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关于厨余垃圾资源化利用的观察

危废 废旧头条229
来源:固废观察2020-10-17 17:15

随着生活垃圾分类的普遍推行,厨余垃圾资源化利用将越发重要,并将成为物质利用的一个重要项目和垃圾分类处理的一个产业分支,值得重视。走好厨余垃圾资源化利用的第一步,为工艺技术、建设运营模式和基本价格奠定基础,对厨余垃圾资源化利用及其产业发展尤为重要。本文针对厨余垃圾资源化利用的实际问题,提出厨余垃圾资源化利用设施建设运营的约束条件。

厨余垃圾的资源利用价值问题

1.1厨余垃圾的资源化利用

厨余垃圾资源化利用指从厨余垃圾中提取物质作为原材料或者燃料的活动。厨余垃圾资源化利用具有法律基础,2020年版新固废法第六条规定国家推行生活垃圾分类制度,第五十七条要求县级以上地方人民政府环境卫生主管部门负责组织开展厨余垃圾资源化、无害化处理工作。厨余垃圾具有资源化利用的物质基础,含有较高的有机质(10%~20%)和蛋白质、脂肪、糖类等有机营养成分,这些有机质可用于生产动物饲料、有机肥料和沼气、生物柴油、乙醇、氢气等生物能源。

这里的厨余垃圾指狭义的厨余垃圾,主要包括3条来源:(1)农贸市场产生的食物废料,(2)家庭厨房产生的食物废料和食物残余,(3)公共食堂及餐饮行业的食物废料和食物残余(餐饮垃圾)。农贸市场和家庭厨房产生的厨余垃圾以生料为主,总固和有机质含量分别在20%左右和15%左右;餐饮垃圾的总固含量和有机质在10%左右。

1.2厨余垃圾的资源利用价值

厨余垃圾含有一定量的有机质和有机营养分,这是厨余垃圾资源化利用的物质基础。但应看到,厨余垃圾所含的有机质和有机营养分终究较少(一般低于30%),利用这些有机质生产饲料、肥料或生物能源时,存在厨余垃圾资源化利用是否经济或厨余垃圾的资源利用价值是否够高的问题。衡量厨余垃圾的资源性要从两方面比较,一是比较厨余垃圾混合到其他生活垃圾中焚烧、填埋处置(即生活垃圾混合处置)的成本,二是比较一次资源生产的产品的成本。资源化利用厨余垃圾时的生活垃圾处理综合单价不能高于生活垃圾混合处置的综合单价,理想情况是厨余垃圾资源化利用的单位成本不高于利用一次资源生产等量产品时的成本,否则,厨余垃圾资源化利用就是不经济的。

“资源化利用厨余垃圾时的生活垃圾处理综合单价既不能高于生活垃圾混合处置的综合单价”要求厨余垃圾资源化利用的单价低于生活垃圾不分类时焚烧处理的单价。目前,生活垃圾混合处理的综合单价低于焚烧处理单价(混合处置的综合单价在150元/吨以内,焚烧处理单价在200元/吨以内),考虑到厨余垃圾分类处理后焚烧处理的收益有所提高,在不抬高生活垃圾分类处理的综合单价约束下,允许厨余垃圾资源化利用的单价适当高于混合垃圾处理的综合单价,但应低于混合垃圾焚烧处理的单价。

厨余垃圾资源化利用的理想情况是“厨余垃圾资源化利用的单位成本不高于利用一次资源生产等量产品时的成本”,即不用财政补贴。对于20%TS的农贸市场和家庭厨房产生的厨余垃圾,1t厨余垃圾大概可生产300kg左右有机肥料,市场价在200元左右,或生产120Nm3~160Nm3沼气,市场价在300元左右,即需要将厨余垃圾资源化利用的单位成本控制200元/吨~300元/吨。即使考虑财政补贴(垃圾处理费),厨余垃圾资源化利用的单位成本也应控制在“混合处置综合单价(或略高,但不得高于混合垃圾焚烧单价)与资源产品生产成本之和”之内,即350元/吨~450元/吨(最高不得高于500元/吨)。

厨余垃圾资源化利用工艺流程问题

2.1厨余垃圾资源化利用存在工艺流程过长和系统过于复杂问题

规模化厨余垃圾资源化利用设施建设运营多采用受BOT、PPP等建设运营模式和建设营运成本导向定价法,建设投资越大和营运成本越高,企业所得利益便越高,这导致厨余垃圾资源化利用设施普遍存在工艺流程过长和系统过于复杂的怪象,甚至有些厨余垃圾资源化利用设施走上了歪路:规模奇大,流程奇长,价格奇高。

一座设施动辄设计成上千吨的处理规模,且集预处理、生物转换到产品利用等于一地,甚至上马一些可有可无的装备和预处理工序,无节制地延长流程和增大占地面积,导致厨余垃圾资源化利用系统的复杂程度直追甚至超过混合垃圾焚烧发电系统的复杂程度和厨余垃圾资源化利用的单价比肩垃圾焚烧发电服务的价格,甚至导致系统运行不稳定可靠。这种做法自然会让人怀疑推行垃圾分类是否具有经济性、甚至是否有必要。

厨余垃圾处理应走规模适中、流程简短、价格低廉的道路。

2.2厨余垃圾资源化利用工艺技术及其简化

2.2.1子系统

厨余垃圾资源化利用包括5个子系统:(1)厨余垃圾接收系统,(2)预处理系统,(3)资源化转换系统,(4)资源化利用系统和(5)三废治理系统。核心和技术关键是预处理和资源化转换,尤其是预处理对厨余垃圾资源化利用至关重要。厨余垃圾资源化利用工艺流程过长和系统过于复杂多因预处理工艺技术不当所致。

2.2.2资源化转换方法

厨余垃圾资源化转换方法可概括为3大类:动物转换、生物转换和物理化学转换。

(1)动物转换:利用家禽(大动物)、蚯蚓、果蝇等动物将厨余垃圾转换成动物营养质和动物粪便,然后再合理处置动物及其粪便。家禽饲喂在农业经济时代是一种重要的厨余垃圾处理方法。

(2)生物转换:利用微生物的作用将厨余垃圾转换成腐殖质、沼气、酒精等,或将厨余垃圾干化(生物干化)。常用的生物转换方法是沤肥、堆肥和厌氧发酵制沼,这3种方法古已用之。

目前,国内厌氧发酵多是湿式厌氧发酵(TS10%以下),存在沼液沼渣量大、容积产气率低、占地大等不足,将来应大力开发干式厌氧发酵(TS15%以上,可达20%~30%)。

(3)物理化学转换:机械脱水、余热干化、太阳能干化、(干化厨余垃圾、腐殖质)焚烧等。

推荐中小规模(100吨/日以内)时采用堆肥和家猪转换(控制猪制品的流向)2种处理方法,规模较大时采用厌氧发酵制沼方法。有条件地区可以采用厌氧发酵制沼和好氧堆肥联合处理的方法。

2.2.3预处理

预处理的基本功能是破袋、破碎、去除杂质、制料(包括油脂分离),有些系统还带有调质(PH值、C/N)、蒸煮等功能。对采用生物转换的厨余垃圾资源化利用系统,预处理是整个系统成功的关键(稳定可靠、经济适用、环保安全和处理彻底)。设计预处理系统时要重点考虑杂质含量和有机质的物化性质,还要权衡各种工序的先后顺序。

对于杂质含量超过20%(重量比)的厨余垃圾,去除杂质是预处理的重点考虑功能。此时,可能要上破袋、破碎、筛分、分拣等工序,预处理工艺流程将较长和复杂。

对于杂质含量低于20%的厨余垃圾,制浆是预处理的重点考虑功能。此时,要根据挤压制浆设备的特性和厨余垃圾的生、熟料特性合理选择与安排工序,如是否需要蒸煮,蒸煮与挤压谁先谁后等。

预处理技术的选择余地较大,预处理工序安排的选择也较多,如没有经验积累,便可能使预处理工艺流程过长和系统过于复杂,这是应该极力避免的。

欧洲的高压压榨技术集破袋、破碎和挤压制浆于一体,直接将厨余垃圾分离成干、湿组分(含水率分别为30%和70%左右),且允许厨余垃圾的杂质含量高达30%,极大地缩短了预处理流程。干组分与其他垃圾混合,或直接焚烧回收热能,或深加工成水泥窑用燃料;湿组分则通过厌氧发酵制取沼气或堆肥。广州福山生物质厂已经成功应用,其工艺流程和高压压榨原理见图3,建议推广应用。

厨余垃圾资源化利用的三废问题

厨余垃圾资源化利用过程中可能产生大量的废水、臭气和废渣,三废问题是厨余垃圾资源化利用,尤其湿式厌氧发酵转换将遇到的重大问题,必须妥善治理。

主动方法是减少三废产量。应明确三废减量约束,要求厨余垃圾资源化利用过程中对外排放的废渣与废水之和不得大于厨余垃圾处理量(措施是加大废水回流和中水回用);此外,还应明确废物更易处理约束,即厨余垃圾资源化利用过程产生的三废的处理应比厨余垃圾更容易处理。否则,至少从废物处理角度衡量,厨余垃圾资源化利用便是不可取的。

有些厌氧发酵制沼工艺排放的固废与废水之和是进厂厨余垃圾量的1.1倍以上,意味着,通过处理工艺后,废弃物量不仅没减小,反而增大了,如果再加上废气,废弃物量增大更是了不得。这说明,这种处理工艺是以消耗更多资源为代价,有害而无益。

被动方法是加强三废处理。如对湿式发酵,沼液产量大,沼液产量可高达0.85倍以上厨余垃圾处理量,最好自配沼液处理设施,并加大中水回用以减少外加水量,且应大力开发应用回流和流体搅拌技术及装备以减少沼液处理量和处理难度。湿式发酵转换的沼渣产量也较大,应妥善处置。厨余垃圾接收、预处理和沼液、沼渣处理等工序工段的臭气控制也非常重要,应强化相关设备设施的密封和加大相关车间的换气次数。沼渣可经脱水处理后焚烧处置,也可采用厌氧发酵与好氧发酵联合工艺,与农贸市场厨余垃圾一起堆肥,其工艺流程见图4。

总结

以上讨论了厨余垃圾的资源利用价值问题、厨余垃圾资源化利用工艺流程过长和系统过于复杂问题、三废问题3类问题,关系到厨余垃圾资源化利用的经济性、可靠性和可取性。避免出现这3类问题,需要遵循以下约束条件(也是衡量厨余垃圾资源化利用项目是否成功的标准之一)。

(1)经济性约束:厨余垃圾资源化利用(包括过程产生的三废治理)的单位厨余垃圾服务单价不得高于分类前混合垃圾的综合处理单价,更不得高于混合垃圾的焚烧处理单价。

(2)三废减量约束:厨余垃圾资源化利用过程中对外排放的废渣与废水之和不得大于厨余垃圾处理量。

(3)三废更易处理约束:厨余垃圾资源化利用过程产生的三废的处理应比厨余垃圾更容易处理。

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