垃圾處理費收入、發電收入等。成套設備合同總額約5 億元，每年還會產生約3 億元的運營收入，隨著進一步推廣應用，預期經濟效益巨大。

（2）社會效益。研發出的關鍵技術與設備，已成功應用于李坑1 000 t/d 廚余垃圾處理項目、金水區150 t/d 廚余垃圾分揀項目、滁州300 t/d 廚余垃圾處理項目、南宮400 t/d 餐廚垃圾處理項目等多個有機固體廢物處理項目中，這些項目應用案例可為廚余垃圾處理設施建設提供經驗、為垃圾分類工作保駕護航。

（3）環境效益。本技術實現了廚余垃圾資源化高值利用，工藝產品沼氣替代化石燃料、沼渣制有機肥料具有顯著的碳減排效益。