一、概述
餐廚垃圾,即濕垃圾,是城市生活垃圾的一部分,兼具資源屬性和污染物屬性。我國餐廚垃圾具有高有機(jī)物含量、高含水率、高油、高鹽分等特點(diǎn)。同時,餐廚垃圾又具有難保存、易腐敗,難收集、易堵塞,難清理、易散味道,難轉(zhuǎn)運(yùn)、易生蟲的污染物屬性特點(diǎn)。餐廚垃圾的處理工藝多種多樣,有就地處理和收運(yùn)后集中處理方式等。而集中處理有多種方式,主要包括粉碎直排、焚燒、填埋、堆肥、厭氧消化、飼料化和生化處理方式。目前厭氧消化是大多數(shù)試點(diǎn)城市采用的主要技術(shù)。
厭氧消化處理是指在特定的厭氧條件下,微生物的代謝作用將有機(jī)垃圾進(jìn)行分解,其中的碳、氫、氧轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳,而氮、磷、鉀等元素則存留于殘留物中,并轉(zhuǎn)化為易被動植物吸收利用的形式[1]。厭氧消化技術(shù)具有減量化程度高、產(chǎn)物具有經(jīng)濟(jì)性、可代替部分不可再生能源、可有效減少病原菌、自動化程度高、技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點(diǎn),是我國餐廚垃圾后端處理的研究重點(diǎn)和發(fā)展方向。焚燒技術(shù)主要利用了餐廚垃圾中含有較高的有機(jī)質(zhì)及油脂等易燃組分的特點(diǎn),將餐廚垃圾進(jìn)行一定的預(yù)處理,經(jīng)篩選并降低垃圾水分后混合一定燃料進(jìn)行燃燒或處置的技術(shù)。
餐廚處理廠獨(dú)立設(shè)廠,廠區(qū)布置凌亂;臭氣難以消納,廠區(qū)氣味較重;廢渣需外運(yùn)填埋,占用大量土地資源;臭氣與廢水均需自行處理,配套環(huán)保設(shè)施較多。產(chǎn)生的沼氣多數(shù)用于沼氣鍋爐或沼氣發(fā)電機(jī),但是由于沼氣鍋爐蒸汽產(chǎn)量過剩以及沼氣發(fā)電機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定等問題,部分沼氣甚至直接進(jìn)火炬放空燃燒,造成資源浪費(fèi);獨(dú)立項目衛(wèi)生環(huán)境較差且整體投資和運(yùn)行成本高。針對上述問題,近些年來厭氧發(fā)酵與其他處理手段協(xié)同處理逐漸成為新的研究方向,而焚燒與厭氧發(fā)酵協(xié)同處理則是目前國內(nèi)研究的主要熱點(diǎn)之一。生活垃圾焚燒發(fā)電廠與餐廚垃圾協(xié)同處理也成為靜脈產(chǎn)業(yè)園等新建項目和焚燒發(fā)電廠擴(kuò)容改建項目的主要技術(shù)方向。
二、餐廚垃圾厭氧發(fā)酵與生活垃圾垃圾焚燒協(xié)同處理技術(shù)
餐廚垃圾處理廠與生活垃圾焚燒廠協(xié)同處理主要體現(xiàn)在廠區(qū)布局、生產(chǎn)管理、能源物料、三廢處理四方面的協(xié)同處理上,實(shí)現(xiàn)工藝協(xié)同、管理協(xié)同、公共基礎(chǔ)設(shè)施協(xié)同,形成產(chǎn)業(yè)的耦合、資源的共享和循環(huán)利用。
專利布局則主要集中在能源物料和三廢處理兩方面,其常規(guī)協(xié)同過程如圖1和表1所示:主要體現(xiàn)在利用焚燒設(shè)備處理厭氧發(fā)酵的沼渣、利用厭氧發(fā)酵處理生活垃圾滲濾液、厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣用于焚燒發(fā)電、焚燒余熱用于厭氧發(fā)酵設(shè)備加熱、厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的臭氣通過焚燒設(shè)備焚燒凈化、廢液合并無害化處理、共享公共設(shè)施、厭氧發(fā)酵雜質(zhì)焚燒等[2]。
三、重點(diǎn)專利分析
餐廚垃圾厭氧發(fā)酵與生活垃圾垃圾焚燒協(xié)同處理技術(shù)因產(chǎn)業(yè)化研究較晚,相關(guān)專利布局較少,2010年以前主要集中在日本,1975年日本專利申請JPS5219475A(公開號,下同)將垃圾焚燒廠的滲濾液與餐廚垃圾一同厭氧發(fā)酵,并將沼渣和沼氣進(jìn)行焚燒,餐廚垃圾厭氧發(fā)酵與生活垃圾垃圾焚燒協(xié)同處理雛形初步形成。之后很多年相關(guān)研究一直沒有得到重視,處于停滯階段,直至2005-2008年,日本專利申請JP2006297210A、JP2008221142A、JP2009220087A才分別從厭氧發(fā)酵沼氣代替焚燒燃油、焚燒余熱為厭氧發(fā)酵提供熱能、餐廚垃圾雜質(zhì)合并焚燒等方向開展了進(jìn)一步的研究。2011后隨著國內(nèi)對環(huán)境衛(wèi)生要求的越來越高、餐廚垃圾處理領(lǐng)域投入越來越高,餐廚垃圾厭氧發(fā)酵與生活垃圾垃圾焚燒協(xié)同處理技術(shù)逐漸成為國內(nèi)餐廚處理的一個重要研究方向,國內(nèi)相關(guān)專利布局逐漸增加,光大環(huán)保光大環(huán)境(原光大環(huán)保)在焚燒與厭氧發(fā)酵協(xié)同處理的研究處于國內(nèi)領(lǐng)先水平,2011年其申請的專利申請CN102950137A是國內(nèi)首次明確涉及餐廚垃圾在垃圾焚燒發(fā)電廠中的協(xié)同處理方法的國內(nèi)專利,從餐廚垃圾雜質(zhì)和沼渣焚燒、沼氣和沼渣的焚燒利用、沼氣作為CNG車用燃料以及垃圾焚燒發(fā)電廠中的廢熱蒸汽作為高溫發(fā)酵的熱源四個方面的協(xié)同做了系統(tǒng)的研究和改進(jìn),并在2019年通過申請CN210023209U、CN210125627U、CN110976472A對相關(guān)方法設(shè)備進(jìn)行布局,在厭氧發(fā)酵臭氣焚燒、廢液共處理、設(shè)備共用等方面進(jìn)一步優(yōu)化協(xié)同處理過程。舟山旺能環(huán)保能源有限公司、武漢龍凈環(huán)保工程有限公司等企業(yè)近些年也在能源物料和三廢處理的協(xié)同上在國內(nèi)進(jìn)行了相應(yīng)的布局(CN106642133A,CN110976472A,CN105798050)。截至2020年8月,專利申請中11項涉及沼渣焚燒、11項涉及沼氣燃燒發(fā)電、8項涉及焚燒余熱用于厭氧發(fā)酵設(shè)備加熱,上述三個也是焚燒和厭氧消化協(xié)同處理中最為常規(guī)的協(xié)同方式。而廢水、廢氣和設(shè)備設(shè)計方面則是近年來一體化協(xié)同研究的新方向。
小結(jié)
多種有機(jī)廢棄物、多種處理技術(shù)協(xié)同處理是厭氧發(fā)酵發(fā)展的新方向。焚燒與厭氧發(fā)酵協(xié)同處理從廠區(qū)布局、生產(chǎn)管理、能源物料、三廢處理四個方面將餐廚垃圾厭氧發(fā)酵和生活垃圾焚燒發(fā)電有機(jī)的結(jié)合在一起,產(chǎn)生1+1>2的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。