西安市餐厨垃圾提油废水的资源化利用

俞敏洁，郭逸帆，王钰博，雷俊强

（维尔利环保科技集团股份有限公司，江苏 常州 213125）

2014年，西安市成为国家第四批餐厨废弃物资源化利用和无害化处理试点城市，规划建设4 座餐厨垃圾处理厂，其中，西安市餐厨垃圾资源化利用和无害化处理项目（简称西安餐厨项目）是第一座建成的餐厨垃圾处理厂。该项目位于西安市西咸新区，占地约3.33 hm2，分两期建成，一期处理餐厨垃圾200 t/d+地沟油20 t/d，二期处理餐厨垃圾200 t/d，总投资约为2.78 亿元，其由西安维尔利环保科技有限公司以建设-拥有-经营（BOO）模式投资、运营和管理。

1 项目的基本情况

本项目一期于2018年建成投产，采用“预处理+湿式中温厌氧”工艺。餐厨垃圾经过分选、浆化、提油等预处理后产生有机浆液（简称提油废水），提油废水进入湿式中温厌氧发酵产沼，沼气发电自用，余电上网，剩余沼液、沼渣进行无害化处理。项目运营发现，提油废水的有机质含量高，使得厌氧产沼量也特别高，总产气量超过沼气发电机组的设计容量，每天富余4 000 Nm3沼气，只能通过火炬燃烧处置，造成资源浪费。另外，餐厨浆液在提油之前需要加热至80 ℃，但提油废水进入中温厌氧反应器又需要冷却至35～40 ℃[1-2]，升温和降温的过程带来能源浪费。针对这些问题，二期采取一系列措施对提油废水进行资源化利用，降低厌氧进料的有机负荷，高效回收多余有机质，同时充分利用提油废水余热，降低项目运行能耗。

2 提油废水组分及物理特性

根据2019年本项目一期运营数据，提油废水的组分及物理特性如表1所示。结果显示，西安市餐厨垃圾提油废水有机质含量、油脂含量及温度均较高，蕴含的丰富资源可供深度挖掘和回收利用。

表1 一期提油废水组分及物理特性

3 两期工程的工艺流程及物料平衡

汇总并整理西安餐厨项目运营数据，得到一期、二期的工艺流程及物料平衡图，如图1所示。两期工程在提油废水的资源化方面存在较大差异，一期仅对提油废水进行厌氧产沼发电，而二期的资源化利用途径更加多样，资源化程度更高。后文将对二期采用的提油废水资源化利用方案进行详细介绍。

图1 西安餐厨项目一期和二期的工艺流程及物料平衡

4 提油废水资源化利用方案详述

4.1 厌氧产沼发电

采用厌氧发酵技术处理提油废水并产生沼气是当前的主流资源化方法，也是西安餐厨项目应用的主体资源化工艺。厌氧产生的沼气发电自用，余电上网，并对发电机余热利用，通过蓄热器缓存余热，最终以蒸汽形式为餐厨垃圾预处理系统连续供热。如图1所示，在满负荷情况下，一期预处理系统产生提油废水200 t/d，全量进入厌氧系统，总沼气产量为20 000 Nm3/d，其中约16 000 Nm3/d 用于沼气发电，其余沼气火炬燃烧，总发电量约为35 000 kW·h/d，同时余热利用产蒸汽约25 t/d，所发电量和所产蒸汽均满足项目生产需求，剩余电量上网销售。二期更加合理地分配提油废水，降低厌氧系统处理负荷，沼气产量为16 000 Nm3/d，无多余沼气需要火炬燃烧，发电量和蒸汽产量与一期持平。总的来说，厌氧产沼发电可实现提油废水中绝大部分生物质能的资源化利用，但厌氧系统处理规模与能源转化系统设计容量不匹配，会带来一定的资源浪费。

4.2 作为稀释水回用

餐厨浆液在提油前需要除砂除杂，以免砂砾、细杂对提油设备及管路造成堵塞、磨损。一期浆化处理产生的浆液TS 在16%以上，高含固浆液的除砂除杂处理效果欠佳，为优化工艺，一期向除砂除杂进料添加自来水，作为稀释水降低进料TS，提高除砂除杂效果，同时作为淋洗水，将砂砾和细杂上的油脂淋洗出来，提高提油率，但系统外来水的引入无疑增加后端厌氧系统的处理量。而二期设计充分考虑这一点，改用提油废水作为稀释水回流至前端，将除砂除杂进水TS 控制在15%以下，从而提高除砂除杂效果；高温提油废水回流淋洗，可使绝大部分动物油脂融化，降低浆料黏度，使得砂砾和细杂携带出系统的油脂量减少，相应地，餐厨垃圾的提油量提高20%（一期餐厨垃圾提油10 t/d，二期提油12 t/d）；由于提油废水是系统内部水，它的回流不会增加后端系统的处理量，并且减少自来水用量约10 t/d（见图1），节约水资源。

4.3 作为生产冲洗水回用

餐厨垃圾预处理系统存在许多工艺环节，如螺旋沥水段筛网、容易积砂的自流管路等，为避免筛孔堵塞或管道淤堵，要用自来水进行冲洗。一期冲洗水用量约为15 t/d（见图1），这部分冲洗水最终会进入后端系统，增加后端系统的处理量。二期设计改用提油废水作为生产冲洗水。提油废水温度较高，可降低堵塞物的黏度，再通过高扬程水泵输送，其带有一定冲击力，冲洗效果佳。

4.4 进行余热利用

餐厨垃圾富含油脂，加热提油是餐厨垃圾预处理系统的重要工段，加热提油机进料浆液有利于提油工段最大化回收油脂。一期将餐厨浆液蒸汽直喷加热至80 ℃，此过程消耗大量蒸汽。加热后的浆液经过提油工段处理，出水温度仍有75 ℃，提油废水在进入中温厌氧反应器之前需要冷却至35～40 ℃，这个冷却过程造成余热散失。二期则通过列管换热的方式，将冷态的提油进料与热态的提油废水进行换热，预加热餐厨浆液的同时冷却提油出水，从而将提油废水的余热充分利用。通过合理设计进料泵流量、换热器换热面积等参数，提油废水的温度可降至43 ℃，再辅以管道沿程热损失，进入厌氧罐的提油废水温度可基本满足中温厌氧的要求，无须二次冷却，此外，可将提油进料预热至40 ℃，减少大约36%的蒸汽用量（一期蒸汽用量为25 t/d，二期为16 t/d），节约的蒸汽可供给厂区淋浴、采暖等生活系统使用。

4.5 作为沼液生化处理的碳源

西安餐厨项目提油废水经过厌氧反应后，沼液的C/N 严重失调，C/N 失调会抑制后端膜生物反应器（MBR）反硝化菌的培养，造成MBR 无法稳定运行[3-5]。一期主要通过投加商品碳源调节MBR 进水的C/N，该方法碳源用量较大，药剂成本较高。二期采用提油废水作为补充碳源，替代部分商品碳源，节约碳源成本50%以上（商品碳源用量一期为1.78 t/d，二期为0.89 t/d）。此外，将部分提油废水超越厌氧系统至MBR 作为碳源，降低厌氧系统的处理负荷，减少沼气产量，避免多余沼气火炬燃烧带来的资源浪费。

5 结论

餐厨垃圾提油废水是一种二次资源，西安餐厨项目将其充分资源化、能源化利用，真正做到变废为宝。厌氧产沼发电、用作稀释水、用作生产冲洗水、余热利用、用作沼液生化系统碳源是可行的提油废水资源化方式，在二期成功应用，为项目带来可观的经济效益。二期发电量与一期持平，厌氧产沼发电量为35 000 kW·h/d，相较于一期，二期节约用水25 t/d，节省蒸汽36%，节省碳源50%，提高提油量20%。