预处理+生物质成型燃料与预处理+厌氧产沼餐厨垃圾处理工艺的能量对比研究

肖　直，屈小平（湖南普惠环境科技有限公司，湖南　长沙　410215）



预处理+生物质成型燃料与预处理+厌氧产沼餐厨垃圾处理工艺的能量对比研究

肖直，屈小平
（湖南普惠环境科技有限公司，湖南长沙410215）

【摘要】分别对餐厨垃圾预处理+生物质成型燃料与预处理+厌氧产沼2种处理工艺和能源化利用进行阐述，并对其能量进行对比，研究表明预处理+生物质成型燃料比预处理+厌氧产沼工艺能源化利用更彻底，能量利用率更高，更具有投资经济性。

【关键词】生物质成型燃料；厌氧产沼；低位热值

1　预处理+生物质成型燃料餐厨垃圾处理工艺

1.1工艺原理

餐厨垃圾经过预处理脱油脱水后，渣料中C∶H 为6∶9，易于燃烧；N、S元素含量较低，燃烧烟气中相应NOx、SO2含量较少。成型燃料燃烧更稳定，易于储存。

1.2处理工艺

将收集车收集的餐厨垃圾投入到受料仓，通过其底部螺旋输送机输送到一体机，在一体机中将餐厨垃圾进行破碎和筛选，筛上物外运进行填理处理。筛下物即浆料，制备好的浆料由泵送至换热器进行加热。加热所用热源由生物质燃烧炉燃烧产生的中温烟气，加热后的浆料送入保温贮存罐进行蒸煮保温，保温后由泵送至三相分离机，分离出渣料、废水、油脂。

分离出的渣料含水率为80%，机械脱水至含水率为55%，再用170℃的烟气进行干化处理，控制渣料含水率为10%左右，渣料制作成生物质成型燃料；废水处理中产生沼气；废油脂送至专业厂家炼制生物柴油。得到能量由废油脂、生物质成型燃料和沼气3部分组成。消耗能量由餐厨垃圾预处理加热和渣料烘干2部分组成。

2　预处理+厌氧产沼餐厨垃圾处理工艺

餐厨垃圾经收运车辆收集运输至场区，经计量系统称重计量，餐厨垃圾收运车进入预处理车间卸料大厅，将餐厨垃圾卸入投料仓，通过无轴螺旋输送机输送至组合分拣机进行初分拣。分拣得到的物料进入卧式碎浆除杂机。经处理后的物料经高温蒸煮、压榨等处理，得到滤液和粗固形物。滤液经三相分离系统分离出的废油脂送至专业厂家炼制生物柴油，分离出的固形物与废水暂存池回流废水混合，调节含固率及pH至合适范围后进入厌氧发酵罐，从而产生沼气。

厌氧发酵后产生的沼气经提纯是一种清洁的燃料，可为预处理加热系统提供热量或用来发电。得到能量由废油脂和沼气组成。消耗能量由餐厨垃圾预处理加热和沼气提纯过程中损耗组成。

3　工艺技术参数

餐厨垃圾输送到一体机，在一体机中将餐厨垃圾进行破碎和筛选，同时补充部分热水，筛上物外运进行填理处理。筛下物即浆料，制备好的浆料进行加热。浆料从t1=15℃升温至t2=85℃，加热后的浆料送入保温贮存罐进行蒸煮保温，保温后由泵送至三相分离机，分离出渣料、废水、废油脂。每吨餐厨垃圾经预处理得到1 000 kg浆料；每吨餐厨垃圾三相分离出来含水率80%的固渣230 kg，机械脱水至含水率55%的渣料m4=102 kg，渣料用燃烧炉余热170℃烟气烘干后固渣含水率10%为m2=51 kg，含水率10%渣料制作成生物质成型燃料。

根据经验每1 m3沼气可提纯0.5 m3天然气，天然气热值为q3=35 581 kJ/m3［1］。气中甲烷含量达50%～75%，沼气热值为20000～22000kJ/m3［2］。目前国内投入运行的餐厨垃圾厌氧发酵处理厂每吨餐厨垃圾的沼气产量为V2=72.2 m3，热值取q4=21 000 kJ。技术参数见表1。

表1　工艺技术参数

餐厨垃圾废水中主要污染成分是微量的食物残渣、动植物油，以淀粉类、食物纤维类、动物脂肪类等有机物为主要成分，COD取52 000 mg/L，即为ρ1=53 kg/m3，其水质见表2。

表2　餐厨垃圾废水水质（中试检测结果） mg/L

理论上，在标准状态下，1 mol甲烷，相当于2 mol（或64 g） COD，还原1 kg COD相当于生成0.35 m3甲烷［3］，沼气中甲烷的含量一般占总体积的 50%～75%。则初步计算 1 kg COD产生0.34～0.644 m3的沼气，取每1 kg COD产生沼气为v/1=0.55 m3，餐厨垃圾预处理需要加入部分热水，每吨餐厨垃圾处理产生1 m3废水，则1 m3废水产生沼气量为v1=ρ1v/1，即为29.15 m3。

4　计算与讨论

工艺1采用“预处理+生物质成型燃料”得到能量由废油脂Q1、生物质成型燃料Q2和废水中产沼气Q3组成，消耗能量由餐厨垃圾预处理加热Q4和渣料烘干Q5分组成。

工艺2采用“预处理+厌氧产沼”得到能量由废油脂Q1和全物料厌氧产生的沼气Q/22部分组成，消耗能量由餐厨垃圾预处理加热Q4和沼气提纯损耗Q/5组成。工艺1和工艺2能量得失见表3、4。

表3　工艺1能量得失

工艺1得到总能量为2 442 980 kJ，工艺2得到总能量为2 488 700 kJ；工艺1剩余能量为2 044 547 kJ，工艺2剩余能量为1 962 974 kJ；工艺1剩余能量与得到总能量之比为83.7%，工艺2剩余能量与得到总能量之比为78.9%。

5　结论

1） 餐厨垃圾经三相分离后得到渣料中有机物燃烧性良好，预处理+生物质成型燃料能源化利用彻底，工艺简单，操作可控；预处理+厌氧产沼工艺复杂，投资巨大，产生了甲烷易燃气体，消防安全等级及管理要求高。

2） 虽然预处理+厌氧产沼工艺得到总能量高于预处理+生物质成型燃料工艺，但是预处理+厌氧产沼工艺剩余能量低于预处理+生物质成型燃料工艺。同时预处理+生物质成型燃料工艺的剩余能量与得到总能量之比为83.7%；预处理+厌氧产沼工艺剩余能量与得到总能量之比为78.9%。这说明预处理+生物质成型燃料工艺在运行过程中能量损耗少，能量利用率高，更具有投资经济性。

参考文献：

［1］ 皮耐安.CO和H2直接合成高热值燃料气体的研究：钴系催化剂的工艺条件试验［J］.上海师范大学学报：自然科学版，1984 （3）：57-62.

［2］ 某大型秸秆沼气集中供气工程初步设计［EB/OL］.［2013-01-19］. http：//www.zhaoqiweb.com/zhaoqijishu/zhaoqigongcheng/a201311 9153616.html.

［3］ 钱易，米祥友.现代废水处理新技术［M］.北京：中国科学技术出版社，1993.

中图分类号：X799.3

文献标识码：A

文章编号：1005-8206（2016）02-0069-03

作者简介：肖直（1982—），工程师，主要从事热量研究与设计工作。

收稿日期：2015-08-17

Comparative Study on Energy Utilization by Kitchen Waste Treatment Processes of Two Types of Kitchen Waste Treatments-Pretreatment+Biomass Briquette Fuel and Pretreatment+Anaerobic Biogas

Xiao Zhi，Qv Xiaoping
（Hunan Pratt&Whitney Environment Technology Limited，ChangshaHunan410215）

【Abstract】Two typesof treatment processesof kitchen waste，pretreatment+biomassbriquette fuel and pretreatment+ anaerobic biogaswere introduced and compared，including processprinciple and energy utilization.The study indicated that the energy utilization ofpretreatment+biomassbriquette fuel wasmore effective and complete and had more economic value.

【Key words】biomassbriquette fuel；anaerobic biogas；low calorific value