由于泔水中异物过多,需要在处理之前系统来进行破碎并自动筛选,将垃圾中不能被资源化利用的成分如筷子、塑料袋、瓶盖等异物质自动分拣出来,同时将经过分选后的餐厨垃圾均匀破碎成小颗粒。
破碎后的餐厨垃圾,通过螺旋挤压压缩去除其中水分和盐分,脱水后的含水率低于75%,投放的垃圾减量60%,可去除75%以上的盐分。分离后的固体餐厨垃圾进入饲料原料生成系统,液体除油后将进入污水处理系统。油脂可进一步加工为油酸,作为工业用油的原料。
干燥工序后的高温产出品输送到冷却筛选系统来进行冷却处理和二次筛选,分离出破碎筛选中遗漏的金属、骨头等细小异物质,经常温冷却处理,确保生成的饲料原料质量。
将生成的饲料原料从大颗粒粉碎成均匀的粉末状,压缩成型后采用统一规格的包装打包,作为饲料原料供给饲料加工厂。
所有餐厨垃圾卸料后,会先临时储存到接料斗内。接料斗的体积为60立方米,可容纳24辆餐厨垃圾车的载运量。餐厨垃圾会通过螺杆输送器输送到锤式破碎机,经过粉碎后的餐厨垃圾一定要通过除砂系统将砂石去除后,再进入水解池。整个餐厨垃圾进料系统的设计处理量为10吨/小时。
湿式发酵反应器是完全混合式圆柱型反应器,采用拱顶,底部是倾斜式。反应器采用钢结构。反应器的混凝土基础是普通的倾向底部中心结构。根据设计温度与大气温度最低温差,反应器有必要进行隔热处理,罐外部有绝缘保温层。由于本方案所选用的厌氧细菌的温度范围为33-39℃,故称为中温反应器。为补偿热损失和反应器中料液的加热,在反应器内双向气流管上安装有内部热循环装置,用以保持处理温度在39℃左右,热量由沼气发电产生的余热提供。
目前餐厨垃圾处理的主要技术包括填埋、焚烧、厌氧消化、好氧堆肥、直接烘干作饲料和微生物处理技术,下面对以上几种技术介绍如下:
其缺点是占用大量土地,耗用大量征地等费用;填埋场占地面积大,解决能力有限,服务期满后仍需新建填埋场,进一步占用土地资源;餐厨垃圾的渗出液会污染地下水及土壤,垃圾堆放产生的臭气严重影响空气质量,形成不可逆的对周围大范围的大气及水土的二次污染;没有对垃圾进行资源化处理。
其缺点是没办法避免蛋白同源性问题,产品质量没有保障,用作饲料存在一定隐患。
微生物处理技术是选取自然界生命活力和增殖能力强的高温复合微生物菌种,在生化处理设备中,对畜禽肉品、过期食品、餐厨垃圾等有机废弃物进行高温高速发酵,使各种有机物得到完全的降解和转化;不仅解决了各类有机物及时、彻底、无害化处理,减少人畜交差感染和环境污染,同时通过资源循环系统工程,产出高活菌、高能量、高蛋白的固体再生资源---活性微生物菌群;这些菌群按照不同的配方和特殊的工艺,经过深加工制成高品质的微生物肥料菌剂和生物蛋白饲料,应用在有机、绿色生态农业和畜禽、水产养殖业,实现资源循环再利用。通过微生物技术的应用使环保产业、现代都市农业产业协同发展,实现了完全的产业化运作,其高度的安全性和经济性,为城市解决土壤、水质、面源污染、食品安全提供了有效的解决方案。
反应器的混合是采用一个位于内部中心的导流管,使气体循环流动。厌氧发酵两个阶段之间在导管内外存在密度差,加上泵的抽吸作用,沼气在反应器内产生垂直循环流动(内部循环反应器)。浆液在中心导流管内的上升和在管外的下降形成循环。在液面下一定位置注入循环沼气,产生垂直方向的气液两相流动。气动搅拌系统使得反应器能够使用平底底盘。
厌氧消化是无氧环境下有机质的自然降解过程。在此过程中微生物分解有机物,最后产生甲烷和二氧化碳。影响反应的外因主要有温度、pH值、厌氧条件、C/N、微量元素(如Ni、Co、Mo等)以及有毒物质的允许浓度等。
厌氧消化是在厌氧微生物作用下的一个复杂的生物学过程,在自然界内广泛存在。厌氧微生物是一个统称,包括厌氧有机物分解菌(或称不产甲烷厌氧微生物)和产甲烷菌。在一个厌氧反应器内,有各种厌氧微生物存在,形成一个与环境条件、营养条件相对应的微生物群体。这些微生物通过其生命活动完成有机物厌氧代谢过程。
预处理的基本功能是对餐厨垃圾的来料进行计量、受料、分选和输送。以基本解决无机物和有机物的分类。
餐厨垃圾在运至处理厂后,首先经电子地衡称重计量后,卸入预处理车间的卸料槽中,经板式破袋给料机破袋后,将餐厨垃圾输送到自动分选机中进行分选,筛上物的物料将被集中收集后送填埋场填埋处置,筛下物料将进入湿料缓冲仓,进入生化处理段。来料输送、破袋、分选等整个处置过程是在全封闭的状态下完成。环境臭气被收集系统的统一收集后,送往生化处理系统处理。
与填埋技术一样,餐厨垃圾焚烧处理技术在国内也没有成功应用的先例,其主要优缺点如下:
其缺点是对垃圾低位热值有一定要求;餐厨垃圾水分含量高会增加焚烧燃料的消耗,增加处理成本;焚烧厂垃圾贮坑储存,会增加坑内的浸出水量。
由于生活小习惯不同及餐厨垃圾收集分类程度的不同,我国餐厨垃圾与国外餐厨垃圾差异较大,其特点是热值低、含水量高,很难进行焚烧处理,例外焚烧处理投资过高,国内外应用经验较少,不是餐厨垃圾处理的主流技术。
其缺点是对有害有机物及重金属等的污染无法很好解决、无害化不彻底;处理过程不封闭,易引起二次污染;有机肥料质量受餐厨垃圾成分制约很大,销路往往不畅;堆肥处理周期较长,占地面积大,卫生条件相对较差。
饲料化处理技术主要是采用物理手段将餐厨垃圾经过高温加热,烘干处理,杀毒灭菌,除去盐分等,可以最终生成蛋白饲料添加剂、再生水、沼气等可利用物质。国内应用代表工艺:宁波开诚。
微生物菌种个数达到108cfu/g以上,微生物处理技术选取自然界具有新陈代谢活力、增殖、作用能力强的天然复合微生物菌种,包括芽胞菌、放线菌、乳酸菌、酵母菌等十几种菌种,以一定的比例加入发酵,复合菌协同作用,增速繁殖,保证了发酵产品中的菌数。原料经过微生物的生长代谢已发生了分解转化,故不存在蛋白同源性问题。应将大分子蛋白位点经过微生物发酵全部转变小分子蛋白位点,即全部转变成为小分子蛋白和小肽等更容易被吸收的蛋白,而不再是原来的动物源性蛋白和植物源性蛋白。
装满餐厨垃圾的集装箱由桥式起重机吊起,转移到卸料装置上,将餐厨垃圾给入复合式筛分机内,该筛分机按粒径大小,将餐厨垃圾分为筛上部分和筛下部分,筛上部分主要为一次性筷子、塑料袋、骨头等,该部分物料给入人工拣选的带式输送机上,人工拣选的带式输送机上配置有磁选机,通过磁选机选出铁质金属回收利用,其他不可回收的物料送填埋场填埋。筛下部分进入下一道工序。
在当前土地资源紧缺、人们对环境影响的关注度慢慢的升高的大前提下,填埋处理技术明显不适合我国餐厨垃圾的真实的情况,因此不做详细介绍。但作为餐厨垃圾分选处理后不适宜生化处理的物料一种最终处理手段,是餐厨垃圾处理的一个必要环节。
焚烧是垃圾中的可燃物在焚烧炉中与氧进行燃烧过程,焚烧处理量大,减容性好,焚烧过程产生的热量用来发电能轻松实现垃圾的能源化。但由于餐厨垃圾70%以上为液体部分,热值较低,不适合用来发电;同时燃烧会产生烟气等大量有害气和有害烧结渣等固体残渣,从一种污染转化为另一种更为严重、更广泛的污染。
利用堆肥处理技术来处理餐厨垃圾是餐厨垃圾处理的方式之一,其工艺流程图如下图所示:
城市餐厨垃圾收集系统的收集车将餐厨垃圾运至处理厂,经地磅称重后进入接受与存储车间进行卸料。接受与存储车间分为卸料区和存储区。在卸料区内,收集车将餐厨垃圾卸入为接料斗内,料斗装满后,移入存储区。料斗在卸料区和储存区的倒运由车间内桥式起重机完成。
为保证标准化操作,进入生化处理设备中的餐厨垃圾第一步是要加入调整材调节其含水率,在配以特殊的比例的微生物原菌后,一般要经过几个小时的发酵及干燥,经干燥冷却后的物料含水率≤13%以下。经灭菌和稳定熟化后的物料,通过出料口排入密封的皮带输送机中,然后输送至后处理车间。
物料经脱水机进行固液分离,固含量较高的物料进入下一工序进行堆肥处理。高油脂废水经过除油后进入污水处理设备,达标后排放。
原生垃圾经过预处理后,首先送发酵隧道内发酵。发酵隧道为密闭厂房式构筑物,下设通风排水道。发酵隧道由装载机进出料。
卸入隧道内的垃圾由装载机堆高,保持隧道内垃圾平均高度达到一定高度,保证适宜的湿度。发酵采用鼓风机强制通风供氧。鼓风机采用变频调速,根据发酵仓内料堆的温度调节鼓风机的转速,以保证料堆内氧浓度不低于10%。垃圾在发酵仓停滞时间为25~30天,然后用装载机将其送到后处理系统。
经过破碎筛选和脱水处理后的餐厨垃圾进入饲料原料生成系统。该设备采取间接加热的方式,确保原料营养成分不被破坏并有效杀灭有害菌。加热温度控制在90℃-120℃之间。处理后的原料经冷却筛选机进行冷却和二次筛选,并再次粉碎,生成含水量低于13%的蛋白饲料添加剂。核心设备单机日处理量为100--125吨,可根据来料和空间资源灵活安装和配置。
其缺点是工程投资大,占地较大;设施安装调试相对困难,工艺较复杂;产生的沼液量较大,处理难度大,无害化程度不高,产品销路不好;经营成本高。
高温堆肥是在有氧的条件下,依靠好氧微生物(主要是好氧细菌)的作用来进行的。在堆肥过程中,有机废物中的可溶性有机物质可透过微生物的细胞壁被微生物直接吸收,而不溶的胶体有机物质,先被吸附在微生物体外,依靠微生物分泌的胞外酶分解为可溶性的物质,再深入细胞。微生物通过自身的生命代谢活动,进行分解代谢(氧化还原过程)和合成代谢(生物合成过程),把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物,并放出生物生长、活动所需要的能量,把另一部分有机物转换合成新的细胞物质,使微生物生长繁殖,产生更多的生物体。
生物气体自生物反应器产生后,会先行通过化学脱硫系统将其中的硫化氢去除,由于硫化氢有很强的腐蚀性,为保护热电联产系统,因此就需要去除生物气体中的硫化氢。净化的生物气体会先送到沼气储罐。储罐设有高压保护系统,同时还设有冷凝水的收集系统。
在沼气储罐内的生物气体,部分会通过风机输送到热电联产系统,部分会经过压缩后回流到生物反应器内作为搅拌气体使用。
微生物处理是该种处理技术的核心技术,微生物处理技术微生物菌的发酵原理是以餐厨垃圾作为培养基(调整碳氮比为25:1)、按照特殊的比例投入复合菌种,在一定的PH值、发酵温度、含水率的条件下,进行短时间的好氧发酵,促进微生物菌分裂增殖速度达到对数级,实现转化蛋白的作用,降低含水率,使微生物菌在此时生成芽孢体,进入休眠状态,能够很好的保存产物。
翻堆机进行定时翻堆,每隔两天翻堆一次,并进行通风和引风,增加发酵的含氧量,及时抽走产生的废气。
粗堆肥料再被运往弹跳筛进行筛分处理,通过弹跳筛筛分后,粗堆肥物料可按粒径及比重的不同分为大于12mm和小于12mm两大类, 筛下物Ф<12mm的即为成品肥,暂时储存在精堆肥存放场中,可对外出售。筛上物Ф>12mm的物料送填埋场填埋处理。
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