上海市于2019年7月開始實(shí)施《上海市生活垃圾管理?xiàng)l例》，要求對(duì)生活垃圾進(jìn)行強(qiáng)制分類處理。該條例中，將垃圾主要分為干垃圾、濕垃圾、可回收垃圾和有害垃圾，其他垃圾量減少，濕垃圾、可回收垃圾量增加是垃圾分類的目標(biāo)和趨勢(shì)。濕垃圾主要包括餐飲垃圾和廚余垃圾，實(shí)施強(qiáng)制垃圾分類后，廚余垃圾組分變化較大，含雜率明顯降至4%~7%，含水率顯著增至80%~90%，與餐飲垃圾性狀相似。預(yù)處理+厭氧消化+沼氣利用是成功應(yīng)用于餐飲垃圾處理的主流工藝，其同樣適用于分類較好的城市濕垃圾處理。
污水處理單元是濕垃圾處理工藝的重要組成部分。餐廚垃圾廢液預(yù)處理可使溶解性碳源反硝化潛能有所提升，另外，厭氧沼液等廢水進(jìn)入生化處理單元前需要去除SS等預(yù)處理。本項(xiàng)目對(duì)濕垃圾沼液進(jìn)行預(yù)處理，出水與焚燒廠滲濾液及沼液協(xié)同處理，并利用餐飲垃圾除油廢水為碳源，合理調(diào)配，實(shí)現(xiàn)了濕垃圾污水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
隨著我國垃圾分類工作的深入開展，包括上海在內(nèi)的濕垃圾面臨終端合理處理的挑戰(zhàn)，城市餐飲廚余協(xié)同處理的需求會(huì)越來越大，本工程實(shí)例旨在為濕垃圾協(xié)同處理提供參考。
1、項(xiàng)目概況
上海市某濕垃圾資源化處理工程項(xiàng)目的用地面積為57483.2m2，總體工藝路線采用垃圾協(xié)同預(yù)處理+聯(lián)合濕式厭氧消化+沼氣綜合利用+污水協(xié)同處理組合工藝。預(yù)處理及厭氧消化處理系統(tǒng)的主要處理對(duì)象為濕垃圾及廢棄食用油脂，設(shè)計(jì)濕垃圾處理量為500t/d（其中餐飲垃圾150t/d、廚余垃圾350t/d）、廢棄食用油脂為30t/d。
餐飲垃圾、廚余垃圾和廢棄油脂的基本性質(zhì)如表1所示。
2、工藝設(shè)計(jì)
2.1 建設(shè)目標(biāo)與邊界條件
該項(xiàng)目建成投運(yùn)后，與周邊生活垃圾焚燒發(fā)電等項(xiàng)目充分開展協(xié)同管理與資源共享，與大園區(qū)系統(tǒng)中的能量流、物質(zhì)流與信息流充分融合，實(shí)現(xiàn)蒸汽共享、沼氣共用、廢水與廢渣共治、管理與信息數(shù)據(jù)共享的全過程清潔生產(chǎn)。
①餐飲廚余殘?jiān)驼釉哼M(jìn)入隔壁焚燒廠焚燒處置；②沼氣處理：沼氣經(jīng)過凈化后通入內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組燃燒進(jìn)行熱電聯(lián)產(chǎn)，產(chǎn)生的熱能用于廠區(qū)工藝系統(tǒng)，產(chǎn)生的電能自用，余電上網(wǎng)；③油脂處理：提取的粗油脂送至上海市指定的廢棄油脂深加工企業(yè)生產(chǎn)生物柴油或工業(yè)產(chǎn)品，進(jìn)行資源化利用；④污水處理：濕垃圾處理廠厭氧出水經(jīng)過離心處理后與焚燒廠滲濾液、部分除油后的餐飲漿液協(xié)同進(jìn)入配套的污水處理系統(tǒng)，排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行上海市《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB31/199—2018）表2中的三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和《生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB16889—2008）表3中的排放濃度限值；⑤臭氣處理：臭氣經(jīng)管路收集，集中處理后排放。
2.2 濕垃圾協(xié)同處理工藝流程及優(yōu)勢(shì)
餐飲和廚余分類濕垃圾協(xié)同處理，總體工藝分為餐飲廚余垃圾預(yù)處理系統(tǒng)、廢棄食用油脂處理系統(tǒng)、厭氧消化和脫水系統(tǒng)、沼氣凈化和利用系統(tǒng)、污水調(diào)配和處理系統(tǒng)及配套輔助系統(tǒng)，見圖1。
基于濕垃圾的特點(diǎn)，考慮到周邊焚燒廠的處理設(shè)施，實(shí)現(xiàn)濕垃圾液、固相的分離，且分離后的兩相均可以進(jìn)行資源化利用是本項(xiàng)目的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
上海廚余垃圾雖然含有園林垃圾、食品加工廢物，但易腐類有機(jī)物占比、含水率等指標(biāo)與餐飲垃圾相差不大，也含有一定的油脂。兩類濕垃圾和廢棄油脂單獨(dú)處理，會(huì)造成整體工藝流程復(fù)雜、占地面積大、總投資和運(yùn)行成本高等問題。采用協(xié)同處理，則可充分利用各種廢棄物的特點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。
本項(xiàng)目通過協(xié)同預(yù)處理工藝將濕垃圾中的有機(jī)質(zhì)和油分提取出來，同時(shí)去除濕垃圾中的惰性干擾物。預(yù)處理后的有機(jī)漿液進(jìn)入?yún)捬跸到y(tǒng)產(chǎn)生沼氣，獲得清潔能源；剩余的固渣含水率大大降低，垃圾量有效減少，熱值顯著提高，可以直接送至焚燒廠。固渣和污水處理系統(tǒng)的剩余污泥進(jìn)入周邊焚燒廠協(xié)同處理，同時(shí)可利用焚燒廠多余的蒸汽，使綜合投資和運(yùn)營成本降低。
厭氧沼液碳氮比很低，需要部分高碳氮比漿液和焚燒廠滲濾液來平衡，無需再外購碳源，污水處理系統(tǒng)可以平穩(wěn)運(yùn)行�；旌衔鬯M(jìn)入污水處理系統(tǒng)，達(dá)標(biāo)處理后排放。
2.3 總平面布置
總平面布置見圖2。全廠總平面布置分為濕垃圾預(yù)處理區(qū)、提油區(qū)、厭氧消化區(qū)、沼氣凈化利用區(qū)和污水調(diào)配及處理區(qū)。兩類濕垃圾協(xié)同處理，相關(guān)功能區(qū)高效協(xié)作。
濕垃圾預(yù)處理區(qū)與關(guān)聯(lián)單元合并布置，集中除臭，可降低投資和運(yùn)行成本。厭氧消化區(qū)與預(yù)處理車間相鄰布置，便于物料輸送。沼氣凈化利用區(qū)包括沼氣凈化設(shè)備、氣柜、應(yīng)急火炬和發(fā)電機(jī)房。提油區(qū)包括濕垃圾提油及廢棄食用油脂提油兩部分，儲(chǔ)油罐與沼氣凈化利用區(qū)相鄰布置，便于安全管理。
3、主要子系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1 濕垃圾預(yù)處理系統(tǒng)
生物水解反應(yīng)器作為系統(tǒng)的核心設(shè)備，其工藝原理是在反應(yīng)器內(nèi)控制厭氧回流、攪拌強(qiáng)度和溫度等條件，經(jīng)過2~3d水力、機(jī)械和生物水解的作用，使垃圾中的易降解有機(jī)質(zhì)充分水解成小分子有機(jī)物進(jìn)入液相，是厭氧消化的基礎(chǔ)保障。餐飲固渣進(jìn)入生物水解反應(yīng)器協(xié)同處理，攜帶的有機(jī)質(zhì)進(jìn)一步水解利用，增加沼氣產(chǎn)量。同時(shí)，經(jīng)水解后的餐飲固渣也更容易進(jìn)行固液分離，提高最終固渣的熱值。
預(yù)處理工藝流程如圖3所示。餐飲垃圾與廚余垃圾的預(yù)處理車間緊鄰布置。餐飲垃圾稱質(zhì)量后倒入料斗，瀝水后的固相進(jìn)入自動(dòng)分選機(jī)制漿分選。漿料經(jīng)過加熱后固液分離，固相與混合渣進(jìn)入生物水解反應(yīng)器進(jìn)一步處理，而液相與餐飲瀝水和廚余瀝水經(jīng)除渣除砂后協(xié)同加熱進(jìn)行三相提油。部分提油后漿液經(jīng)過精細(xì)去除SS和有機(jī)氮后進(jìn)入污水調(diào)配系統(tǒng)補(bǔ)充碳源。
廚余垃圾被卸入帶料斗板式給料機(jī)內(nèi)，經(jīng)鏈板和皮帶輸送至粗分選機(jī)、磁選和分工分選，分出的雜物及餐飲雜物一起外運(yùn)焚燒，金屬進(jìn)行資源化利用，廚余分選后物料和餐飲固渣等進(jìn)入生物水解反應(yīng)器。反應(yīng)完成后，通過固液分離作用實(shí)現(xiàn)有機(jī)漿液和高熱值固渣分離。固渣外運(yùn)焚燒，漿液除渣除砂后與餐飲漿液混合進(jìn)行厭氧消化產(chǎn)沼。
本項(xiàng)目餐飲、廚余各2條生產(chǎn)線，設(shè)計(jì)生物水解反應(yīng)器3座，每座反應(yīng)器的有效容積為450m³，工作時(shí)間為24h/d。其余設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。
3.2 廢棄食用油脂處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)
廢棄食用油脂在接收料斗內(nèi)通過篩網(wǎng)進(jìn)行粗過濾，過濾后的混合物自流進(jìn)入旋轉(zhuǎn)篩分機(jī)進(jìn)行雜物篩選。除雜后的液相泵送進(jìn)入漿液加熱罐加熱到75~80℃后再進(jìn)行提油，最終得到純度≥97%的毛油。提油后混合液體與濕垃圾漿液一起進(jìn)入?yún)捬跸到y(tǒng)產(chǎn)沼。
該系統(tǒng)共2條工藝線，單線處理能力≥15t/d。2臺(tái)篩分機(jī)對(duì)應(yīng)8臺(tái)10m³的漿料加熱罐，同時(shí)配置3臺(tái)處理能力為8m³/h的三相提油機(jī)。
3.3 厭氧消化及脫水系統(tǒng)設(shè)計(jì)
相較于高固相全混式的厭氧反應(yīng)器，上流式污泥床-過濾器（UBF）具有厭氧沼渣產(chǎn)量少、COD降解率高、容積負(fù)荷高、停留時(shí)間短和占地面積小等優(yōu)勢(shì)，且特別適用于高濃度有機(jī)廢水處理。
由于生物水解需要厭氧回水，廚余漿液經(jīng)稀釋后COD較低，設(shè)計(jì)兩類漿液協(xié)同處理可有效解決餐飲漿液COD過高引起的厭氧易酸化問題。另外，25~30℃的廚余預(yù)處理漿液、70℃的餐飲漿液和沖洗廢水混合后，進(jìn)水溫度為40~42℃，協(xié)同進(jìn)入?yún)捬醴磻?yīng)器，可省去廚余漿液升溫和餐廚漿液降溫的過程，節(jié)省投資，縮短工藝流程。
厭氧罐設(shè)計(jì)進(jìn)水量為903.5t/d，進(jìn)料TS為8.17%，進(jìn)料COD為85000mg/L。厭氧消化及脫水系統(tǒng)工藝流程和設(shè)計(jì)參數(shù)分別見圖4和表3。
3.4 沼氣凈化和利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)
沼氣凈化及利用系統(tǒng)工藝流程見圖5。厭氧消化產(chǎn)生的沼氣先進(jìn)行濕法脫硫，脫硫后的沼氣進(jìn)行精細(xì)過濾，接著進(jìn)入氣液分離單元，在水-沼氣換熱器中進(jìn)行降溫，產(chǎn)生大量的冷凝水排出。凈化后的沼氣于氣柜暫存，而后增壓進(jìn)行發(fā)電利用。
脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)處理量為1500m³/h，進(jìn)、出氣中硫化氫濃度分別為16687、152mg/m³。沼氣過濾及氣液分離設(shè)計(jì)處理量為1500m³/h。干式氣柜共2臺(tái)，單臺(tái)容積3000m³。沼氣發(fā)電機(jī)共4臺(tái)，單臺(tái)功率1560kW，設(shè)計(jì)進(jìn)氣濾后壓力為8~13kPa。
3.5 污水調(diào)配及處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)
餐飲三相提油后的漿液經(jīng)專用技術(shù)可以去除SS和大部分影響污水處理總氮控制的有機(jī)氮和氨氮，碳源碳氮比為106∶1；焚燒廠新鮮滲濾液預(yù)處理后漿液碳氮比為24∶1；而濕垃圾厭氧處理后的離心沼液和焚燒廠滲濾液沼液碳氮比分別僅為2∶1和5∶1，碳氮比失衡。餐飲三相提油出水為優(yōu)質(zhì)碳源，結(jié)合部分焚燒廠滲濾液原液等，設(shè)計(jì)協(xié)同進(jìn)入污水生化系統(tǒng)，可調(diào)節(jié)碳氮比為9.9∶1，節(jié)省大量碳源費(fèi)用。
污水處理系統(tǒng)采用兩級(jí)A/O+外置式超濾+NF+RO組合工藝達(dá)標(biāo)納管排放。各類水基本指標(biāo)見表4，其中前4項(xiàng)的水量分別約為50、520、150、320m3。污水調(diào)配和處理工藝流程見圖6。
由圖6可知，4種來水在污水調(diào)配系統(tǒng)內(nèi)混合，經(jīng)均衡池后泵送進(jìn)入污水處理系統(tǒng)，處理工藝無需額外碳源。根據(jù)出水指標(biāo)情況調(diào)控部分納濾出水與反滲透出水混合達(dá)標(biāo)排放；納濾濃液和反滲透濃液經(jīng)過納濾減量化裝置和高壓反滲透裝置進(jìn)一步濃縮，濃縮液部分回流至厭氧消化系統(tǒng)循環(huán)處理，大部分輸送至焚燒廠石灰制漿單元；剩余污泥離心脫水后外運(yùn)焚燒。
污水調(diào)配和處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)模為1200m³/d，超濾段設(shè)計(jì)規(guī)模為1100m3/d，并考慮15%的超負(fù)荷處理能力。污泥設(shè)計(jì)負(fù)荷為0.146kgCOD/（kgMLSS·d），設(shè)計(jì)反硝化速率為0.128kgNO3--N/（kgMLSS·d），設(shè)計(jì)硝化速率為7mgNH4+-N/（gMLSS·h）。二級(jí)反硝化池池容共計(jì)5790m³，停留時(shí)間為4.83d；二級(jí)硝化池池容共計(jì)10895m³，停留時(shí)間為9.08d；納濾濃液池和反滲透濃液池分別為280和356m³。超濾集成設(shè)備4套，合計(jì)處理量1100m3/d；納濾集成設(shè)備2套，合計(jì)處理量1100m3/d；納濾減量化設(shè)備1套，合計(jì)處理量190m3/d；反滲透集成設(shè)備4套，合計(jì)處理量500m3/d；高壓反滲透設(shè)備1套，合計(jì)處理量320m3/d。
3.6 主要建(構(gòu))筑物設(shè)計(jì)參數(shù)
主要建（構(gòu)）筑物均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式，其設(shè)計(jì)參數(shù)見表5。
4、項(xiàng)目投資及運(yùn)行效果
該濕垃圾處理項(xiàng)目投資規(guī)模約8.73億元，建設(shè)成本為164.7萬元/t，直接運(yùn)行成本為324.4元/t。
由近2年運(yùn)營數(shù)據(jù)可知，餐飲廚余預(yù)處理系統(tǒng)的雜物去除率為96.7%，餐飲油脂提取率為93.6%，餐飲廚余最終混合渣含水率為60.8%，廚余垃圾粗分選大尺寸雜物的進(jìn)料占比為2.1%（設(shè)計(jì)值為10.9%）。
該項(xiàng)目廚余垃圾處理單元設(shè)計(jì)完成時(shí)上海尚未全面開展垃圾分類工作，項(xiàng)目建成后垃圾性狀發(fā)生了很大改變，有機(jī)物含量大幅增加、雜物量顯著降低，由于厭氧系統(tǒng)和污水處理系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)已考慮足夠余量以應(yīng)對(duì)沖擊負(fù)荷，降低了項(xiàng)目運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)。厭氧混合進(jìn)水COD約為152000mg/L（設(shè)計(jì)值為85000mg/L），TS為10.9%，COD降解率為84.3%，COD容積負(fù)荷為6.2kg/（m³·d），水力停留時(shí)間為24.7d（設(shè)計(jì)值為16.0d），平均產(chǎn)氣量為66.2m³/t（設(shè)計(jì)值為60.4m³/t），垃圾發(fā)電量為131.8kW·h/t（其中約65%自用），脫水沼渣含水率為64.8%。
總排氣口臭氣平均濃度為480，低于上海地標(biāo)要求。污水處理系統(tǒng)無需外購碳源，最終外排水COD為140.6mg/L，TN為38.5mg/L，NH4+-N為2.8mg/L。
5、結(jié)論與建議
針對(duì)上海分類較好的廚余垃圾，瀝水含油率均值為1.8%，應(yīng)加強(qiáng)廚余瀝水收集與餐飲協(xié)同提油。粗分選時(shí)可以選擇小型設(shè)備，同時(shí)應(yīng)盡量縮短工藝鏈，降低運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)和成本。
生物水解反應(yīng)器的優(yōu)勢(shì)在于無論分類好壞都能使易降解有機(jī)物充分水解，協(xié)同處理餐飲固渣和預(yù)處理后的廚余垃圾，提高有機(jī)物利用率，但針對(duì)分類好的垃圾應(yīng)大幅降低厭氧回流量（均值降低58.8%）。另外，濕垃圾預(yù)處理和厭氧段協(xié)同可以降低投資成本，同時(shí)降低人工、能耗等運(yùn)營成本。
餐飲三相提油出水經(jīng)過膜處理等措施可作優(yōu)質(zhì)碳源，同時(shí)結(jié)合部分焚燒廠滲濾液原液等，可調(diào)節(jié)污水系統(tǒng)進(jìn)水碳氮比為9.9∶1，無需外購碳源。（來源：江蘇省環(huán)境工程技術(shù)有限公司，上海環(huán)境衛(wèi)生工程設(shè)計(jì)院有限公司，維爾利環(huán)�？萍技瘓F(tuán)股份有限公司，上海環(huán)云再生能源有限公司）
