餐厨垃圾一体化处理系统设计

张 勇

（1.厦门大学嘉庚学院环境科学与工程学院；2.河口生态安全与环境健康福建省高校重点实验室，福建 漳州 363105）

餐厨垃圾主要包括餐饮垃圾和厨余垃圾，是城市生活垃圾的重要组成部分，占城市生活垃圾的37%～62%，且所占比例逐年升高。随着中国居民消费水平不断提高，餐饮业日益繁荣，我国餐厨垃圾数量巨大且呈快速上升趋势。2020年，餐厨垃圾产生总量达12 775万t，2021年，餐厨垃圾的产生量持续增加。餐厨垃圾通常具有显著的危害和资源的二重性：危害性表现在对环境的污染、影响市容、威胁人体健康、引发社会问题；资源性表现在其可转化为清洁能源、有机肥、生物饲料等，可以缓解能源危机，达到资源再生的目的。国家自2000年起开始颁发餐厨垃圾管理政策，至今已初步形成了餐厨垃圾管理和处理的政策体系。近年来，全国多个省（自治区、直辖市）制定了餐厨垃圾管理条例，部分地区启动了餐厨垃圾资源化利用和无害化处理试点城市项目，积极推动了设区城市餐厨垃圾的分类收运和处理，加强了城市餐厨垃圾管理制度化建设。但是，餐厨垃圾处理实施进度仍然较为缓慢，低于市场预期。

餐厨垃圾的化学组成包括纤维素、淀粉、蛋白质、无机盐和脂类等，其中，米面类食物的残余、动植物油、蔬菜、骨头等有机物质极易滋生细菌和病菌，腐败变质，产生二氧化碳和甲烷等气体。目前，国内餐厨垃圾处理方式多为传统的集中填埋、焚烧、好氧堆肥和厌氧消化等，并未有飞跃性突破。餐厨垃圾含水率和有机物含量高，而且其可能含有大量致病菌，未经处理不能直接填埋。此外，餐厨垃圾填埋后期产生的渗滤液和臭气会对周围土壤与大气产生不可逆的二次污染，进而导致全球气候变暖。餐厨垃圾含水率高且燃烧热值低，焚烧会产生大量有害气体，不适合采用焚烧法处理，其高可降解有机质含量也增加了填埋难度和二次污染风险。好氧堆肥处理能力大，但升温时间长，处理成本较高，影响其市场化推广。厌氧消化工艺复杂，工程投资较大，产生的沼液需要处理，但是其有机负荷高，产生的沼气能回收能源，实现资源化利用。此外，餐厨垃圾处理过程中产生的废气、废水等也对周边环境产生一定污染，因此要对废气、废水等进行处理，达标后方可排放。

本文综合设计了餐厨垃圾一体化处理系统，该系统通过整合改造后实现餐厨垃圾的顺序处理，包括提升进料、破碎、油污分离、废水/废气处理、热泵烘干、微生物处理和出料堆肥，其占地面积小、使用方便、处理效果好，对于组分复杂的餐厨垃圾也能够进行有效处理，并且可以将处理后的剩余物质充分回收利用，进而提高经济效益。

1 系统整体设计

餐厨垃圾一体化处理系统以餐厨垃圾作为处理的原料，以市场需求为导向，包括预处理系统、可编程逻辑控制器（PLC）控制系统、发酵系统、废水和废气处理系统五个主要部分（见图1），涵盖提升进料、破碎、油污分离、废水/废气处理、热泵烘干、微生物处理和出料堆肥等高效降解餐厨垃圾的设备，实现餐厨垃圾处理的减量化、无害化和资源化。

图1 餐厨垃圾一体化处理系统总体设计

本设计将储热式热泵蒸汽机组与高温微生物菌种结合在一起，实现高温好氧发酵。在餐厨垃圾干化过程中，餐厨垃圾中的油脂、盐以及各种洗涤剂、消毒剂等有毒化学物质得到有效降解，使其无害化。储热式热泵蒸汽机组可代替传统的燃煤和蒸汽烘干设备，它是一种高效环保的节能设备，可以提供高温热源，不受环境温度影响，有效地降低干燥费用。

2 工艺流程设计

微生物处理技术在国内外逐渐兴起，与传统处理技术相比，它具有明显的优势。微生物处理技术将餐厨垃圾就地处理，餐厨垃圾处理较彻底，垃圾总质量减少约90%，残留物可以制成有机肥，很大程度上实现了资源的循环利用，促进了资源的节约。

经设计，餐厨垃圾处理工艺流程如下：餐厨垃圾经过提升后被破碎机破碎，固体垃圾经过脱水机脱水后实现固液分离，固体进入储热式热泵蒸汽机组进行微生物高温发酵，发酵后的残渣经除臭处理和脱油脱盐处理即可得到有机肥。固液分离后的液体进入废水处理系统，首先经过油水分离系统，将油、水分离，废水进入纳米晶石过滤吸附系统，再进入生态微型污水处理系统净化后达标排放。发酵过程产生的废气收集后进行微波等离子体裂解处理、生物除臭和超声波雾化处理，然后达标排放。

3 系统结构设计

餐厨垃圾一体化处理系统设计如图2所示。

图2 餐厨垃圾处理系统组成

餐厨垃圾装入进料筒，然后通过提升机进入固液分离装置内进行固液分离，分离后的液体进入油水分离装置进行油水分离，分离后的水进入废水处理装置，分离后的油污进入油污处理装置，固液分离后的固体通过固废传送装置进入脱水机进行脱水，热泵为脱水机提供动力，脱水后的固体进入出料筒，液体进入后续废水处理装置，产生的气体进入废气处理装置处理。

固液分离系统利用底部分离排渣技术，可有效地提高功效，实现杂物截留一次排空，舱门密封，跌水不漫溢。油水分离系统采用全断面过流方式，组合运用臭氧微型纳米气泡（MNB）技术与轮式机构刮油技术。全断面过流方式流道阻力小、过流面积大、液位差均衡，其更适应餐饮废水的水流特性；MNB技术有效地提高了功效，可以净化水质，促进有氧运动，减少酸臭味；轮式机构刮油技术有效地降低了运转噪声，驱动阻力小，能耗低，效率高，通道封闭不漫溢。残渣处理利用高温好氧发酵技术，将储热式热泵蒸汽机组与高温微生物菌种相结合，在餐厨垃圾干化过程中，油脂、盐以及各种洗涤剂、消毒剂等有毒化学物质得到有效降解，实现减量化、无害化和资源化。储热式热泵蒸汽机组是一种新型间歇式真空干燥设备，湿物料经传导蒸发，机组带有刮板搅拌器，不断清除热面上的物料，物料在容器内推移形成循环流，水分蒸发后由真空泵抽出。

4 废水、废气处理系统

废水处理主要将纳米晶石过滤和吸附技术与生态微型污水处理技术相结合。纳米晶石是一种新型多孔结构的无机蓄水材料，具备良好的污水调蓄能力，在自然条件下具有稳定的物化性能和表型特征，是一种绿色材料。纳米晶石的主要作用是保水的同时吸收污水中的有机物和化学需氧量（COD），并可以在适当条件下将其供应给植物生长。纳米晶石过滤吸附系统由纳米晶石层、碳基纳米晶砂层和种植土层组成，其利用纳米晶石中的气孔和碳纳米管有效吸收和缓释有机质和COD，并逐步供应给碳基纳米晶砂层，再利用碳纳米管的缓释输送功能将有机质和水分缓慢供应给土壤层。该系统在种植土层中加入微生物群落和植物，构建生态微型污水处理系统，利用土壤中的微生物和植物（如香根草）吸收水中的有机物和氮、磷等污染物。净化后的污水进入地表再循环系统，将生态环保与景观相耦合，利用观赏鱼、生态塘等实现污水的进一步净化。

低温干化过程中会产生有毒有害尾气。为了完全达到环保要求，餐厨垃圾一体化处理系统增加废气处理系统。废气处理系统由微波等离子体裂解处理、生物除臭和超声波雾化处理等模块组成。微波照射在金属吸附体材料上，金属吸附体材料对废气中的有毒有害物质进行吸附，并与微波作用发生放电反应，形成高温等离子体，高温等离子体在微波作用下对吸附有毒有害物质的吸附体进行微波等离子体裂解处理，使得有毒有害物质中的有机物还原成碳材料和石墨烯材料。净化后的废气再经过生物除臭和超声波雾化后排出。

5 结论

餐厨垃圾一体化处理系统通过高温好氧发酵将餐厨垃圾就地处理，生产有机肥，避免餐厨垃圾存储、清运、处理时产生的二次污染，很好地实现餐厨垃圾的减量化、无害化和资源化，使餐厨垃圾在源头上得到有效控制，变废为宝。餐厨垃圾处理过程会产生废水和废气，而餐厨垃圾一体化处理系统拥有独立的废水、废气处理系统，可大大减少餐厨垃圾渗滤液的污染，不会对周边环境产生负面影响，避免臭味影响居民生活。