城市餐廚垃圾和糞便協(xié)同處理項目的優(yōu)化設(shè)計思考

摘要：目前，城市餐廚垃圾處理主要采用厭氧處理工藝，存在工藝復雜、投資大、運行成本高的特點。而在城市中糞便是需處理的有機固廢，處理方式一般為厭氧消化或固液分離+ 脫水。餐廚垃圾和糞便2 種固廢處理項目在臭氣、污水等方面存在物料與能量協(xié)同的可能性，協(xié)同處理可降低建設(shè)成本和運營成本，提高經(jīng)濟效益與環(huán)境效益。因此，以某項目為例，對城市餐廚垃圾和糞便協(xié)同處理項目優(yōu)化設(shè)計提出結(jié)論和建議。

關(guān)鍵詞：餐廚垃圾；糞便；協(xié)同處理；優(yōu)化設(shè)計

2020 年新修訂的《固體廢物污染環(huán)境防治法》與《傳染病防治法》對餐廚垃圾和糞便處理的要求進行了明確規(guī)定。餐廚垃圾和糞便如不經(jīng)過妥善及有效處理，極易成為疾病傳播的源頭，造成環(huán)境污染并危害人體健康[1]。餐廚垃圾處理一般包括預處理系統(tǒng)、厭氧消化主處理系統(tǒng)、除臭系統(tǒng)、蒸汽鍋爐等輔助處理系統(tǒng)，糞便處理一般選擇堆肥、厭氧消化或固液分離+ 脫水的方式[2][3]。餐廚垃圾和糞便單獨處理都面臨占地大、投資高、人員配備多等問題[4][5]，餐廚垃圾與糞便處理項目的沼渣、沼液、固雜、臭氣等存在協(xié)同處理的可能性，通過協(xié)同處理可以降低建設(shè)成本和運營成本， 提高經(jīng)濟效益與環(huán)境效益。

1 項目概況

餐廚垃圾處理規(guī)模為100 t/d，糞便處理能力400 t/d，總投資約1.2 億元，占地面積約11000 m2，主處理工藝為單獨預處理+ 厭氧處理+ 沼氣處理及利用+ 沼渣處理+ 污水處理+除臭系統(tǒng)+ 輔助系統(tǒng)。其中，餐廚垃圾預處理工藝主要為垃圾接收+ 破碎+ 擠壓脫水+ 去雜除砂+ 升溫提油，糞便預處理技術(shù)路線為密閉卸料+ 固液分離+ 絮凝脫水。

2 規(guī)模確定與復核

2.1 餐廚垃圾處理規(guī)模

根據(jù)《餐廚垃圾處理技術(shù)規(guī)范》（CJJ184-2012）的相關(guān)方法對服務范圍內(nèi)的餐廚垃圾產(chǎn)生量做出推測計算。根據(jù)式（1）計算餐廚垃圾產(chǎn)生量。

Mc ＝ R×m×k（1）

式中：Mc 為餐廚垃圾產(chǎn)生量；R 為項目所在地人口數(shù)量；m 為人均餐廚垃圾產(chǎn)生量基數(shù)；k 為修正系數(shù)。

根據(jù)項目所在地區(qū)的具體情況，人均餐廚垃圾產(chǎn)生量基數(shù)m 宜取0.1 kg/（人·d），修正系數(shù)k 參考國內(nèi)其他城市取1.15。最終根據(jù)項目所在地人口數(shù)量，得出餐廚垃圾產(chǎn)生量為141.45 t/d，考慮到前期收集率只有50%～ 70%，確定處理規(guī)模為100 t/d。為復核規(guī)模確定的準確性，按照人口增長率，綜合考慮人口的數(shù)量變化，計算每年的餐廚垃圾產(chǎn)生量和處理量，10 年內(nèi)處理規(guī)模可以滿足該地發(fā)展需要。

2.2 糞便處理規(guī)模

根據(jù)《建筑給水排水設(shè)計標準》（GB50015-2019）及相關(guān)實際經(jīng)驗，糞便產(chǎn)量基于式（2）預測。

V=a×N×K1×K2×K3×q÷1000（2）

式中：V 為糞便產(chǎn)生量；a 為人均每天產(chǎn)糞便污泥量，取0.4～0.7 kg/d；N 為人口總數(shù)；K1為污泥濃縮系數(shù)，取0.5；K2 為污泥發(fā)酵縮減系數(shù)，取0.2～0.8；K3 為吸糞車吸入糞水率，取1～3；q 為糞水集中處理率，依城市化進程取值。

根據(jù)項目所在地區(qū)的具體情況，得出糞便產(chǎn)生量為551.85 t/d，為復核規(guī)模確定的準確性，按照人口增長率，綜合考慮常住人口與流動人口的數(shù)量變化，每年的產(chǎn)生量和處理量，考慮現(xiàn)有糞便處理項目規(guī)模，確定城市糞便處理規(guī)模為400 t/d。

3 餐廚垃圾和糞便性質(zhì)預測

根據(jù)相關(guān)項目設(shè)計經(jīng)驗及項目所在地周邊地區(qū)垃圾成分數(shù)據(jù)，對項目餐廚垃圾物料化學性質(zhì)進行預測。餐廚垃圾物理性質(zhì)設(shè)計數(shù)據(jù)如表1 所示。根據(jù)糞便處理項目運行的調(diào)查情況[6][7]，綜合確定如表2 所示的項目糞便特性設(shè)計數(shù)據(jù)。

4 餐廚垃圾和糞便協(xié)同處理工藝技術(shù)路線

優(yōu)化設(shè)計的城市餐廚垃圾和糞便協(xié)同處理工藝技術(shù)路線如圖1 所示。餐廚垃圾預處理系統(tǒng)（垃圾接收+ 破碎+ 擠壓脫水+ 去雜除砂+升溫提油）、糞便預處理系統(tǒng)（密閉卸料+ 固液分離+ 絮凝脫水）、厭氧處理系統(tǒng)（中溫濕式厭氧發(fā)酵，發(fā)酵溫度為35±2 ℃）、沼氣處理系統(tǒng)（收集預處理+ 脫硫+ 氣柜儲存+鍋爐燃料/ 熱量利用+ 應急火炬）、沼渣處理系統(tǒng)（格柵+ 螺旋壓榨脫水+ 外運處置）、沼液處理系統(tǒng)（絮凝沉淀+ 膜生化反應器+納濾）、除臭系統(tǒng)（以負壓收集+ 生物過濾+化學洗滌為組合的主處理路線，輔以局部植物液噴淋）。城市餐廚垃圾和糞便協(xié)同處理工藝各系統(tǒng)的物料平衡情況如表3 所示、能量平衡情況如表4 所示。

4.1 污水協(xié)同處理

項目污水處理站污水來源主要包括糞便處理系統(tǒng)日產(chǎn)水、沼渣及污泥脫水系統(tǒng)日產(chǎn)水、生活生產(chǎn)污水、不可預見污水。其中，糞便處理系統(tǒng)日產(chǎn)水量為糞便處理出水366 t，沼渣及污泥脫水系統(tǒng)日產(chǎn)水量為脫水液94.6 t，生活生產(chǎn)污水40 t，不可預見污水量（處理高峰期）75.09 t/d（按總污水量的15% 計算），因此污水總量575.69 t/d。本系統(tǒng)設(shè)計處理規(guī)模為600 t/d，項目混合廢水進水水質(zhì)如表5 所示，污水經(jīng)處理車間處理后的水質(zhì)達到項目所在地市政污水管網(wǎng)排放標準如表6 所示，因此污水處理需要關(guān)注有機污染物濃度高、SS高、油脂含量高等難點，并需針對廢水水質(zhì)特點，采用多種工藝組合處理工藝，同時在前端增加絮凝沉淀預處理工藝。

4.2 臭氣協(xié)同處理

餐廚垃圾處理廠日常生產(chǎn)作業(yè)過程中都存在著一定程度的惡臭污染，這些臭氣主要是在餐廚垃圾存放、收集、轉(zhuǎn)運過程中由于厭氧微生物繁殖形成的，因而餐廚垃圾處理的臭氣主要來自分選和脫水，主要成分是H2S 和NH3，以及少量的有機氣體如甲硫醇、甲胺、甲基硫等。同時，糞便處理過程中，在進糞和固液分離期間也散發(fā)著H2S、NH3 等惡臭氣體。因此，餐廚垃圾和糞便協(xié)同處理過程中會有一定量的臭氣逸出，為防止臭氣危害人體健康、污染空氣，需采用除臭技術(shù)有效遏止了臭氣對空氣的污染。

臭氣處理系統(tǒng)包括收集系統(tǒng)與臭氣處理設(shè)備2 部分，其除臭方風量與除臭方式如表7 所示。其中，收集系統(tǒng)主要是對糞便處理的進糞口、固液分離設(shè)備、殘渣傳送帶等產(chǎn)生臭氣的源點進行臭氣收集；臭氣處理設(shè)備主要是對餐廚垃圾卸料間、糞便卸料間、污泥脫水間、糞便調(diào)節(jié)池、污泥勻質(zhì)池、廢水處理區(qū)域收集的臭氣進行凈化處理。

由于項目選址屬于《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》（GB 3095-2012）所規(guī)定的二類環(huán)境空氣質(zhì)量區(qū)，因此經(jīng)過臭氣處理系統(tǒng)處理后排放的氣體應符合國家標準或當?shù)貥藴手幸?guī)定的惡臭污染物廠界標準中的新擴改建二級標準與15 m高空排放標準值。

根據(jù)總平面布局，項目共設(shè)置2 套除臭系統(tǒng)，每套處理能力為50000 m3/h，主要工藝流程如圖2 所示。

5 結(jié)束語

餐廚垃圾和糞便協(xié)同處理處置，不僅能夠有效提高處理效率，還可降低投資與運行成本，是解決城市有機固廢的一種新方式和模式。因此，為有效發(fā)揮廚余垃圾協(xié)同處理的優(yōu)勢，應在規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)、運營、管理等環(huán)節(jié)統(tǒng)籌考慮。但餐廚垃圾和糞便協(xié)同處理也存在一些問題，因為餐廚垃圾中含有油脂，經(jīng)過預處理之后的污水如果直接進入污水處理系統(tǒng)，油脂和SS 可能會對整個污水處理系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響，所以建議統(tǒng)籌考慮餐廚垃圾和糞便項目的規(guī)劃、可研、設(shè)計等各環(huán)節(jié)，充分發(fā)揮餐廚垃圾和糞便協(xié)同處理的優(yōu)勢，并在餐廚垃圾處理項目污水進入綜合污水處理系統(tǒng)前對其進行SS 和油脂預處理，減少對綜合污水處理系統(tǒng)的影響。

參考文獻

[1] 黃芳，楚德軍，李芳，等.北京市餐廚垃圾處置現(xiàn)狀及資源化利用前景分析[J].中國資源綜合利用，2020，38（12）：83-86.

[2] 李嵐，趙家良，朱喜，等.餐廚垃圾與生活垃圾焚燒協(xié)同處置的工程應用[J]. 現(xiàn)代化工，2022，42（2）：19-24.

[3] 張俊文.廚余垃圾就地處理現(xiàn)狀與建議——以某廚余垃圾就地處置為例[J].再生資源與循環(huán)經(jīng)濟，2022，15（12）：20-23.

[4] 田水泉，楊風嶺，張立科.我國城市糞便農(nóng)業(yè)資源化利用問題與對策[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2011，39（11）：6711-6713.

[5] 蹇瑞歡，吳劍，宋薇.生活垃圾焚燒與餐廚垃圾處理協(xié)同處置的分析研究[J].環(huán)境衛(wèi)生工程，2018，26（2）：26-28.

[6] 程峻峰，鄭啟萍.城市糞便無害化處理工藝淺議[J].工程與建設(shè)，2014，28（4）：553-555.

[7] 朱格仙，賀旭娟，賈文龍.城市糞便處理技術(shù)分析——以榆林市糞便處理為例[J].綠色科技，2016（16）：93-94.

作者簡介

劉茹飛（1987—），男，漢族，山西晉中人，高級工程師，碩士，研究方向為固體有機廢棄物資源化。

加工編輯：馮為為

收稿日期：2024-07-05