RDF技術資源化處理園林廢棄物的應用研究

收稿日期：2023-11-23

基金項目：國家重點研發計劃“固廢資源化”專項（2019YFC1904004）。

作者簡介：熊亭（1988—），男，湖北天門人，高級工程師。研究方向：固廢資源化利用。

摘要：在垃圾分類、碳減排、碳達峰碳中和及無廢城市建設的政策導向下，開展園林廢棄物資源化利用，建設投資低、運行成本低、資源化產品附加值高的現代化園林廢棄物資源化處理系統是當代固廢資源化研發工作的重點，也是當今城市發展中急需解決的問題。佛山市南海區園林廢棄物資源化利用中心采用垃圾衍生燃料（RDF）技術對園林廢棄物進行資源化處理，其主要由粗破碎、粉碎、熱源混氣、烘干、造粒、冷卻打包及降溫除塵等處理工序組成，主要資源化產品為垃圾衍生燃料和生物質粉碎料。該中心占地面積為4 667 m2，總投資為1 037.81萬元，設計處理規模為120 t/d，年累計處理園林廢棄物3.96萬t，共生產垃圾衍生燃料1.49萬t、生物質粉碎料0.56萬t，年經營收入為1 096.92萬元。該項目較好地實現園林廢棄物的資源化和能源化利用，其成功實施不僅帶來顯著的示范效應，還為其他城市園林廢棄物的資源化利用提供有益借鑒。

關鍵詞：園林廢棄物；RDF技術；資源化處理

中圖分類號：X705 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）01-00-08

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.015

Study on the application of RDF technology in resource treatment of garden waste

——Taking Nanhai District， Foshan City as an Example

XIONG Ting1， KE Le1， HONG Ya2， MAI Minjie3， CHEN Wenjun1， LI Lijuan1， LAI Haoran1

（1. Grandblue Environment Co.， Ltd.; 2. Grandblue Bioenvironmental Protection Technology Co.， Ltd.;

3. Foshan Nanhai District Hanjie Urban Environmental Management Co.， Ltd.， Foshan 528200， China）

Abstract： Under the policy guidance of garbage classification， carbon reduction， carbon peak and carbon neutrality， and the construction of zero-waste city， carrying out the resource utilization of garden waste， constructing a modern garden waste resource treatment system with low investment， low operating costs， and high added value of resource products， is the focus of contemporary solid waste resource research and development work， and is also an urgent problem to be solved in urban development today. The Nanhai District Garden Waste Resource Utilization Center in Foshan City uses refuse derived fuel （RDF） technology to treat garden waste， it mainly consists of rough crushing， crushing， heat source mixing， drying， granulation， cooling and packaging， and cooling and dust removal processes， and the main resource products are refuse derived fuel and biomass crushing materials. The center covers an area of 4 667 m2， with a total investment of

10.378 1 million yuan， the designed treatment scale is 120 t/d， and the annual cumulative treatment of garden waste is 39 600 t， it produces 14 900 t of refuse derived fuel and 5 600 t of biomass crushing materials， with an annual operating income of 10.969 2 million yuan. This project effectively realizes the resource and energy utilization of garden waste， and its successful implementation not only brings significant demonstration effects， but also provides useful reference for the resource utilization of garden waste in other cities.

Keywords： garden waste; RDF technology; resource treatment

園林廢棄物不僅包括生態林業、園林綠化等不同類型植物的修剪物，還包括植物養護過程的副產品，如枯枝、落葉、草屑、花敗和植物殘體等。這些廢棄物主要來自3種類型的植物，即喬木、灌木和草本植物，廣泛應用于林地、城市綠地、郊區綠地等的綠化[1-2]。各地氣候條件不同，園林綠化植物的種類各不相同，因此各地園林廢棄物的物料特性差異較大。園林廢棄物一般具有產生點分散、范圍廣、密度小、間隙大、體積大、占地多、木質纖維素高、自然降解慢等特點，其產生量受植物種類和季節影響較大。園林廢棄物的獨特物料屬性使得其收集、運輸和臨時儲存成本較高，這進一步增加園林廢棄物資源化利用的挑戰性。隨著國家積極推進生態環境和美麗中國建設，園林綠化工程進展迅速，城市綠化面積逐年擴大，因此園林廢棄物的產生量也顯著上升[3-4]。在垃圾分類、碳減排、碳達峰碳中和（簡稱雙碳）及無廢城市建設的政策導向下，原來混入環衛系統進行協同處理的部分園林廢棄物需要進行單獨收運和資源化處理，已有不少城市開始禁止園林廢棄物直接進入生活垃圾填埋場和焚燒發電廠[5]。

園林廢棄物的資源化利用已成為各地全面推進垃圾分類、建設無廢城市、實踐雙碳的重要考核指標，這也是國家加快構建廢棄物循環利用體系的重要決策部署[6]。針對園林廢棄物特殊的物料特性，探索和開發建設投資低、運行成本低、資源化產品附加值高的現代化園林廢棄物資源化處理系統是當代固廢資源化研發工作者研究的重點。本文選取佛山市南海區作為研究區，南海區擬在獅山鎮仙溪填埋場地塊內規劃建設園林廢棄物資源化利用中心，項目選址鄰接桃園西路、虹嶺路，毗鄰華僑墓園，與南海固廢環保產業園直線距離約500 m，地理位置較好，交通便利。仙溪資源化處理中心同時擬規劃建設一般工業固廢制氫項目，總處理規模為400 t/d，共設置兩條生產線，單條生產線運行過程中會產生30 000 kg/h熱空氣

（600 ℃），熱空氣熱量約為5 600 kW/h，可為本項目的生產運營提供充足、穩定的熱源供應。整個園林廢棄物資源化利用中心占地4 667 m2，總投資為

1 037.81萬元，主要處理項目所在區下轄的1個街道（桂城街道）和6個鎮（獅山鎮、里水鎮、大瀝鎮、丹灶鎮、西樵鎮、九江鎮）產生的園林廢棄物。

1 項目概況

本項目位于廣東省佛山市南海區，地處廣東省中南部、珠江三角洲腹地、佛山市東北部。南海區東連廣州市白云區、荔灣區、番禺區，西鄰三水區、高明區，南接順德區，與江門市蓬江區、鶴山市隔西江相望，北瀕廣州市花都區，中南部與禪城區接壤，轄區總面積為1 071.55 km2。南海區森林覆蓋率達10.03%，城市綠化覆蓋率達45.02%，2021年全區綠地面積達

2 686萬m2，園林廢棄物產生量巨大。

1.1 處理現狀

目前，南海區一部分園林廢棄物（主要是落葉及草本類）現場收集后直接進入生活垃圾中轉站，最終運至南海固廢環保產業園的生活垃圾焚燒發電廠焚燒處置；一部分園林廢棄物（主要是喬木類的樹枝、樹干）運往各鎮街園林廢棄物臨時處置場，基本處于小作坊階段，處置場大多是露天堆放，規模不一，處置方式也多為簡單、粗獷的粗破碎，沒有通過資源化利用加工為產品。如圖1所示，園林廢棄物在臨時處置場露天堆放破碎處置，戶外破碎作業時粉塵量大、噪聲大，尤其是在雨季或園林廢棄物濕度較大時，物料容易發酵產生甲烷、惡臭氣體和廢水，現場作業環境較為惡劣，項目運營安全和環保風險極大。這與武漢市園林廢棄物的資源化利用現狀[7]基本類似，是當今城市發展中亟待解決的問題。

1.2 處理規模

根據市政部門統計數據，南海區2021年園林廢棄物總收轉運量為10 887.37 t，收轉運量為30 t/d；2022年園林廢棄物總收轉運量為21 658.58 t，收轉運量約為60 t/d，同比2021年增長100%，可能因南海區園林綠化覆蓋率和園林廢棄物的收集范圍逐年變大，園林廢棄物的收集率也顯著提升。根據南海區園林廢棄物收運企業提供的園林廢棄物收運量統計資料，預測南海區2023年園林廢棄物總收轉運量為

43 019.31 t，日均產生量約為117.86 t/d，因此，本項目設計處理規模為120 t/d。2021—2023年，南海區園林廢棄物收運量如表1所示。

2 工藝設計

2.1 工藝研究現狀

目前，園林廢棄物資源化處理技術主要包括好氧發酵堆肥[8-10]、制作園林有機覆蓋物[11-15]、制作垃圾衍生燃料（RDF）[16-17]、生物炭[18-20]、生物裂解[21-22]、

熱解[23]等。其中，北京、上海、廣州和深圳等大中型城市積極開展園林廢棄物的循環利用，尤其是園林廢棄物好氧發酵堆肥后進行土地利用[24]。上海市已經在靜安區松江新橋苗圃和上海植物園兩個地點分別建立園林廢棄物資源化處理基地[25-26]。但是，由于土地租賃到期、環保治理要求無法滿足等原因，松江新橋苗圃園林廢棄物堆肥基地已被關閉；上海植物園園林廢棄物堆肥中心是上海市規模最大的園林廢棄物資源化利用基地，由于園林廢棄物處置業務面臨產品銷路有限、處置成本高昂等問題，該中心長期處于虧損狀態[27]。采用園林廢棄物制取的有機覆蓋物，不僅可以顯著提升土壤透氣、保溫及保濕效果[28-31]，還能增加土壤有機質，提高土壤碳氮比和有效磷的含量[32-34]，提升土壤肥力，改善土壤理化性質[35-36]。園林廢棄物熱解處理技術研究已有許多進展，但主要集中在原料的熱解機理、熱解工藝以及生物炭的制備等試驗研究[37-39]，工程化應用案例較少，熱解炭化的資源化產品應用場景和市場行情不清晰。目前，園林廢棄物大多用于生產堆肥、有機覆蓋物等低價值產品，產品銷路受限、生產成本過高嚴重制約堆肥、有機覆蓋物技術在園林廢棄物資源化利用上的大規模推廣與應用。而將園林廢棄物轉化為高價值產品的資源化技術目前仍處于研發階段，推廣應用受限[40]。

園林廢棄物含有大量的營養成分和有機物質，具有一定的熱值和能量，是一種具有較高利用價值的生物質資源[41-42]。RDF類能源因清潔低碳、高效安全而被各國重視，采用高纖維木質素的園林廢棄物制備RDF，RDF原料來源豐富，它屬于可再生資源，與煤、石油、天然氣等化石燃料相比，既能減少環境污染，也能減輕溫室效應[43-44]。李玉宏等[45]提出將高校園林熱值較高的修剪殘枝粉碎，然后壓制成RDF作為清潔燃料，北京市郊區已建成消納量6.3萬t的RDF加工廠[46]。采用RDF生產線的資源化途徑，將園林廢棄物制成RDF，不僅可從根本上解決園林廢棄物等城市固廢的無序管理和二次污染問題，還可緩解我國能源短缺困境[47]，是建設無廢城市、實踐雙碳的重要途徑。此外，RDF的應用推廣也是全球范圍內最為認可的固體廢棄物循環利用途徑[48]。

2.2 工藝設計

本項目采用RDF技術對園林廢棄物進行資源化處理。該工藝包括粗破碎、粉碎、熱源混合、烘干、造粒、冷卻打包以及降溫除塵等處理工序，如圖2所示。從園林廢棄物進廠原料端，每年可資源化處理43 800 t園林廢棄物，處理量約為120 t/d。其中，樹條類園林廢棄物為90 t/d，草本類園林廢棄物為30 t/d。從出廠產品端，本項目每年可生產生物質料20 460 t，其中，RDF為14 850 t/a，生物質粉碎料為5 610 t/a。

2.2.1 破碎系統

本項目破碎系統的核心設備為綜合破碎機，園林廢棄物經刀棍（鑲嵌6把動刀）切削成小木片，通過篩網篩選后的小木片經出料皮帶送至粉碎系統。綜合破碎機進料口尺寸為1 250 mm×4 000 mm，可滿足圓木直徑小于500 mm物料的進料需求，處理能力

為15 t/h。

2.2.2 粉碎系統

制備RDF的原料粒徑不大于10 mm，而經綜合破碎機處理后的園林廢棄物破碎料一般以木片或木屑為主，需要進一步利用粉碎機進行粉碎處理。綜合破碎機處理后的園林廢棄物破碎料經變頻控制的粉碎進料皮帶機送入粉碎主機，園林廢棄物破碎料在主機內經裝有120把刀片的轉子組粉碎，粉碎的物料經篩網篩選，通過引風機的風力抽至旋風除塵器內進行分離，粉碎好的物料經星形卸料器卸至輸出皮帶機送出，引風機中含有粉塵的氣流送至布袋除塵器進行分離除塵。粉碎機進料口尺寸為800 mm×1 300 mm，處理能力為5 t/h，粉碎效果滿足粉碎料粒徑不大于10 mm的要求。

2.2.3 烘干系統

RDF制備原料的水分要求為10%～16%，研究表明，含水率為12%～15%的RDF熱值高達

16 720 kJ/kg[49]，含水率與熱值成負相關[50]。而園林廢棄物粉碎料的含水率一般為40%～60%，因此，如何低成本地降低園林廢棄物的含水率，提升園林廢棄物制RDF產品的熱值，是園林廢棄物制取高附加值RDF產品的關鍵。

本項目采用三筒回轉式烘干機，烘干溫度設計為300 ℃，滾筒烘干工藝主要用于烘干粉末狀、顆粒狀、小塊狀的濕物料，廣泛應用于能源行業。滾筒烘干機具有烘干能力大、運轉平穩、能耗低、操作方便、產量高等優點，主要由進料口、機體、拖輪裝置、擋輪裝置、出料口及傳動裝置等幾大部分組成。機體主要由滾筒、光圈等組成；傳動裝置主要由電動機、減速機、帶輪、鏈輪、主動拖輥及傳動底架等組成；擋輪裝置主要由拖輪、擋輪及擋輪底架等組成。主要結構如圖3所示。

園林廢棄物粉碎料由入料端喂入，通過導向板，在筒體回轉作用下，物料向右運動，直到內筒右端，之后因自重作用落入中筒。中筒、外筒內部設有許多螺旋狀揚料板，物料通過筒體的回轉，被揚料板不斷撥起并做縱向運動。在中筒揚料板的作用下，物料折回向左運動，直到中筒左端，物料在自重作用下落入外筒。同理，物料在外筒螺旋揚料板的作用下向右運動，直到外筒右端，在封堵外導料錐的作用下落入出料端管路內。一般工業固廢制氫項目提供的熱空氣（600 ℃、17 102 Nm3/h）與常溫空氣（25 ℃、

15 776 Nm3/h）經混氣箱內均勻混合成熱空氣（300 ℃、32 878 Nm3/h），通過引風裝置把混氣箱內的熱風引進烘干機內部，熱空氣不斷與滾筒烘干機內部的園林廢棄物粉碎料均勻接觸并且進行充分熱交換，進而達到較好的干燥效果。三筒回轉式烘干機滾筒直徑為

2.4 m，滾筒長為10 m，烘干能力為5 t/h，設計出料含水率為10%，烘干熱效率大于70%。

2.2.4 制粒系統

本項目采用立式環模顆粒機，經烘干且符合制粒要求（含水率10%～13%）的園林廢棄物粉碎料經變頻皮帶機輸送至顆粒制粒主機，物料從進料口垂直降落在架板表面，隨著架板的旋轉，物料逐漸均勻分布在模具內腔表面（壓輥與模具接觸的部位）。在壓輥的壓迫下，粉狀物料穿過模具的孔洞，這些孔洞位于模具內表面，物料在模具內均勻分布。在這個過程中，物料經歷高壓和高溫的作用，導致其發生物理變化或適度的化學變化。這些變化促使粉狀物料逐漸形成一個不斷延長的圓柱形固體塊，這個圓柱形固體塊持續增長，直到被環繞在模具四周的切割刀切斷，從而形成一定規格的顆粒。與此同時，落在模具四周的顆粒被撥料齒集中到出料口，然后在重力的作用下自動脫落，至此顆粒的壓制過程完成。模具材質為20CrMoTi，壓輪材質為55#鋼，生產能力為4 t/h，RDF的生產過程及產品質量均滿足《生物質固體成型燃料技術條件》（NY/T 1878—2010）、《生物質成型燃料質量分級》（NB/T 34024—2015）的相關要求。

2.2.5 冷卻打包系統

經顆粒機擠壓成型后，成品顆粒溫度在60～70 ℃，

皮帶機輸送成品顆粒至冷卻機。冷卻機采用逆流式冷卻原理，在短時間內將顆粒的溫度降低，達到室溫，實現直接打包，打包機產能為5 t/h。

2.2.6 降溫除塵系統

本項目烘干后濕熱廢氣采用“旋風+水膜除塵系統”進行處理，破碎單元采用脈沖布袋除塵，粉碎和制粒打包單元采用旋風除塵器處理，布袋除塵+旋風除塵效率大于95%。

3 運行技術經濟指標

3.1 勞動定員

結合本項目的園林廢棄物資源化處理規模，破碎、粉碎、造粒和冷卻打包工序實行單班作業制，烘干工序實行三班作業制，項目年運行330 d，管理人員、技術人員及一線工人等共有23人。

3.2 經營分析

南海區園林廢棄物資源化利用中心經營分析涉及7類指標。一是投資水平，如表2所示。其中，總投資估算如表3所示，工程費用如表4所示。二是建設期。建設期為12個月。三是資金籌措，如表5所示。四是經營成本。年經營成本為850.83萬元，單位經營成本為572.95元/t。五是總成本。年總成本（含稅）為970.69萬元，單位總成本為653.62元/t。六是經營收入。經營收入（不含稅）為964.59萬元/年，經營收入（含稅）為1 096.92萬元/年，具體構成如

表6所示。七是主要財務指標，如表7所示。

本項目總成本費用主要包括外購原料費用（打包袋）、燃料動力費用（柴油費、電費及水費）、人員工資福利費用、折舊、設備維修費用、土地租金、管理費用、財務費用和其他，年均總成本為

970.69萬元（含稅）。本項目經營收入主要為園林廢棄物處置服務收入、RDF銷售收入和生物質粉碎料銷售收入，年經營收入為1 096.92萬元（含稅）。項目投資（所得稅后）內部收益率達8.07%，靜態投資回收期為10.23年，盈虧平衡點作業率為30.24%，項目的經濟性較好，具有一定的抗經濟風險能力。

4 結語

南海區園林廢棄物資源化利用中心設計處理能力為120 t/d，服務范圍覆蓋該區下轄的1個街道和

6個鎮，年累計處理園林廢棄物3.96萬t，共生產資源化產品RDF 1.49萬t、生物質粉碎料0.56萬t，年經營收入為1 096.92萬元，有效規范南海區園林廢棄物的處理現狀，實現園林廢棄物的高值化利用，可從根本上解決園林廢棄物的無序管理和二次污染問題。

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