李嵐，張成波，朱喜

（北京京城環(huán)保股份有限公司，北京 100027）

近兩年，國家對垃圾分類和餐廚垃圾處理予以高度重視，有關(guān)部委接連發(fā)文發(fā)展餐廚垃圾處理行業(yè)[1]，我國各地也相繼出臺了一些縣級市生活垃圾和餐廚垃圾管理及處理的條例[2]?？h級餐廚垃圾治理方案逐步完善，進一步推動了垃圾分類收運和處置技術(shù)的發(fā)展[3]?？h級餐廚垃圾資源化處理中，部分縣市實現(xiàn)了對餐廚垃圾的集中回收[4]。垃圾分類的全面推行將加速餐廚垃圾處理項目的產(chǎn)能擴張，餐廚垃圾處理行業(yè)正在崛起，餐廚垃圾處理終端處置市場已打開。

目前國內(nèi)很多新建餐廚垃圾處理廠會選擇生活垃圾焚燒廠協(xié)同處理[5-8]，共用滲濾液處理、廢氣處理等公輔系統(tǒng)來實現(xiàn)降本增效。國內(nèi)也有新建生活垃圾焚燒廠選擇在前期時就規(guī)劃餐廚垃圾處理系統(tǒng)，實現(xiàn)同時設(shè)計、同時施工、同時運行的垃圾綜合協(xié)同處置。

協(xié)同處置可以省去單獨設(shè)廠必需的除臭設(shè)施、污水處理設(shè)施、蒸汽鍋爐等，共用廠內(nèi)通道、水電管網(wǎng)及倉儲車間，節(jié)約項目用地，降低建設(shè)投資；與焚燒共用運維團隊減少人員編制，節(jié)省運營成本；固渣與生活垃圾摻混燃燒減量徹底，且利用熱值發(fā)電，避免廢渣的場外倒運，節(jié)省運輸成本，避免路途污染環(huán)境，提高經(jīng)濟效益。

在設(shè)計某縣級市建設(shè)的垃圾綜合處理發(fā)電項目時，積極探索餐廚垃圾與生活垃圾焚燒的高效協(xié)同處置模式，將餐廚處理納入到整體工藝方案中，餐廚垃圾處理車間設(shè)置在焚燒主廠房內(nèi)，該項目已建成并運營。文中重介紹該協(xié)同處置模式下的餐廚垃圾處理系統(tǒng)的設(shè)計思路及應(yīng)用效果。

1 餐廚垃圾協(xié)同處置的工程設(shè)計

1.1 餐廚垃圾處理規(guī)模

根據(jù)《廚余垃圾處理技術(shù)標準（修訂征求意見稿）》中餐廚垃圾產(chǎn)生量可按人均日產(chǎn)生量進行估算：

MC=Rmk

式中：MC—城市或區(qū)域餐廚垃圾日產(chǎn)生量，kg/d；

R—城市或區(qū)域常住人口；

m—人均餐廚垃圾日產(chǎn)生量基礎(chǔ)，取0.1 kg/（人·d）；

k—餐廚垃圾產(chǎn)生量修正系數(shù)，普通城市取1.00。

最終確定該項目投資建設(shè)處理原始物料為：生活垃圾1 000 t/d，餐廚50 t/d。

1.2 餐廚垃圾處理車間位置

餐廚垃圾預(yù)處理系統(tǒng)設(shè)置在焚燒主廠房內(nèi)一角處占兩層，位置見圖1 框內(nèi)。卸料口位于二層焚燒卸料間內(nèi)，單獨設(shè)房間并設(shè)置負壓除臭口及快速升降門，避免卸料時臭氣外逸。該方案可以利用焚燒上料坡道進入卸料間，并共用卸料間植物液噴淋除臭系統(tǒng)。

圖1 生活垃圾焚燒主廠房及餐廚垃圾車間位置

處理間及出渣間位于主廠房一層，處理間占地僅135 m2，出渣間65 m2，層高與焚燒主廠房一致約7 m。處理間內(nèi)設(shè)置1 條日處理能力50 t 的餐廚垃圾預(yù)處理系統(tǒng)，主要功能為接料+固液分離+油脂提取。

1.3 協(xié)同處置中餐廚垃圾處理工藝路線

目前餐廚垃圾協(xié)同處理技術(shù)主要包括好氧堆肥、厭氧發(fā)酵、焚燒、熱解等。好氧堆肥設(shè)備占地面積大，堆肥產(chǎn)銷渠道受限，臭氣問題明顯。厭氧發(fā)酵處理存在有機質(zhì)轉(zhuǎn)化效率的問題，產(chǎn)沼獨立發(fā)電審批嚴格且經(jīng)濟效益一般。相比之下，充分脫水后的餐廚垃圾能達到與生活垃圾相近的熱值，可以與生活垃圾混合后焚燒，近年來餐廚垃圾與焚燒協(xié)同處置的項目逐漸投入建設(shè)。

早期焚燒協(xié)同項目采用生活垃圾焚燒+餐廚厭氧產(chǎn)沼的模式，實際沒有達到充分的互聯(lián)共通，餐廚垃圾車間單獨建設(shè)建筑物，建設(shè)厭氧發(fā)酵及沼氣提純區(qū)域，存在工藝鏈長、設(shè)備多、轉(zhuǎn)化率低的問題，整體的費用高。根據(jù)餐廚垃圾規(guī)模確定了協(xié)同技術(shù)路線，即餐廚垃圾經(jīng)預(yù)處理后降低含水率并提取油脂，固渣直接摻混生活垃圾焚燒。

預(yù)處理系統(tǒng)是餐廚垃圾處理系統(tǒng)的重要組成部分，現(xiàn)有的工程經(jīng)驗表明，餐廚垃圾處理系統(tǒng)的運行成功多取決于預(yù)處理系統(tǒng)的成功運行。然而我國餐廚垃圾成分復(fù)雜，預(yù)處理難度較大，必須通過破碎或分選等預(yù)處理環(huán)節(jié)將處理后的物料粒徑控制在一定粒徑以下，高效去除雜質(zhì)。

充分考慮餐廚處理行業(yè)的兩個難題，一是如何固液分離得到更多的漿液進行提油，二是如何解決液相管路及輸送設(shè)備卡堵。為此工藝采用了兩級固液分離的路線。第一級：除去自由水。料倉、輸送螺旋底部合理設(shè)置篩板，濾水孔為4 mm×40 mm 喇叭口，柵條構(gòu)造的篩板擁有良好的過流特性，有效實現(xiàn)固形物和瀝水分離，且防止大物料進入瀝水系統(tǒng)阻塞管路。左側(cè)是篩板及篩上物和瀝水的狀態(tài)。第二級：除去間隙水。擠壓機在擠壓作用下進一步制漿和分離雜質(zhì)。篩板篩孔尺寸1.2 mm，控制進入液相的物料粒徑，固液分離效率高，所得液相漿液物料粒徑小，避免了業(yè)內(nèi)液相輸送管路及設(shè)備卡堵的問題。

傳統(tǒng)液相處理環(huán)節(jié)需要大容積加熱罐，為了實現(xiàn)將餐廚車間融入到焚燒主廠房中，在保證生產(chǎn)運行穩(wěn)定的情況下，從工藝環(huán)節(jié)上減少儲存設(shè)備。最終采用智能即時加熱器，通過溫度PID 反饋調(diào)節(jié)蒸汽閥門，實現(xiàn)物料即時加熱，快速達到液相油水分離溫度，較以往工藝省去了液相加熱罐及相關(guān)管路和泵送設(shè)備，大大節(jié)省車間面積，也降低了設(shè)備制造和安裝成本。

餐廚垃圾處理技術(shù)工藝流程見圖2，組態(tài)畫面見圖3。

圖2 餐廚垃圾處理技術(shù)工藝流程圖

圖3 餐廚處理系統(tǒng)組態(tài)畫面

餐廚預(yù)處理工藝流程描述如下。

1.3.1 卸料及一級固液分離

餐廚垃圾由建設(shè)方采用專用餐廚收運車輛自行收運，廠區(qū)進口稱重后行駛至二層餐廚垃圾卸料間將餐廚垃圾倒入料倉。料倉底部設(shè)置螺旋及篩板，將餐廚垃圾分為固形物和瀝水，實現(xiàn)一級固液分離；瀝水進入螺旋集水槽收集經(jīng)管路自流至瀝水池；設(shè)置液壓推桿料倉門及除臭吸風口，控制惡臭逸出；設(shè)置超聲液位計，卸料完成后關(guān)閉料倉門，可在操作系統(tǒng)實時顯示物料高度。

1.3.2 除去大件雜質(zhì)

倉內(nèi)固形物經(jīng)螺旋輸送至分揀機，通過槳葉對垃圾進行破袋。常用的分揀設(shè)備存在設(shè)備龐大、料孔易堵塞、分揀效率低下、處理能力小、能耗較高等缺陷。本工藝選用的分揀機除雜率高、有機質(zhì)損失小、能耗低、處理效率較高、效果較好、設(shè)備成本低、占地面積小，以最大限度地實現(xiàn)餐廚垃圾的有效預(yù)處理。分揀機見圖4，腔內(nèi)設(shè)置圓弧形篩板，篩板安裝設(shè)置傾角及擺桿推動，實現(xiàn)物料在處理腔體內(nèi)的行進。撥料擺桿一體鑄造成型，端部為四面體。擺桿往復(fù)擺動實現(xiàn)對物料的破袋、撥拉松散、剪切破碎等功能，分離塑料袋，減小有機物粒徑，達到除雜及降低有機質(zhì)損失的效果。篩孔出料端加工有倒角，防止物料堵塞；撥桿端部端面及頂角處與篩板間有間隙，可有效剪切篩孔處暫時堵塞的物料，自動清堵。設(shè)置自動檢測物料量，根據(jù)物料量改變能耗，實現(xiàn)小流量低轉(zhuǎn)速低能耗運行。已破塑料袋、鐵塊及大于篩孔尺寸的骨頭等為篩上物，被螺旋排列的槳葉送至大件分揀機大料出口；小于篩板孔徑的物料為篩下物，從篩下物出口進入機械擠壓脫水機接料斗。

圖4 分揀機示意圖

1.3.3 二級固液分離

大件分揀機篩下物進入機械擠壓脫水機。擠壓脫水機主要由轉(zhuǎn)子、濾鼓、接水槽、殼體、背壓壓盤等組成。轉(zhuǎn)子為不等距螺旋。濾鼓為直筒對開式鋼骨架結(jié)構(gòu)，并由螺栓固定于機身上，以支承擠壓過程中的壓力。物料由濾鼓上方一端的進料口進入濾鼓，在螺旋主軸的擠壓作用下，往出料口處推送物料的同時壓縮物料，轉(zhuǎn)子導(dǎo)輥的導(dǎo)程間疊加逐級壓縮，物料在運動中受到的壓力逐漸增加，轉(zhuǎn)子輥軸和葉片焊接組合而成。葉片沿著輥軸從進料至出料端方向逐漸擠壓，使物料沿著螺旋槽向前移動，物料連續(xù)受到徑向和軸向的壓力，使液體通過脫水系統(tǒng)不斷得到固液分離。脫水后的固渣經(jīng)篩網(wǎng)筒末端出口與背壓盤阻力裝置體之間排出機外，通過調(diào)節(jié)氣缸壓力來控制固渣干濕程度。脫出水穿過濾鼓篩孔進入接水槽流至瀝水池，篩上物固渣經(jīng)出渣口由螺旋輸出。

1.3.4 瀝水加熱提油

料倉、輸送螺旋、擠壓脫水機的瀝水收集后進入瀝水收集池暫時儲存，經(jīng)泵送到即時加熱器加熱至所需溫度，從而加速油水分離，提高后續(xù)油水分離設(shè)備的處理能力和油水分離效率，進而提高提油效率。即時加熱器由殼體、噴嘴、支腿等零部件組成,當蒸汽通過噴嘴時,在其喉管處形成一定的低壓,從而將物料抽吸入,與蒸汽混合,從加熱器出口端流出。加熱后的物料進入三相分離機，利用高速離心力作用將物料分離成固體重相、液體重相和液體輕相。液體重相為水相，收集后泵送至焚燒的滲濾液處理系統(tǒng)。液體輕相為油脂，收集后泵送至噸桶分裝外銷。

1.3.5 出渣

分揀機篩上物大料、擠壓脫水機出渣、三相分離機出渣，匯集到螺旋輸送至除渣間，收集后送至焚燒系統(tǒng)垃圾儲坑進行減量焚燒。

1.4 設(shè)備布置

為了滿足項目的用地及工藝要求，設(shè)計的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，一層處理間的布置及主要設(shè)備的位置關(guān)系見圖5。物料卸到料倉，經(jīng)螺旋輸送到分揀機，篩下物落到下方的擠壓機進行擠壓，水相經(jīng)三相離心機提油。所有的渣都匯集到一根出渣螺旋上。

圖5 餐廚垃圾處理模型

1.5 協(xié)同處置系統(tǒng)接口

在項目設(shè)計階段，總體工藝設(shè)計就從互聯(lián)共通角度出發(fā)，考慮水、電、蒸汽等輸入，以及廢渣、廢水、臭氣輸出。餐廚生產(chǎn)用水取自焚燒系統(tǒng)生產(chǎn)給水，車間消防與焚燒系統(tǒng)共用廠區(qū)消防給水。生活垃圾實現(xiàn)發(fā)電后部分電能供廠區(qū)使用，節(jié)省了電網(wǎng)購電成本。預(yù)處理瀝水加熱提油所需工藝用熱來自焚燒系統(tǒng)的蒸汽。廢渣收集后經(jīng)廠內(nèi)車輛運至焚燒系統(tǒng)與生活垃圾摻拌焚燒。廢水經(jīng)氣浮進一步除油除雜后送至滲濾液調(diào)節(jié)池。卸料間、處理間設(shè)備、渣間通過除臭管路及引風機送至垃圾儲坑，作為焚燒的一次風助燃，實現(xiàn)了臭氣的處置。

2 工程運行及驗證

2021 底完成了餐廚處理系統(tǒng)全部工程設(shè)備安裝及系統(tǒng)性能驗證，系統(tǒng)設(shè)備在實際應(yīng)用中達到設(shè)計處理性能目標。通過觀察設(shè)備內(nèi)部實際物料料層厚度、物料運動軌跡、不同參數(shù)下漿液流態(tài)等，進行因素分析確定最佳運行參數(shù)組合，并編入自動啟動和停止程序，實現(xiàn)最優(yōu)生產(chǎn)狀況下的自動控制。經(jīng)過驗證，料倉、螺旋篩板設(shè)置合理，快速實現(xiàn)固液分離；擠壓機出漿通暢，漿液流態(tài)好，實現(xiàn)二次固液分離。加熱系統(tǒng)基于溫度反饋調(diào)節(jié)迅速，加熱后物料直接進入三相離心機，油液固分離效果穩(wěn)定，驗證了即時加熱路線的可行性及可靠性。

摸清各個環(huán)節(jié)的處理效果并進行了總結(jié)，與初設(shè)的設(shè)計值進行了對比分析見表1。實際物料與設(shè)計物料性質(zhì)不同，個別環(huán)節(jié)處理效果略有差異，總出渣較設(shè)計少。

表1 實際與初設(shè)的設(shè)計值對比 %

一級固液分離后料倉處瀝水進入瀝水池，其形狀見圖6a，設(shè)計時考慮料倉及螺旋的瀝水，運行記錄里主要通過瀝水池液位累計計算，倉底螺旋未攪動。開啟螺旋后5 min 物料就到達下一步固液分離，液相繼續(xù)增加。后續(xù)對瀝水池的容積設(shè)計仍應(yīng)按照設(shè)計高峰瀝水量考慮。由于當?shù)匚锪现薪饘俨途摺⑼赓u包裝等雜質(zhì)較多，分揀出渣量比設(shè)計值稍大。對運行參數(shù)進行驗證，分揀機和智能加熱器在實際應(yīng)用中滿足設(shè)計處理性能指標，處理能力尚有余量。

圖6 實際運行物料漿液性狀

擠壓機液相含固率較高，其性狀見圖6b,不適宜直接進入離心機提油，將其與一級固液分離液相進行混合攪拌均勻，其性狀見圖6c,含固率約8%，滿足三相進料要求。

即時加熱器通過溫度反饋即時調(diào)節(jié)蒸汽調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)動作迅速，開度50%需15 s。蒸汽來自焚燒系統(tǒng)，試驗期間參數(shù)范圍壓力0.3～0.57 MPa，溫度135～157 ℃。將物料加熱至75 ℃±5 ℃，蒸汽耗量為0.09 t/t 物料。

通過運行驗證三大主機配合的優(yōu)化組合。比如固相路線螺旋給料速度、分揀機電機頻率、液相路線輸送泵頻率、三相離心機的差速值、向心泵開度等。也為今后設(shè)計中設(shè)備配置提供參考：分揀機處理量尚有裕量，10～12 t/h 仍可達良好的分揀效果；擠壓脫水機處理量按常規(guī)范圍選擇型號；三相分離機可根據(jù)物料特性適當放大。傳統(tǒng)瀝水提油含固率3%～4%，全物料提油含固率8%左右，滿足三相進料＜10%要求，但含固率高物料黏度大，三相離心機處理能力在常規(guī)處理量范圍的下限值。

3 總結(jié)與展望

以某縣級市建設(shè)的垃圾綜合處理發(fā)電項目為例，對餐廚垃圾與生活垃圾焚燒協(xié)同處置模式的設(shè)計思路及應(yīng)用效果進行了描述及分析。該工藝路線采用兩級固液分離，最大程度分離餐廚垃圾的固形物和瀝水，是快速減量的最直接手段，減少去焚燒系統(tǒng)物料的含水量，滿足焚燒進料含水要求。智能加熱器實現(xiàn)物料恒溫即時加熱，快速達到液相油水分離溫度，較以往工藝省去了常規(guī)液相加熱罐及相關(guān)管路和泵送設(shè)備，大大節(jié)省車間面積，也降低了設(shè)備制造和安裝成本。大件分揀機作為擠壓脫水的前端預(yù)處理，以機械分選方式，將塑料、骨頭和鐵塊等大件雜質(zhì)分離出系統(tǒng)，減少大塊硬質(zhì)物料對后續(xù)設(shè)備的磨損，將黏稠有機質(zhì)與塑料袋等剝離，避免大塑料袋等對有機質(zhì)包裹，影響擠壓固液分離效果，便于后續(xù)的脫水擠壓機對雜質(zhì)和有機質(zhì)的擠壓分離。

該類型協(xié)同處置的共建共享在節(jié)地、節(jié)能、環(huán)保等方面具有突出優(yōu)勢，能滿足地方政府急于解決餐廚垃圾處理需求，解決選址用地困難、處理成本和環(huán)境保護成本高等問題。建議縣級固廢綜合治理規(guī)劃過程中考慮餐廚垃圾與生活垃圾協(xié)同處置的模式，在實現(xiàn)資源化和減量化的同時，充分利用好餐廚垃圾，取得更高的經(jīng)濟效益。