中新天津生態(tài)城餐廚垃圾多元化資源利用模式探索

李　野，陳冠益，鄭福居，蔣玉廣，楊　偉

（1.天津大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，天津300072；2.天津生態(tài)城環(huán)保有限公司，天津300467）

中新天津生態(tài)城餐廚垃圾多元化資源利用模式探索

李野1，2，陳冠益1，鄭福居2，蔣玉廣2，楊偉2

（1.天津大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，天津300072；2.天津生態(tài)城環(huán)保有限公司，天津300467）

簡述了近年中新天津生態(tài)城餐廚垃圾產(chǎn)生量及變化趨勢；結(jié)合生態(tài)城實(shí)際情況，采取集中處理及分散處理相結(jié)合的方式，提出了餐廚垃圾多元化資源利用模式，并分析了餐廚廢棄油脂制備生物柴油、餐廚廢棄油脂制備皂粉、餐廚垃圾好氧發(fā)酵制備植物營養(yǎng)基、餐廚垃圾覆膜堆肥制備土壤調(diào)理劑4種工藝及應(yīng)用情況。

中新天津生態(tài)城；餐廚垃圾；資源利用

1　餐廚垃圾概況

天津生態(tài)城環(huán)保有限公司自2012年取得城市生活垃圾收集運(yùn)輸服務(wù)許可證，一直負(fù)責(zé)中新生態(tài)城內(nèi)各類城市生活垃圾的清掃、收集及運(yùn)輸業(yè)務(wù)。目前收集的餐廚垃圾主要涵蓋已建成的飲食服務(wù)商業(yè)區(qū)和常駐單位食堂（涵蓋生態(tài)城內(nèi)所有學(xué)校食堂、企事業(yè)單位餐廳等20余家）。生態(tài)城餐廚垃圾產(chǎn)生量見圖1。

圖1　2013—2015年生態(tài)城餐廚垃圾產(chǎn)生量

由圖1可知，2013—2015年餐廚垃圾呈現(xiàn)逐年增加的趨勢，且年增長率分別達(dá)到61.45%、28.31%。截止到2016年，生態(tài)城入住人口達(dá)4萬余人，餐廚垃圾產(chǎn)生量約120 t/月。

2　餐廚垃圾多元化資源利用模式

根據(jù)《中新天津生態(tài)城基礎(chǔ)設(shè)施專項(xiàng)規(guī)劃-環(huán)境衛(wèi)生工程專項(xiàng)規(guī)劃》，規(guī)劃在生態(tài)城內(nèi)建設(shè)1座有機(jī)垃圾資源化中心，集中處理生態(tài)城內(nèi)產(chǎn)生的餐廚垃圾以及居民家中產(chǎn)生的廚余垃圾。但是鑒于目前生態(tài)城人口較少且分散，生態(tài)城采取集中處理及分散處理相結(jié)合的方式，按照就近處理的原則，將餐廚垃圾進(jìn)行多元化資源利用方式進(jìn)行處理。

2.1餐廚廢棄油脂制備生物柴油技術(shù)

生態(tài)城在環(huán)衛(wèi)之家試制1套生物柴油制備中試設(shè)備，開展餐廚垃圾廢油油脂制備生物柴油研究及示范，其主要技術(shù)優(yōu)勢在于利用固體新型催化劑代替?zhèn)鹘y(tǒng)的液態(tài)催化劑，避免對設(shè)備的腐蝕，降低生產(chǎn)成本，主要產(chǎn)品為生物柴油粗產(chǎn)品。其制備工藝如圖2所示。

圖2　餐廚垃圾廢棄油脂制備生物柴油工藝路線

利用廢油油脂制備生物柴油主要步驟：①油脂預(yù)處理。原料油經(jīng)40目濾網(wǎng)過濾出大型固體雜質(zhì)，進(jìn)入計(jì)量毛油池，經(jīng)真空吸入酯化脫水釜，加熱到100℃，真空脫水30 min，油脂水分含量＜0.2%。②酯化反應(yīng)階段。油脂泵入酯化反應(yīng)釜，升溫至120℃，按比例加入催化劑，打開甲醇泵定量加入甲醇，反應(yīng)釜在120℃維持1 h，取樣測定，達(dá)標(biāo)后停止加入甲醇，反應(yīng)結(jié)束，脫醇30 min，酯化完成，多余甲醇經(jīng)冷凝器回收進(jìn)入廢甲醇儲(chǔ)存罐［1］。③酯交換反應(yīng)。將酯化好的甲酯利用過濾泵進(jìn)行增壓過濾，濾出固體催化劑及雜質(zhì)，進(jìn)入酯交換反應(yīng)釜進(jìn)行酯交換反應(yīng)。提前進(jìn)行醇堿混合，將混合好的醇堿加入酯化反應(yīng)釜內(nèi)，反應(yīng)溫度控制在65℃左右，反應(yīng)1 h后，升溫到95℃脫醇30 min，酯交換反應(yīng)完成，甲醇冷凝回收。④蒸餾提純成品。酯交換反應(yīng)甲酯進(jìn)入沉降罐，靜置4 h分離甘油，甘油下部排出，放入粗甘油池，粗甲酯等待蒸餾。粗甲酯經(jīng)真空吸入蒸餾釜后，加熱至200℃，真空下（-0.1 MPa）進(jìn)行前餾分蒸餾。前餾分蒸餾經(jīng)冷凝器冷凝回收進(jìn)入前餾分儲(chǔ)存罐。待前餾分蒸餾完成后關(guān)閉前餾分儲(chǔ)存罐閥門，打開成品甲酯儲(chǔ)存罐閥門，升溫至270℃。經(jīng)填料塔分選后，經(jīng)冷凝器冷凝回收進(jìn)入成品甲酯儲(chǔ)存罐，得到精甲酯產(chǎn)品。

2.2餐廚廢棄油脂制備皂粉技術(shù)

生態(tài)城在環(huán)衛(wèi)之家試制1臺(tái)廢油油脂制備皂粉中試設(shè)備，開展餐廚垃圾廢油油脂制備皂粉的研究及示范。其利用廢油油脂制備皂粉主要步驟：①預(yù)處理。包括過濾除雜質(zhì)和加熱除味2部分。②皂化。將預(yù)處理后的廢油加熱至90℃，緩慢加入40%的氫氧化鈉溶液，攪拌，控制pH在8～9，反應(yīng)30 min。③鹽析。首先，加入體積分?jǐn)?shù)大約是皂化液15%的熱水（水溫與油溫相同或略高于油溫）；然后，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為油量10%的氯化鈉，加熱煮沸并攪拌10 min，靜置1 h，除去下層廢水，此時(shí)制得粗皂基。將皂化好的溶液倒入飽和氯化鈉溶液中，使硬脂酸鈉在鹽溶液中分離出來，形成分層，上層是肥皂，下層是甘油、過量的堿以及氯化鈉等。④水洗。在制得的皂基中倒入皂膠量1～1.5倍的熱水，加熱攪拌，煮沸3 min，靜置沉淀分離。⑤干燥粉碎。將水洗過的皂膠晾干粉碎，即得皂粉。

目前餐廚垃圾資源利用制備產(chǎn)品：皂粉、植物生長基等，在生態(tài)城內(nèi)開展垃圾分類活動(dòng)作為小禮品發(fā)放給生態(tài)城內(nèi)居民使用。

2.3餐廚垃圾好氧發(fā)酵制備植物營養(yǎng)基

餐廚垃圾固液分離后的固相部分，生態(tài)城采用餐廚垃圾好氧發(fā)酵機(jī)及覆膜堆肥對固相部分進(jìn)行處理。根據(jù)生態(tài)城餐廚垃圾產(chǎn)生量和氣力輸送系統(tǒng)分布情況，部分餐廚垃圾采用分散式餐廚垃圾資源化處理系統(tǒng)，其優(yōu)勢在于占地面積小、處理速度快、處理方式靈活等。餐廚垃圾由投料和出料裝置、熱力供應(yīng)系統(tǒng)、供氧與排氣系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、電控系統(tǒng)等組成。工作時(shí)，由投料口投入預(yù)處理后的餐廚垃圾原料，同時(shí)投入好氧降解菌種。物料在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)攪拌葉的攪動(dòng)下，在發(fā)酵室內(nèi)形成連續(xù)翻動(dòng)的循環(huán)狀態(tài)，保持物料受熱的均勻度和充足的供氧條件。設(shè)備的換熱裝置為布風(fēng)管提供干燥熱空氣，形成均勻的加熱空間，使物料充分傳熱、除濕。整個(gè)發(fā)酵、脫水過程中，供氧排氣系統(tǒng)不斷為物料提供新鮮空氣，滿足其好氧發(fā)酵工作要求。作業(yè)完成后，物料向設(shè)備中部聚集，從設(shè)備底部的出料口出料。餐廚垃圾處理過程中，設(shè)備采用程序自動(dòng)控制的方式，對發(fā)酵物料的溫度、壓力和供氧等進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)測和控制，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成物料發(fā)酵、干燥和冷卻，直至生產(chǎn)出高有機(jī)質(zhì)的有機(jī)肥產(chǎn)品，可用于土壤改良、種植植物等，實(shí)現(xiàn)餐廚垃圾無害化、減量化、資源化處理。2臺(tái)餐廚垃圾發(fā)酵機(jī)每臺(tái)運(yùn)行負(fù)荷為300 kg，實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷一般為260～290kg，2臺(tái)發(fā)酵機(jī)單次共產(chǎn)出綠肥為80～120kg，2016年截至目前為止，共計(jì)產(chǎn)出植物營養(yǎng)基3.61 t。

2.4餐廚垃圾覆膜堆肥制備土壤調(diào)理劑

生態(tài)城部分餐廚垃圾采用與城內(nèi)園林垃圾、生活污泥覆膜共堆肥技術(shù)制備鹽堿地改良劑。本技術(shù)的固體廢棄物包括餐廚垃圾、綠化垃圾和污泥共3大類，主體工藝采用“垃圾預(yù)處理+覆膜微曝氣好氧混合堆肥發(fā)酵”，利用堆肥產(chǎn)品開展鹽堿土壤改良研究。覆膜堆肥技術(shù)如圖3～4所示。主要工藝及步驟：①堆肥原料為污泥+園林綠化垃圾+餐廚垃圾，調(diào)節(jié)含水率40%～60%，有機(jī)物含量20%～60%，C∶N為20∶1～30∶1，堆體發(fā)酵溫度55～75℃，55℃至少維持5 d；堆體氧濃度＞10%；通風(fēng)量0.05～0.20 m3/min。②輔料為微生物菌劑、秸稈、木屑等干物質(zhì)。③系統(tǒng)設(shè)計(jì)。按物料不同配比及添加

不同腐熟劑接種量，進(jìn)行堆肥處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)（具體物料配比在檢測完堆肥物料理化性質(zhì)后確定），每個(gè)堆垛尺寸［長×（底寬∶頂寬）×高］為10m×（2m∶1 m）×1 m，發(fā)酵周期4～6周。④材料及設(shè)備。覆蓋膜4塊，尺寸［長×寬］為15 m×5.0 m（四邊各0.5 m裙邊）；通風(fēng)管8根，長10 m，φ160 mm；鼓風(fēng)機(jī)1臺(tái)，功率1.5 kW，電壓380 V，轉(zhuǎn)速2 800，流量860 m3/h，風(fēng)壓1 020 Pa；溫度檢測器8套及氧氣濃度檢測器8套；配電系統(tǒng)1套；其他翻拌工具。堆肥30 d后腐熟，在成品滿足有機(jī)肥料標(biāo)準(zhǔn)（NY525—2012）后，用于生態(tài)城內(nèi)綠化用土鹽堿地改良。

Mode Exploration of Diversified Resource Utilization of Food Waste in Sino-Singapore Tianjin Eco-city

Li Ye1，2，Chen Guanyi1，Zheng Fuju2，Jiang Yuguang2，Yang Wei2
（1.College of Environmental Science and Engineering，Tianjin University，Tianjin300072；2.Sino-Singapore Tianjin E－co-city Environmental Protection Co.Ltd.，Tianjin300467）

The food waste production and its trend in Sino-Singapore Tianjin Eco-city of the past few years were briefly introduced.Combined with actual status，we used the method of centralized processing and distributed processing combination，put forward the mode of diversified resource utilization of food waste and specifically analyzed four processes and their applications including using waste oil to produce biodiesel and soap powder，aerobic fermentation to produce plant nutrient，composting with film to produced soil conditioner.

Sino-Singapore Tianjin Eco-city；food waste；resource utilization

圖3　覆膜堆肥技術(shù)路線

圖4　膜覆蓋堆肥系統(tǒng)示意

X799.3；X705

B

1005-8206（2016）05-0092-03

2016-08-16

李野（1979—），高級工程師，博士，主要從事生活垃圾資源化技術(shù)研發(fā)工作。