生物質(zhì)廢物處理技術(shù)-餐廚垃圾

1、靳 志 軍四川深藍(lán)環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?014年5月基于“水熱改性+厭氧消化”工藝組合的生 物 質(zhì) 廢 物 處 理 技 術(shù)生物質(zhì)廢物的界定一般而言，所有直接或間接由綠色植物光合作用而形成的有機(jī)物，包括植物、動物和微生物，以及這些生物的排泄物、代謝物等，屬于生物質(zhì)的范疇。歐盟附屬產(chǎn)業(yè)委員會進(jìn)一步將生物質(zhì)界定為“以可被微生物降解的物質(zhì)作為原料而形成的物質(zhì)”。其成分主要是三類： 水分 有機(jī)質(zhì) 無機(jī)質(zhì)（泥沙等）生物質(zhì)廢物就是那些由于含有太多雜質(zhì)而失去了資源屬性或利用價值的生物質(zhì)的混合物，如污水廠剩余污泥、餐廚垃圾等。生物質(zhì)廢物的污染特性： 腐敗、發(fā)臭 富含病源微生物 富含氮磷等營養(yǎng)成分 常有一些重金屬

2、 有的還含有較高的鹽分生物質(zhì)廢物的處理與處置要解決的環(huán)保問題: 衛(wèi)生安全問題 腐敗、臭味問題 處理過程中產(chǎn)生的廢氣、廢水 處理后殘留物的處置（去向）生物質(zhì)廢物的處理與處置技術(shù)路線的確定生物質(zhì)廢物水體大氣土壤考量因素與邊界條件相關(guān)法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定化、減量化、無害化、資源化，哪個優(yōu)先？ 最終出路為何？（土地利用，填埋，燒掉，）從環(huán)保的角度，無害化目標(biāo)應(yīng)該排在第一位；從投資的角度，資源化或應(yīng)排在第一位。資源化和無害化兩個目標(biāo)達(dá)成和諧平衡最好處理目標(biāo)和最終出路（殘渣和資源化產(chǎn)品），以及可用場地，共同決定了技術(shù)路線的選擇范圍。處理目標(biāo)生物質(zhì)廢物的處理與處置技術(shù)路線的確定有機(jī)質(zhì)廢物厭氧消化尚有剩余污泥需要處

3、理加熱干化填埋/摻燒生物干化（堆肥）填埋/綠化土/覆蓋土焚燒殘渣填埋濕式氧化殘渣填埋資源化途徑無害化途徑可用技術(shù)大自然是最好的經(jīng)濟(jì)學(xué)家，盡量接近自然過程才是正途！生物處理方法是能量效率最高、最經(jīng)濟(jì)的處理方式。純生物處理方式往往耗時過長、占地過大。 純化學(xué)處理方法往往不夠經(jīng)濟(jì)，且二次污染物過多。在選擇生物質(zhì)廢物的處理技術(shù)路線的時候，應(yīng)該盡可能把生物處理方式包括在內(nèi)。脫除水分預(yù)處理提取有機(jī)質(zhì)消滅有機(jī)質(zhì)物理處理機(jī)械脫水晾曬加熱干化微波超聲波熱水解分離油脂化學(xué)處理石灰干化臭氧氧化炭化/干餾焚燒濕式氧化生物處理堆肥堆肥厭氧消化好氧消化政策背景隨著“地溝油“問題的突顯，餐廚垃圾的處理備受重視。餐廚垃圾處理

4、已經(jīng)成為了危害我國食品安全、威脅公眾健康的重要問題。2010年，國務(wù)院發(fā)布了關(guān)于加強(qiáng)地溝油整治和餐廚廢棄物管理的意見要求，禁止將餐廚廢棄物交給未經(jīng)相關(guān)部門許可或備案的收運(yùn)、處置單位或個人處理，不得用未經(jīng)無害化處理的餐廚廢棄物喂養(yǎng)畜禽。2010年國家發(fā)改委等四部委共同簽發(fā)了關(guān)于組織開展城市餐廚廢棄物資源化利用和無害化處理試點(diǎn)工作的通知，并于2011年初步確定了首輪國家重點(diǎn)支持的城市名單； 推進(jìn)我國餐廚垃圾資源化利用和無害化處理的產(chǎn)業(yè)鏈形成，以提高我國餐廚垃圾資源化和無害化水平。 2011年4月，國務(wù)院批轉(zhuǎn)十六部委共同發(fā)出的關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市生活垃圾處理工作意見的通知也更加明確地提出了國家對餐廚垃

5、圾處理處置的具體要求，即在2015年前，全國范圍內(nèi)將有超過200個城市均要建設(shè)餐廚垃圾的處理設(shè)施，且將利用循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展專項(xiàng)資金進(jìn)行直接支持。 2012年5月，國務(wù)院“十二五”全國城鎮(zhèn)生活垃圾無害化處理設(shè)施建設(shè)規(guī)劃中明確到2015年，全面推進(jìn)生活垃圾分類試點(diǎn)，在50%的設(shè)區(qū)城市初步實(shí)現(xiàn)餐廚垃圾分類收運(yùn)處理，各?。▍^(qū)、市）建成一個以上生活垃圾分類示范城市。技術(shù)背景餐廚垃圾的性質(zhì)餐廚垃圾也稱泔腳廢棄物，是飯店、賓館、企事業(yè)單位食堂、家庭等加工、消費(fèi)食物過程中形成的殘羹剩飯、過期食品、下腳料、廢料等廢棄物。主要成分：米和面粉類食物殘余、蔬菜、動植物油、肉骨等，主要由淀粉、纖維素、蛋白質(zhì)、脂類和無機(jī)鹽等

6、組成。 產(chǎn)生量大：目前我國城市餐廚廢棄物年產(chǎn)生量不低于6,000萬噸，全國日產(chǎn)餐廚垃圾超 過1,000噸的城市已超過17個 。含水率：含水率一般都能達(dá)到80%-90%，流動性大，機(jī)械脫水性能差 ，熱值較低。有機(jī)物含量高：粗脂肪、粗蛋白等有機(jī)物含量高（約占干物質(zhì)質(zhì)量的95%以上），富含 N、P、K、Ca及各種微量元素，因此產(chǎn)甲烷能力強(qiáng)，開發(fā)利用潛力大。易腐爛：容易腐爛變質(zhì)，容易滋生病菌，引起各種疾病。油、鹽的含量較高：油具有很高的再利用價值，通過回收加工可制成生物柴油等產(chǎn)品。 現(xiàn)有主要的處理工藝大致分為兩類技術(shù)背景餐廚垃圾的固體含量通常為10%20%，含水率高（80%-90%），機(jī)械脫水性能差，

7、熱值為2100 3100kJ/kg，若將其和生活垃圾一起焚燒，達(dá)不到垃圾焚燒發(fā)電的發(fā)熱要求的熱值5000kJ/kg，需添加輔助燃料，使垃圾焚燒運(yùn)營成本顯著提高，而且導(dǎo)致焚燒系統(tǒng)溫度不穩(wěn)定，易產(chǎn)生二噁英、呋喃等致癌污染物；而將其與其他生活垃圾一并進(jìn)入生活垃圾填埋場處置，會造成填埋壓實(shí)困難，大副提高填埋作業(yè)的操作難度，又易使填埋體垃圾含水率升高，使得滲濾液水量明顯提高，并增加滲濾液濃度，增加了處理成本和難度。1、以回收資源為目的，制取有機(jī)肥或飼料。但是運(yùn)營成本高，產(chǎn)品的市場銷路存在疑問。2、以無害化為目的，兼顧資源回收，主要處理方式為好氧消化、厭氧消化、“水熱+厭氧”三種。技術(shù)背景 餐廚垃圾處理的

8、技術(shù)難點(diǎn)我國尚未實(shí)現(xiàn)垃圾分類，餐廚垃圾成分過于復(fù)雜，且分揀十分困難。我國的餐廚垃圾很“油”，水分多，粘度大，粗細(xì)垃圾難以分開。我國的餐廚垃圾很“咸”，腐蝕性強(qiáng)。餐廚垃圾處理的技術(shù)難點(diǎn)在于預(yù)處理，預(yù)處理的難度主要在于餐廚垃圾的“粘”和“濕”?；凇八疅岣男?厭氧消化”的餐廚垃圾處理技術(shù) 技術(shù)設(shè)計的原則與思路無害化和資源化相結(jié)合，兩個目標(biāo)互相協(xié)調(diào)；降低整個處理系統(tǒng)對預(yù)處理的要求，最大限度簡化預(yù)處理過程；克服餐廚垃圾的“粘”性，降低預(yù)處理難度；整個處理過程衛(wèi)生條件良好；走能源化的資源化途徑，產(chǎn)品出路不受限制，無環(huán)境隱患；最終的固體殘渣少而干，能夠滿足各種處置方式對含水率的要求；便于封閉和運(yùn)行管理，自

9、動化程度高。解決之道：基于“水熱改性+厭氧消化”的餐廚垃圾處理技術(shù)基于“水熱改性+厭氧消化”的餐廚垃圾處理技術(shù)預(yù)處理工藝預(yù)處理的作用是把影響后續(xù)工藝運(yùn)行的粗大垃圾剔除出去；水熱改性工藝對垃圾分類要求比較寬松；設(shè)計理念是先作簡單分選和粉碎，水熱改性處理之后再經(jīng)曬網(wǎng)隔除大部分固體雜質(zhì)；設(shè)計目標(biāo)是，工藝設(shè)備耐用、免維護(hù)。基于“水熱改性+厭氧消化”的餐廚垃圾處理技術(shù)水熱改性工藝的威力餐廚垃圾的大部分生物質(zhì)轉(zhuǎn)移到液相液相物料的粘度降低約一個數(shù)量級水熱后的殘余固體主要是難以水解的有機(jī)質(zhì)和非生物質(zhì)水熱后的殘余固體與液體的分離變得十分容易水熱后油脂的提取率很高水熱后生物質(zhì)的大部分發(fā)生不同程度的水解，使得后續(xù)的

10、厭氧生物處理工藝效率更高；水熱過程殺滅所有微生物，使得整個處理過程衛(wèi)生安全，不再有臭味產(chǎn)生。水熱技術(shù)的原理污泥被加熱至120以上時，微生物細(xì)胞開始破碎，膠體物質(zhì)開始解體；經(jīng)水熱改性后的生物質(zhì)污泥，固液分離效果和生物降解性能得到顯著改善。水熱處理毛細(xì)吸附表面吸附物理包裹束縛水自由水破壞細(xì)胞和膠體結(jié)構(gòu)水熱技術(shù)的原理機(jī)械脫水水熱處理非自由水非自由水自由水濃縮污泥機(jī)械脫水污泥水熱處理污泥020406080100污泥重量自由水非自由水固體固體固體自由水自由水非自由水水熱技術(shù)發(fā)展的沿革初次應(yīng)用工藝名稱技術(shù)特點(diǎn)1960年代，美國Zimpro工藝250濕式氧化工藝。1970年代，英國LPO工藝200以下低壓氧

11、化，改善脫水性能1980年代中，美國Synox工藝加堿熱水解，100以下1990年代中，美國Protox工藝加酸熱水解，100以下1990年代末，美國RTC工藝高壓蒸汽快速升溫，2002201997年，挪威Cambi工藝熱水解厭氧消化2006年，法國Biothelys熱水解厭氧消化 水熱技術(shù)是污泥處理技術(shù)的發(fā)展方向，遵循了生物質(zhì)固體廢物處理的四化原則，即減量化、無害化、穩(wěn)定化、資源化；分別被國家發(fā)改委、住建部城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置技術(shù)指南（試行）和國家環(huán)保部城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置污染防治最佳可行技術(shù)指南（試行）HJ-BAT-002列為污泥處理新技術(shù)。水熱技術(shù)的特點(diǎn)與效果技術(shù)特點(diǎn)1通過對

12、餐廚垃圾或污泥改性顯著改善脫水性能細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞（電子顯微鏡下）水熱處理前固體水水熱處理后膠體結(jié)構(gòu)破壞（光學(xué)顯微鏡下）水熱處理前水熱處理后水熱技術(shù)的特點(diǎn)與效果技術(shù)特點(diǎn)1通過對餐廚垃圾或污泥實(shí)施熱處理提高脫水性能固液分離性能的顯著提高(污泥為例)水熱改性技術(shù)特點(diǎn)與效果技術(shù)特點(diǎn)2水熱反應(yīng)過程沒有相變，能耗低；通過閃蒸、蒸汽壓縮和熱交換回收大部分熱能。蒸發(fā)干燥水熱干化水熱技術(shù)的特點(diǎn)與效果技術(shù)特點(diǎn)3解決了餐廚垃圾或污泥消化過程的水解限速瓶頸水熱改性只需幾十分鐘污泥固體有機(jī)物低分子有機(jī)物CO2、CH4等乙酸生物水解過程需要二十天以上水熱技術(shù)的特點(diǎn)與效果水熱效果1顯著改善餐廚垃圾或污泥脫水性能水熱處理前水熱

13、處理后物料的粘度顯著降低，厭氧消化的投料含固率可提高至10%15%，相比傳統(tǒng)厭氧消化的5%投料含固率，厭氧消化反應(yīng)器的容積可縮小一半至三分之二。水熱技術(shù)的特點(diǎn)與效果剛剛卸下的泥餅 露天放置一天后的泥餅水熱效果1顯著改善餐廚垃圾或污泥脫水性能，壓濾脫水可獲得含水率40%50%的泥餅。中試中采用廂式隔膜壓濾機(jī)直接壓濾曾獲得含水率低至31%的泥餅，且不投加任何藥劑。水熱技術(shù)的特點(diǎn)與效果物料名稱累計產(chǎn)甲烷量(mLCH4/gVS)最大產(chǎn)甲烷速率(mL/gVS/d)三合一258120.3150C/30min369135.94160C/30min382.2137.7170C/30min402.6139.31

14、70C/60min440.7153175C/30min464.9135.7175C/60min476.7171.6水熱改性后甲烷產(chǎn)量提高40%-80%；產(chǎn)甲烷速率提高15%-40%。水熱效果2顯著改善有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化率和厭氧生物反應(yīng)速率，提高沼氣得率，厭氧反應(yīng)器容積減少一半以上。水熱技術(shù)的特點(diǎn)與效果水熱效果3沼氣中的硫化氫含量降低了近一個數(shù)量級。指標(biāo)傳統(tǒng)厭氧消化水熱+中溫厭氧最終減容率60%90%殘渣含水率經(jīng)機(jī)械脫水80%經(jīng)機(jī)械脫水50%有機(jī)物轉(zhuǎn)化率60%厭氧消化水力停留時間2030d全量消化1518d壓濾液消化46d沼氣硫化氫含量500010000ppm1000ppm無害化程度一般無害化高度無害化

15、為何采用中溫厭氧消化工藝經(jīng)水熱改性之后大部分有機(jī)物已發(fā)生水解，中溫厭氧的反應(yīng)速率已經(jīng)得到顯著提高，不需要依靠高溫厭氧菌的高效水解功能。生物相遠(yuǎn)比高溫厭氧工藝豐富。因而運(yùn)行穩(wěn)定性更好，操作管理容易。反應(yīng)器容積減少一半以上，增加生物質(zhì)能源的產(chǎn)量。（生物相照片：左二為高溫厭氧，右二為中溫厭氧）水熱改性+厭氧消化”工藝組合具有如下優(yōu)點(diǎn)：純物理處理過程+純生物處理過程，不需要化學(xué)藥劑，不產(chǎn)生廢氣、二噁英等二次污染；殘渣含水率低且衛(wèi)生安全，可制成生物質(zhì)燃料用于生產(chǎn)系統(tǒng)所需蒸汽，或作為肥料外供；無水分蒸發(fā)，能耗低，所產(chǎn)沼氣約四分之一自用，其余可制成符合車用標(biāo)準(zhǔn)的CNG自用或銷售，也可經(jīng)脫硫后直接外供（就近）

16、；建設(shè)投資合理，比干化焚燒節(jié)省30%以上，但高于堆肥工藝；占地面積小，與干化焚燒相當(dāng)。水熱改性+厭氧消化”還具有以下技術(shù)特點(diǎn)：顯著提高厭氧消化工藝的處理效率，反應(yīng)器容積減少一半以上；（可生化性得到改善和物料的粘度得到顯著降低的雙重影響）顯著提高厭氧消化的有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為沼氣的比例，沼氣產(chǎn)量增加三成以上；經(jīng)過水熱改性之后再厭氧消化，沼氣中的硫化氫含量比不經(jīng)過水熱改性降低了一個數(shù)量級（機(jī)理尚待探究）。整個處理過程沒有臭味散發(fā)全流程自動控制“水熱改性+厭氧消化”實(shí)例項(xiàng)目概況項(xiàng)目名稱：淄博市10萬噸/年污泥無害化處置工程建設(shè)地點(diǎn)：淄博市高城污水處理廠處理能力：一期100t/d（濕泥）業(yè)主單位：山東唯億污泥

17、資源開發(fā)利用有限公司投入運(yùn)行時間：2012年8月技術(shù)方案工藝流程：水熱改性+厭氧消化鍋爐燃料：煤+脫水泥餅沼氣出路：制成CNG外供“水熱改性+厭氧消化”實(shí)例“水熱改性+厭氧消化”實(shí)例“水熱改性+厭氧消化”實(shí)例項(xiàng)目概況項(xiàng)目名稱：麗江市餐廚垃圾處理工程建設(shè)地點(diǎn)：麗江市金山垃圾填埋場處理能力：50噸/日（餐廚垃圾）業(yè)主單位：麗江市古城區(qū)環(huán)衛(wèi)局投入運(yùn)行時間：預(yù)計2014年3月技術(shù)方案工藝流程：分揀/破碎+水熱改性+厭氧消化鍋爐燃料：殘渣+秸稈生物質(zhì)燃料沼氣出路：剩余制成CNG供環(huán)衛(wèi)車輛使用及部分外供“水熱改性+厭氧消化”實(shí)例成套化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化開發(fā) 處理規(guī)模50t/d 處理規(guī)模為100t/d 處理規(guī)模為200t/d 完成了水熱系統(tǒng)的成套化集成餐廚垃圾、糞渣及污泥三合一無害化處理系統(tǒng)采用同樣的