厨余垃圾干式厌氧发酵产沼技术的工程应用.pdf

论文.jpg not exist!论文.jpg not exist!论文.jpg not exist!论文.jpg not exist!叶资源节约与环保曳2023 年第 8 期摘要院山东省青岛市某项目建设规模为厨余垃圾处理 500t/d袁选用野预处理+干式厌氧发酵产沼冶的工艺方案遥 项目建设内容包括厨余垃圾预处理系统尧 干式厌氧发酵及脱水系统尧 沼渣干化系统尧沼气储存及净化系统尧沼气锅炉系统尧沼气发电系统以及全厂除臭系统等遥 项目总投资为 3.83亿元袁投资强度为 76.7 万元/t遥 项目调试期间运行效果良好袁沼气产量高袁厌氧系统运行稳定遥关键词院厨余垃圾曰干式厌氧发酵产沼曰沼气发电上网引言厨余垃圾又称湿垃圾袁包括家庭厨余垃圾尧餐厨垃圾和其他厨余垃圾1遥 自 2019 年以来袁垃圾分类工作在全国广泛开展袁湿垃圾分出量显著增加遥据相关统计袁2021 年上半年袁上海市全市湿垃圾分出量较 2019 年上半年增长 89%遥厨余垃圾属于易腐烂尧易降解物质袁采用传统的填埋法处理会产生大量渗滤液和臭气曰 与干垃圾相比袁厨余垃圾含水率高尧热值低袁同样的进料条件下会导致炉膛温度降低袁不仅影响焚烧效率袁还会增加二噁英等污染物产生的可能性遥 因此袁针对厨余垃圾高含水率尧有机质占比高尧可生化降解性好的特性袁 生化处理法是目前厨余垃圾的主流处理工艺2遥 厌氧发酵法由于其具有运行能耗低尧碳排放量低3尧二次污染少等优点袁尤其适合国内厨余垃圾的大规模集中处理4遥1 工程项目概况山东省青岛市某厨余垃圾厌氧发酵处理项目袁占地面积 32810.6m2遥 设计处理能力为厨余垃圾 500t/d袁主要处理对象为家庭厨余垃圾袁即居民家庭日常生活中产生的菜帮尧菜叶尧瓜果皮壳尧剩菜剩饭尧废弃食物等1遥 采用野预处理+干式厌氧发酵+沼气发电上网冶的主流工艺遥 厨余垃圾的设计组分为含水率 65%耀75%尧 厨余类含量逸65%尧杂质含量臆35%遥2 工程项目总体设计2.1 项目建设目标从建设野无废城市冶的战略角度出发袁通过采用先进可靠的工艺路线袁提升本工程的设计品质袁力争建设成为野技术领先尧智慧高效尧创新环保冶的厨余垃圾处理样板工程袁各类型物料出路如下遥2.1.1 预处理残渣厨余垃圾预处理分选出的固体残渣送至园区焚烧厂处置遥2.1.2 厌氧脱水沼渣厌氧发酵液经脱水尧干化后袁合格的沼渣送至园区焚烧厂处置遥2.1.3 污水处理项目产生的所有生活尧 生产废水经收集后暂存袁再通过管道输送至园区渗滤液处理厂处理遥2.1.4 沼气处理沼气经过脱硫后袁部分用于锅炉袁剩余部分用于沼气发电遥2.1.缘 废气处理全厂产生的废气通过风管收集经处理后达标排放遥2.2 总体工艺流程总体技术线路选择院首先袁满足国内北方厨余垃圾的特性袁采取针对性的预处理和厌氧工艺曰其厨余垃圾干式厌氧发酵产沼技术的工程应用王天宇（上海市政工程设计研究总院渊集团冤有限公司上海200092）86 论文.jpg not exist!论文.jpg not exist!论文.jpg not exist!论文.jpg not exist!叶资源节约与环保曳2023 年第 8 期图2厂区总平面布置图次袁对沼渣尧沼液尧沼气等产物进行统筹利用遥 总体工艺流程见图 1遥2.2.1 厨余垃圾预处理系统厨余垃圾经过机械破碎分选袁 分离无机杂质后袁满足厌氧发酵的进料要求遥2.2.2 干式厌氧发酵及脱水系统经预处理后的厨余垃圾暂存在有机质缓存罐中袁经混料后进入干式厌氧罐进行厌氧发酵袁利用有机质进行产沼气袁回收资源遥 厌氧发酵后的发酵液经螺杆挤压脱水后进入二级脱水系统袁 残渣外运焚烧曰二级脱水系统沼渣送去热干化袁沼液在厂区污水池内暂存后外排遥2.2.3 沼渣干化系统干式厌氧二级脱水后的沼渣进入沼渣干化系统袁沼渣干化至含水率不高于 60%后外运处置遥2.2.4 沼气净化及储存系统沼气净化后达到锅炉及发电机使用要求袁供后续使用遥2.2.5 沼气锅炉系统净化后的沼气用于燃气锅炉袁 蒸汽锅炉产生的饱和蒸汽作为干式厌氧罐加热尧沼渣干化等热源遥2.2.6 沼气发电系统沼气进入燃气内燃机袁进行沼气发电袁产生的电量发电自用袁余电上网遥2.2.7 辅助生产系统包括除臭系统尧机修尧化验等辅助生产设施遥2.3 总平面布置根据功能分区袁全厂分为厨余垃圾预处理区尧干式厌氧发酵区尧沼渣沼液处理区以及沼气区袁厂区总体布置见图 2遥2.3.1 厨余预处理区厨余预处理区由预处理车间组成袁 靠近园区进厂道路袁便于厨余垃圾的进料遥 同时袁预处理车间为本工程最大体量的建筑单体袁 与园区内生活垃圾焚烧厂以进厂道路对称布置袁 视觉景观效果较佳遥 预处理车间北侧布置 1 组除臭装置袁工艺产臭过程主要为预处理及车辆卸料过程袁 除臭装置区紧邻恶臭产生源袁有利于就近处理工艺臭气袁减少除臭风量损失袁且节约用地遥2.3.2 干式厌氧发酵区干式厌氧发酵区包括干式厌氧进料间尧 干式厌氧罐尧干式厌氧出料间等袁位于厨余垃圾预处理区的南侧袁便于预处理后厨余垃圾物料的输送遥2.3.3 沼液沼渣处理区沼液沼渣处理区位于干式厌氧发酵区南侧袁包括沼渣沼液处理车间尧组合池袁用于厌氧沼液尧沼渣脱水及干化处理遥 组合池东侧布置 1 组除臭装置袁主要就近收集处理沼渣脱水及干化工艺过程产生的臭气袁紧邻恶臭产生源袁减少除臭风量损失袁节约用地遥图1总体工艺流程图沼气锅炉系统沼气发电系统厨余垃圾预处理系统残渣有机质沼气渗滤液厂沼渣沼渣沼渣干式厌氧消化及脱水系统沼气净化及储存系统冷凝水脱水沼液焚烧厂沼渣干化系统87 论文.jpg not exist!论文.jpg not exist!论文.jpg not exist!论文.jpg not exist!叶资源节约与环保曳2023 年第 8 期图4厌氧发酵及脱水系统流程图图3预处理系统工艺流程图2.3.4 沼气区沼气区包括沼气发电机房及锅炉房尧沼气净化装置等遥 考虑到沼气柜等建构筑物的防爆要求袁将该区放置在工艺布置的最南侧遥3 各工艺系统设计3.1 预处理系统预处理系统工艺流程见图 3遥 厨余垃圾由运输车卸至垃圾料坑袁 由抓斗提升至板式给料机袁经皮带输送机输送至人工监选平台袁捡出影响后续机械设备运行的干扰物渊如玻璃瓶尧超大粒径杂质尧砖石等大颗粒硬物质冤袁然后送至破碎机袁将袋装的厨余垃圾破碎整形袁以便进入后续处理设备遥 滚筒筛筛孔粒径为 120mm袁筛上物出渣袁筛下物料进入碟盘筛进行筛分袁碟盘筛筛网直径为 50mm 级袁 筛下物以有机质为主袁通过硬物质去除掉硬杂质后进入干式厌氧系统曰预处理系统的残渣送至出渣间遥 预处理后的物料性质院平均粒径臆60mm袁且逸60mm 粒径不超过 10%袁 硬质杂质含量臆5%袁 有机质含量逸80%遥预处理系统规模为500t/d袁设置2 条线袁单线处理规模为 35t/d遥垃圾料坑分 2 格袁单格容积为 500m3袁垃圾按照 0.5t/m3的容重计算袁停留时间为 1d遥 预处理车间为一混凝土框架结构的综合性厂房袁包括卸料区尧 预处理区尧配电区尧工人活动区尧中控室以及全厂 的 办 公 区 曰 同时袁在车间二层设置参观区域和环保教育展厅遥3.2 干式厌氧发酵及脱水系统干式厌氧发酵系统包含 3 座厌氧罐袁 每座罐体有效容积为 2400m3袁 罐体采用钢筋混凝土形式袁尺寸为 43.2m渊长冤伊8m渊宽冤伊8.2m渊高冤遥3.2.1 干式厌氧发酵系统的主要设计参数最大处理能力 300t/d袁 厌氧罐有效容积为2400m3伊3 座袁设计容积负荷为 7.5kgVS/渊m3有效容积 窑 d冤袁发酵温度为 35毅C袁沼气产量为 34905Nm3/d袁沼气中甲烷含量逸55%遥 干式厌氧发酵罐采用卧式短轴推流式厌氧罐袁单个罐体设置 8 个搅拌器袁位于反应器进料端的 2 个搅拌器功率为 15kW袁 其余6 个搅拌器功率为 11kW遥 搅拌器垂直于物料运行方向水平布置的袁每个搅拌器上面带有均布的 4个门式搅拌桨叶遥 8 个搅拌器采用间歇运行的方式袁在搅拌器的作用下袁物料混合均匀袁确保生化反应的正常运行遥3.2.2 厌氧及脱水系统的工艺流程厌氧发酵及脱水系统流程见图 4遥 预处理后的有机垃圾通过螺旋输送至中间储料罐袁 物料在 其 中 的 停 留时间约为 1耀2d袁由 中 间 储 料 罐出来的物料袁经过 匀 料 和 进 一步脱水袁由螺旋给 料 机 连 续 均匀 输 送 进 入 厌氧发酵罐内袁物料 在 厌 氧 罐 内沿 长 度 方 向 前进袁 在出料端通过真空抽吸装置排 出 至 脱 水 车间遥 厌氧后的发酵液采用螺杆挤压工艺进行一次脱水袁 脱水后固相含水率约60%袁88 论文.jpg not exist!论文.jpg not exist!论文.jpg not exist!论文.jpg not exist!叶资源节约与环保曳2023 年第 8 期外运焚烧曰液相含水率跃90%袁采用二级脱水机进一步脱水曰二级脱水产生的固相含水率约 80%袁进入沼渣干化系统进一步降低含水率袁二级脱水液相进入污水组合池遥3.3 沼渣干化系统沼渣干化系统处理规模为 70t/d袁进料含水率为 78%耀82%袁出料含水率为 60%袁热源为 1.0Mpa饱和蒸汽遥二级脱水沼渣含水率约 80%左右袁经接收仓内进料螺旋破碎预处理后由输送泵送入圆盘干燥机干化袁含水率降至 60%以下袁出泥离开干化机前须冷却降温后袁 通过水平及倾斜螺旋输送机送至干仓暂存袁定期由车辆外运处置遥 沼渣干化过程产生的载气通过引风机排出干燥机袁 维持微负压运行袁尾气经预除尘器降低粉尘量后袁进入到一个间接式水冷换热器进行冷凝袁 冷凝下的水排入污水管网遥 不凝气体渊主要是一些恶臭气体冤进入除臭设备遥3.4 沼气净化及储存系统厌氧反应产生的沼气自流如双膜气柜存储袁通过气柜平衡厌氧沼气产量的不均匀曰 气柜出口连接湿法脱硫装置袁去除以 H2S 为主的硫化物袁将H2S 浓度控制到 150ppm 以下遥湿法脱硫后的沼气经气液分离后进入干法脱硫系统进一步脱硫袁将 H2S 浓度降至 50ppm 以下袁再通过换热器袁将沼气降温袁使沼气中的水蒸气冷凝出来遥沼气经罗茨风机加压升温袁 最后经精密过滤器去除 3滋m 以上的杂质袁满足发电机和锅炉的进气要求遥系统运行过程中产生的冷凝液收集至集水井袁经过泵提升排至厂区污水管网遥 当产气量大于用气量时袁沼气通过应急火炬燃烧遥3.5 沼气锅炉系统沼气锅炉系统主要包括燃气锅炉及热力系统等遥 锅炉产生的饱和蒸汽作为干式厌氧罐供热尧沼渣干化等的热源遥 锅炉产生的饱和蒸汽通过管道送至各耗能单元袁 产生的可回收的冷凝水回送至锅炉房内的软水箱袁 循环回用遥 项目配置了 2 台3t/h渊1Mpa冤的沼气锅炉遥3.6 沼气发电系统沼气经净化增压后进入燃气内燃机袁 燃气内燃机利用四冲程袁涡轮增压尧中间冷却尧高压点火尧稀释燃烧的技术袁将沼气的化学能转换成机械能遥 由于内燃发电机在发电的同时袁会排放出大量的高温烟气袁排烟温度约为 380耀450益袁因此在内燃发电机后设置余热回收装置袁 回收内燃机排放的高温烟气的余热袁生产 1Mpa 的饱和蒸汽袁供工艺生产使用遥 每台内燃发电机配有 SCR 尾气脱硝系统袁 使尾气出口 NOx排放满足国家以及山东省地方标准遥 项目共配置了 2 台 1.5MW 的沼气发电机组遥3.7 除臭设计项目采用重点区域加罩尧 局部排风与车间全面排风稀释相结合的除臭通风系统遥 局部排风主要来自于厨余垃圾原料坑尧 厨余预处理车间工艺设备尧干式厌氧工艺设备尧脱水机房工艺设备尧干化车间工艺设备等加罩后的局部排风袁 接风管至除臭系统曰 全面排风主要来自于综合预处理车间的地下一层沥水区尧出渣间尧预处理车间尧卸料间尧干式厌氧暂存间尧干式厌氧进料间尧干式厌氧出料间尧组合池尧沼渣沼液处理车间的脱水车间尧干化车间尧出渣间等袁均按 2耀6 次/h 计算换气风量袁在车间内设排风口袁将臭气集中收集至除臭系统遥 收集臭气经化学洗涤+生物滤池臭气净化设备处理袁处理达标后尾气经排气管排入大气遥 项目设 置 2 个 除 臭 系 统 袁1#除 臭 系 统 设 计 风 量250000m3/h袁2#除臭系统设计风量 130000m3/h曰2个除臭系统处理达标后均通过各自的 15m 高排气筒高空排放遥4 项目投资及经济分析本项目总投资 38368.95 万元袁 工程费用33248.46 万元袁二类费用为 3258.91 万元袁基本预备费 1095.22 万元袁铺底流动资金 121.48 万元袁建设期贷款利息 644.88 万元袁 项目建设成本投资76.7 万元/t遥 垃圾处理总成本 239.9 元/t袁垃圾经营89 论文.jpg not exist!论文.jpg not exist!论文.jpg not exist!论文.jpg not exist!叶资源节约与环保曳2023 年第 8 期表2预处理后物料组分日期轻质无机物重质惰性物有机物进罐物料含固率(TS)进罐物料挥发性固体(VS)7 月 28 日9.76%7.07%83.17%44.14%62.38%8 月 1 日10.25%3.73%86.02%36.73%73.81%经过预处理系统筛分之后袁 最后得到的进罐物料组成分析遥 结果表明袁 湿基有机物料占比为81.32%袁 塑料尧 泡沫等湿基无机轻质物占比达到13.54%袁骨头尧玻璃尧贝壳等湿基重质惰性物比例为 5.14%袁湿基有机物料的占比得到显著提升袁塑料尧泡沫等湿基无机物比例明显下降袁骨头尧玻璃尧贝壳等湿基重质惰性物比例没有变化遥 此外袁考虑到干式厌氧发酵工艺对进罐物料的含固率和挥发性固体含量要求袁 进罐湿基物料的平均含固率可以达到 37.94%袁挥发性固体含量为 66.41%袁也满足了进罐要求遥 预处理后物料组分如表 2 所示袁预处理后的物料情况见图 6遥图5破碎后厨余垃圾照片破碎后物料重质惰性物轻质无机物有机物8 月 2 日23.697.254.1312.318 月 3 日14.307.060.526.728 月 4 日18.768.380.639.768 月 5 日13.998.120.275.618 月 8 日21.2814.460.786.048 月 9 日19.719.851.348.528 月 10 日11.694.960.156.588 月 11 日15.609.330.286.008 月 15 日14.309.280.614.418 月 16 日22.2912.110.969.228 月 17 日7.015.830.001.198 月 18 日23.138.972.2311.938 月 29 日14.877.050.537.298 月 30 日21.5911.221.149.248 月 31 日11.577.080.194.30合计271.12139.1914.71117.23占比100%51.34%5.42%43.24%日期7 月 27 日取样量渊kg冤17.37轻质无机物渊湿基冤渊kg冤8.26重质惰性物渊湿基冤渊kg冤0.97有机物渊湿基冤渊kg冤8.15成本 153.5 元/t遥5 运行效果2022 年 7 月 27 日至 8 月 31 日期间袁在预处理系统带料调试期间取破碎后的厨余垃圾样品进行人工分拣分析遥 结果表明袁进厂厨余垃圾中有机物料较少袁湿基有机物料占比只有 43.24%袁塑料尧 泡沫等湿基无机轻质物占比达到 51.34%袁骨头尧玻璃尧贝壳等湿基重质惰性物比例为 5.42%遥进厂厨余垃圾组分如表 1 所示袁 经过粗破碎的厨余原料见图 5遥表1进厂厨余垃圾组分90 论文.jpg not exist!论文.jpg not exist!论文.jpg not exist!论文.jpg not exist!叶资源节约与环保曳2023 年第 8 期图6预处理后物料情况预处理后进罐物料物料中有机物物料中轻物质物料中重物质2022 年 11 月 1 日至 2022 年 11 月 30 日袁对厌氧罐的运行状况进行监测袁 罐内平均液位约6.3m袁平均温度约 40.5益袁单位进罐物料量沼气产量为 143m3/t袁沼气中甲烷含量 58%袁硫化氢含量约 46ppm袁 罐内物料 TS 浓度约 12.7%袁TS 中 VS比例约 58.5%袁pH 约 7.5袁 碱度约 2003mg/L袁VFA约 1643mg/L遥 厌氧系统整体运行情况良好遥结语厨余垃圾处理项目采用野预处理+干式厌氧发酵+沼气发电利用冶的工艺路线袁经过一段时间的调试运行袁主要工艺段运行稳定尧处理效果良好袁对国内其他城市厨余垃圾项目的建设具有参考价值遥厨余垃圾的预处理采用野破碎+筛分冶工艺可以有效将厨余垃圾中的有机质筛分出来袁 满足厌氧系统的进料要求遥干式厌氧发酵工艺能够降解家庭分类产生的厨余垃圾袁沼气产量稳定遥 在同类型项目的设计过程中袁可将预处理车间设置为功能完备的一体化车间袁包含车辆卸料尧预处理尧厌氧进料的缓存尧参观尧办公和辅助生产等功能的综合性厂房袁以节约项目占地面积尧减少物流交叉尧提升项目环境质量曰同时袁将沼气相关的生产设施统一集中布置袁做好防爆区的生产管理袁降低安全隐患遥参考文献1 GB/T 19095-2019袁生活垃圾分类标志S.2 席爽,周小娟.龙思杰.厨余垃圾资源化处理技术研究进展J.绿色科技,2022,24(08):189-193.3 李欢,周颖君,刘建国,等.我国厨余垃圾处理模式的综合比较和优化策略J.环境工程学报,2021,15(07):2398-2408.4 靳晨曦,孙士强,盛维杰.等.中国厨余垃圾处理技术及资源化方案选择J中国环境科学,2022,42(03):1240-1251.作者简介王天宇渊1992要冤袁男袁湖北十堰人袁硕士袁工程师袁主要从事厨余垃圾处理尧建筑垃圾处理等设计研究工作遥日期轻质无机物重质惰性物有机物进罐物料含固率(TS)进罐物料挥发性固体(VS)8 月 2 日28.46%5.87%65.66%39.50%51.19%8 月 4 日8.96%6.44%84.60%38.84%68.21%8 月 8 日16.52%5.75%77.74%34.65%61.70%8 月 9 日17.50%4.19%78.32%39.17%61.71%8 月 10 日14.50%3.82%81.69%37.20%72.40%8 月 11 日17.03%3.68%79.29%28.95%60.37%8 月 15 日10.71%5.48%83.81%36.57%71.41%8 月 16 日10.28%4.22%85.50%34.98%68.14%8 月 17 日14.29%3.14%82.57%35.93%65.07%8 月 18 日11.28%5.38%83.34%36.31%68.38%8 月 23 日13.70%8.04%78.25%43.63%66.78%8 月 24 日8.98%5.90%85.12%38.33%71.41%8 月 29 日10.84%4.41%84.75%44.15%73.23%平均值13.54%5.14%81.32%37.94%66.41%渊续表冤91