案例六十三:
中城院(北京)环境科技股份有限公司
作者:刘茹飞,邮箱:lrf521125@126.com
义乌市再生资源利用中心项目(图1)位于义乌市佛堂镇金义东南线玉塘坑地块,主要负责义乌全市范围内餐饮垃圾、厨余垃圾、地沟油的收运及处置。一期项目于2018年9月开工建设,2019年9月带料调试,2020年7月1日移交生产,其中餐饮垃圾处理规模100 t/d、厨余垃圾处理规模100 t/d、地沟油处理规模30 t/d,装机功率1 MW;二期项目于2022年1月20日签约,12月带料调试,增加餐饮垃圾处理规模150 t/d、厨余垃圾处理规模150 t/d,增加装机功率1 MW。二期建成后项目总收运和处置规模达到530 t/d,装机功率达到2 MW,该项目通过发电、产出毛油等形式,合计节省标煤18 032 t/a,约减少二氧化碳排放48 685 t/a。
该项目是我国首个集餐饮垃圾、厨余垃圾、餐饮地沟油协同处理的现代化工厂,开启义乌市易腐垃圾集中统一无害化、资源化处置环保新模式,对我国同类型餐饮与厨余垃圾协同处理技术具有积极的示范意义。
本项目工艺系统主要包括餐饮垃圾及地沟油预处理系统、厨余垃圾预处理系统、湿式厌氧系统、干式厌氧系统、沼渣脱水系统、污水处理系统、沼气净化系统、沼气发电系统、锅炉系统,配套综合楼、地磅及无人值守卸料系统、自控系统、电气系统、除臭系统、给排水等系统。项目整体工艺流程见图2。
(1)餐饮垃圾预处理工艺技术路线:物料接收+大物质分拣+精分制浆+除砂除杂+油水分离;
(2)厨余垃圾预处理工艺技术路线:物料接收+人工分选+筛分+风选+磁选+生物质分离;
(3)地沟油预处理技术路线:物料接收+除杂+加热+离心提油;
(4)厌氧处理技术路线:中温湿式厌氧发酵(CSTR),发酵温度为(35±2) ℃;高温干式厌氧发酵,发酵温度为(55±2) ℃;
(5)沼气处理及利用技术路线:收集预处理(过滤)+气柜储存+脱硫+锅炉燃料及发电(热量利用)+应急火炬;
(6)沼渣处理技术路线:药剂调理改性+脱水+外运处置;
(7)污水处理技术路线:预处理+膜生化反应器(MBR)+深度处理;
(8)除臭工艺技术路线:系统1为物理降尘过滤+酸洗+碱洗+催化氧化(本段应设旁路,正常直接排放,应急时经活性炭除臭段处理后排放)+活性炭+达标排放;系统2为酸洗(预留位置)+碱洗+生物过滤+达标排放;系统3为酸洗+碱洗+催化氧化(本段应设旁路,正常直接排放,应急时经活性炭除臭段处理后排放)+活性炭+达标排放。
(1)首个集餐饮垃圾、厨余垃圾和地沟油三位一体协同处置项目。项目根据餐饮垃圾、厨余垃圾和地沟油的特性,分别选择了不同的预处理工艺,采用了多级分离工艺分别去除大型杂质、轻物质、金属及无机杂质等,充分去除杂质和油脂,确保厌氧发酵系统运行稳定。
(2)预处理系统智能化程度高、适应性好、资源化效率高。预处理采用生物质破碎分离系统,通过锤头与过滤筛网的相对运动带动物料,并最大程度锤打物料,将物料中的轻质物料(如塑料、纤维类杂物)和硬性的惰性物体高效率地分离出来,同时将有机物料打碎打烂,得到均质化的有机物料,方便后续螺旋挤压机高效挤压脱水,实现有机物与无机物的有效分离,提高有机垃圾资源化率。依托大数据平台,实现了设备的高效智能管理,并通过现场完善的反馈信号,最大化减轻操作人员作业强度,减少人工成本的投入。
(3) 我国首个采用DCS全自动控制系统的餐厨垃圾处理项目,实现了系统设备远程控制和监视,解决了目前餐厨垃圾各处理工艺系统采用独立PLC控制带来的无连锁控制、系统稳定性差、自动化水平低等行业痛点问题。
(1)项目采用特许经营方式,由建设方进行投资建设和后期运营、由政府支付处理补贴;同时通过沼气发电、油脂外售等补充项目长期收益,最大程度减少政府负担。其土建施工和核心设备均选用国内外成熟供应商,且项目采用数字化监管平台,进一步降低了运营维护成本。
(2)项目采用的无人值守自助智能收运、称量和卸料系统,实现在中控室对收运车辆、路线、情况以及卸料大厅、料仓、地磅实时数据的全面掌控。从车辆进厂、称质量、路线导航、卸料完成等一系列操作均可自动化完成。
(3)项目采用3个区域4套除臭系统处理了包括卸料大厅、预处理车间、出渣间、厌氧进料车间、出料车间的面源臭气,以及各个处理设备的点源臭气。采用密封管道收集系统,针对项目气场流体设计及模拟,利用Solidworks软件对管路系统进行三维设计,同时利用CFD(Fluent)软件对管路进行数值模拟,确保有效收集臭气,并针对点源、面源污染的不同特点单独分开收集。通过优化生物滤池中喷淋系统、填料系统、控制系统、排放系统的参数,实现了全除臭工艺,达到GB 14554—1993恶臭污染物排放标准的一级排放标准,避免对周边环境和居民造成影响,解决了我国同类处理项目除臭效果不佳的问题,保证了项目稳定运行。
作为公益事业,本项目建成后提升了义乌市垃圾末端处理能力,厨余垃圾、餐饮垃圾以至于地沟油,均有了正规的回收渠道;同时可降低碳排放、促进碳中和,根据初步测算,项目应用实施后,每厌氧发酵100 t厨余垃圾可实现碳减排13 t。项目的实施提高了义乌市的环卫基础设施水平,改善了义乌市的生态环境,为城市可持续发展提供了保障。
案例六十四:
上海野马环保设备工程有限公司
作者:陈 驰,张文帅,林 杰,刘 慧,邮箱:jay@yemahb.com
林城镇农村生活垃圾资源化利用站位于浙江省长兴县林城镇,是国家重点研发计划课题“村镇有机垃圾快速定向腐殖化与恶臭气体控制技术装备”(No. 2018YFD1100601)示范工程。项目采用上海野马环保设备工程有限公司研发的“洗涤+生物滤池”组合式除臭技术,对该站16个生活垃圾堆肥仓(日处理量8~10 t)、污水处理设备及预处理车间产生的臭气进行集中处理后达标排放。该技术采用低成本模块化生物滤池结构,不仅可以高效解决村镇生活垃圾的恶臭问题,还可以解决村镇项目中存在的道路运输不便、不具备整体吊装条件等问题,对改善农村人居环境、促进农村可持续发展具有重要意义。
本站的除臭工艺为“前端雾化+末端除臭”联合除臭技术。前端除臭工艺为植物液空间雾化:当堆肥料仓打开时,前端雾化除臭系统将自动打开,有效降低臭气的无组织扩散对环境的影响。末端除臭采用“洗涤+生物滤池”组合式除臭技术:主要针对林城镇农村生活垃圾的理化性质,通过管道将各堆肥料仓臭气收集后进入末端除臭系统,经处理后达标排放。其中,处理风量为2 700 m3/h、洗涤塔的臭气停留时间为2 s、生物滤池中臭气停留时间为24 s。除臭工艺流程和臭气收集系统分别见图1和图2。
(1)洗涤处理。臭气通过洗涤塔进行预处理,这一过程可以去除颗粒物和部分溶解性污染物,并起到控温调湿的作用。
(2)生物滤池处理。预处理后的气体随后进入生物滤池,其作为系统的核心处理段,对目标污染物无选择性,且工艺安全、无二次污染。其中生物滤池除臭过程主要分为2个阶段:第1阶段为气液扩散,臭气中的污染物质通过填料气/液界面由气相转移到液相;第2阶段为液固扩散,污染物质向微生物膜表面扩散,废气中的污染物质由液相扩散到生物填料的生物膜(固相)。
(3)生物滤池除臭原理。臭气流经生物活性滤料时,滤料上面的生物菌会分解致臭物质,将臭气中的恶臭污染物组分吸收,转化为相应的二氧化碳、水等其他无臭无害小分子,实现臭气净化目标。其原理如图3所示。
(1)高效性。“洗涤+生物滤池”组合式除臭技术能够有效分解垃圾堆肥产生的恶臭污染物。在实际应用中,对氨去除效率在80%以上,对甲硫醇也有较高的去除率。
(2)环保性。生物滤池的滤料采用了由树皮、堆肥产物等组成的混合滤料。生物菌种则来源于有机垃圾腐殖产品,实现就地取材。对环境友好,符合绿色、可持续的发展理念。
(3)针对性。采用低成本模块化滤池结构,解决了村镇地区中存在的道路运输不便(路面宽度、转弯半径不足)、不具备整体吊装条件等常见问题,适合农村地区的实际情况。
(4)经济性。采用送排风联锁控制、风机变频等方式降低排风量,从而降低能耗及运行成本。也无需大量的人工操作和维护,有助于降低运营成本,提高经济效益。
(5)操作简便。采用全自动控制系统,技术操作简单、维护量少。除臭设备如图4所示。
采取地方政府与企业共运行模式保证该项目的长期稳定运营。地方政府负责运行管理,上海野马环保设备工程有限公司负责除臭技术研发。研发资金部分来源于国家重点研发计划子课题“有机垃圾腐殖化过程除臭装备研发和集成的研究内容”(No. 2018YFD1100601-08)。
(1)经济效益:①“洗涤+生物滤池”组合式除臭设备为自动化控制,对设备管理方便、设施运行稳定,除臭系统运行能耗主要为水耗和电耗,水电费成本约为88~116元/d;②生物滤池所采用的滤料部分源于当地村镇农林,生物菌种则来源于本站堆肥产生的腐殖产品,无需额外购买特殊菌剂,实现循环利用的同时,降低了投资成本;③本除臭技术设备均采用变频及自动化技术,不仅提高设备的除臭效率、降低人工成本,还具有较长的使用寿命,可进一步整体提升经济效益。
(2)环境效益:“洗涤+生物滤池”组合式除臭技术可有效控制村镇有机垃圾快速定向腐殖化过程产生的恶臭污染,进而保障村镇有机垃圾快速定向腐殖化设施的正常运行;为村镇垃圾快速定向腐殖化的推广提供了环保技术保障,避免次生环境问题,保障周边环境空气质量,对乡村振兴、人居环境改善有积极作用。
(3)社会效益:组合式除臭技术能够减少垃圾带来的恶臭,改善农村居民的生活环境,提高生活质量;避免恶臭问题引发人们的矛盾与纠纷,促进社会和谐稳定;通过展示环保技术的效果,可以提高公众的环保意识,促进环保行为的普及。
案例六十五:
临沂市餐厨废弃物无害化处理项目
中国城市建设研究院有限公司,中城院(北京)环境科技股份有限公司
作者:白旭光,杨晶博,耿 欣,刘茹飞,郭庆海,吕晓丹,邮箱:13520707220@163.com
临沂市餐厨废弃物无害化处理项目(图1)位于临沂市兰山区大山路387号,占地面积17 336.96 m2,于2013年6月19日开工、 2014年12月30日验收并调试投产;该项目设计处理规模为餐厨垃圾200 t/d、地沟油20 t/d、垃圾渗滤液140 t/d,处理工艺采用“综合预处理+中温湿式厌氧”作为主要技术路线。项目包括预处理系统、厌氧发酵系统、固液分离系统、污水(沼液+渗滤液)处理系统、沼气净化及存储系统、除臭系统、热力系统及辅助工程。该项目充分考虑周边现有设施设备,实现资源的合理和循环利用,是落实绿色、循环、低碳发展的重要实践,建筑设计现代简约,与周边环境和谐统一。该项目荣获2017年度全国优秀工程勘察设计行业奖优秀市政公用工程给水排水(含固废)三等奖、2017年北京市优秀工程勘察设计二等奖。
预处理采用综合分选、破碎、制浆和油脂分离技术,浆料采用安全高效的中温湿式厌氧发酵技术,发酵罐采用CSTR钢结构焊接罐体,配置高效立式搅拌设备,保证物料充分混合,提高有机物降解率和产气效率。系统主要处理工艺技术路线如图2所示。
预处理技术:接料粗分+筛分制浆+除砂暂存+油脂分离;地沟油处理:统一进入预处理系统处理得到粗油脂;厌氧:通过运用进料调节和中温湿式连续式厌氧消化后厌氧出料的方式进行厌氧发酵;沼气处理:收集+脱水脱硫净化+沼气锅炉+热源出售;沼液处理:沼液与焚烧厂渗滤液统一进入污水处理系统,进行厌氧+MBR+纳滤+反渗透处理;除臭工艺:酸雾喷淋法和光解催化氧化法协同处置的工艺技术;厂区热源:由临沂新能源有限公司垃圾焚烧热电工程统一提供。
(1)项目预处理技术根据临沂餐厨垃圾特性设计,可显著去除杂质并提取油脂,实现资源化利用,保障厌氧发酵系统稳定运行。其中无机杂质去除率大于90%、物料油脂残留率不超过0.5%,为后续厌氧发酵系统提供稳定的物料。
(2)通过技术改进及设备改造,创新性地将地沟油统一排入预处理系统提取纯化,减少了油脂的预处理环节,降低了设备投资及运行成本,同时系统分离出的粗油脂油相含水率≤3%,大幅减轻了后端油脂深加工系统的运行负荷。
(3)项目餐厨垃圾处理采用广泛应用的中温湿式厌氧发酵工艺,运行稳定、降解率高、产气率高。
(4)因地制宜、协同发展,打造项目生态循环经济园。整合现有设施资源采用“发电厂渗滤液与厌氧发酵沼液协调共处置”达到“一级A(CODCr≤50 mg/L;BOD5≤10 mg/L;SS≤20 mg/L;NH3-N≤5 mg/L)”标准排放,实现循环经济发展理念。
(5)酸雾喷淋法和光解催化氧化法协同处置的工艺技术能够实现高效、环保的废气净化,确保排放达标、绿色环保。
(1)运营初期,项目严格执行BOO模式下的各项规定,确保餐厨废弃物处置中心平稳启动和运行。政府提供的80元/t的集中收运补贴和120元/t的处置补贴,将用于覆盖初期较高的运营成本资金需求。
(2)随着项目进入稳定运营阶段,依据实际的建设、处置成本和收入状况,接受财政部门的评审。基于评审结果,对补贴价格进行合理调整,以保证项目的长期可持续性和经济效益,同时确保服务质量符合特许经营权协议的要求。
(1)经济效益:该餐厨垃圾废弃物处理厂与生活垃圾焚烧发电厂、病死畜禽无害化处理厂及市政污泥处理厂集中区域建设,形成多源物料处理处置园区,利用余热、发电自用、三废协同处理设施实现项目之间的协同处理、处置和利用,降低各项目投资和运行成本,缩短建设周期,提升整体经济效益。
(2)环境及社会效益:该项目通过无害化、减量化和资源化处理餐厨废弃物,显著改善了临沂市的大气和水环境质量,提升了城市形象,助力可持续发展;同时,增强了公众环保意识,促进了资源综合利用与低碳经济发展。
案例六十六:
德州市园林绿化服务中心
作者:徐家林,董卫,蔡亚南,邮箱:695533710@qq.com
据统计,德州市主城区绿地面积为6 744.4 hm²,可收集园林绿化垃圾约6 137.48 t,估算年收集量达3.4×104~4.7×104 t。2020—2023年,随着城市绿量增加和养护管理精细化水平提升,园林绿化垃圾总收集量不断攀升,但仍有大量绿化垃圾未得到妥善处理,或与生活垃圾混合作为城市垃圾进行填埋或焚烧,造成碳排放增加和城市环境污染。2020年起,德州市园林绿化服务中心开展了园林绿化垃圾碳循环创新示范技术研究,打造了“6点4站1中心”的闭环收运体系,采用“就地处理+集中处理”相结合的模式,分类进行收集利用;先后开发以有机质堆肥和覆盖物为主的资源化利用产品,同时初步探索了热解技术,创新构建了多元加工处理体系,并制备了生物炭、木醋液等高值化产物,践行“取自园林,用于园林”的治理理念,实现低碳循环发展。围绕园林绿化垃圾处理和资源化利用开展的“碳循环创新示范技术研究”荣获山东省住房和城乡建设厅组织的山东建设科技创新成果竞赛三等奖。
德州市园林绿化垃圾碳循环创新示范技术研究现场见图1。
园林绿化垃圾碳循环创新示范技术路线如图2所示。
(1)闭环收运体系:采用“就近处理+集中处理”相结合的模式,注重点块结合,统筹协调城市园林绿化垃圾收运处理调度,合理布局园林绿化垃圾分类收集、贮存、运输、处理和资源化利用设施,打造“6点4站1中心”的闭环收运体系(表1),逐步构建由点连线、由线铺面的完整收运体系,各点位合理配置,辐射范围10 km以内,基本实现绿地公园及居住区全覆盖,提高符合中小城市发展需要的园林绿化垃圾收运处理能力。
(2)转运站:综合考虑环保、运输等因素,科学选址,分别在岔河东大道、减河西大道、崇德十大道、崇德十二大道建成4个转运站,配备便携式粉碎和小型枝叶粉碎机用于就地简易粉碎,作为土壤改良基质或覆盖物,直接返还绿地,做到源头减量。
(3)综合处置中心:建立德州市首个碳循环创新示范基地,纳入园林绿化服务中心设施管理科管理,打造深化德州市园林绿化垃圾资源化利用科学研究和示范应用的创新主阵地。以示范基地作为集收集粉碎、加工处理和示范应用于一体的综合处置中心。具体功能分区包括630 m2生产车间、4 500 m2发酵广场、410 m2储存车间和9 200 m2种植示范区。根据综合处置中心功能,配备枝叶粉碎机、细粉机、树枝粉碎分筛染色一体机、除尘设备、可移动粉碎机、粉碎运输车、热解设备、装载机、翻抛机等。同时,通过压缩运输降低收集成本、枝叶分离提升粉碎效率、科学发酵转化有机肥料、分筛染色制成有机覆盖物等措施,形成了“清理-分拣-收集-运输-多元化处理-产品应用”的完整工艺流程。
(4)产物应用:将园林绿化垃圾经综合处置中心粉碎、热解后,其液态产物可加工生产为植源生态肥料,反哺城市绿化养护,使用生态肥对植物进行叶面、枝干的喷施、灌根,可以提升根系氮素吸收水平,提高叶绿素含量和光合作用能力,稳定提高林木生长量和蓄积量,达到扩绿提质目的;并且其对防治植物病虫害有显著效果,可提高植物抗性。同时,植源生态肥的使用可在一定程度上改良盐碱土地,改善土壤结构与肥力,减少化肥用量及温室气体排放,充分发挥其经济价值与生态效益。
(1)园林绿化垃圾碳循环创新示范技术打造了“取自绿地-用于绿化-循环利用”的园林绿化垃圾处理和资源化利用全链闭环体系,形成了适合中小规模城市可复制、可推广的德州经验。
(2)结合德州土壤盐碱、板结、黏重等问题,因地制宜,重点开展有机质堆肥和有机肥调配等专项研究,探索适合德州市盐碱土壤的专项改良基质,创造性地拓展了园林绿化垃圾资源化产品应用场景,实现了从绿化建设到绿地养管全应用,突出德州特色,推动园林绿化低碳循环发展。
(1)建立可行的闭环收运体系。该技术的研究应用解决了当前园林绿化垃圾收运难题,对于远离主城区、分布零散、土壤肥力弱的地块,采用便携式粉碎机具就地处理返还绿地,作为土壤改良基质或有机覆盖物,做到源头分类和减量;对距离近、面积大、产生量大的区域如城区绿地、小区绿地、公园、旅游景区等,以集中收集、综合处理为主,由所属养护管理单位负责分类收集运送至转运站,由专门车辆运输至集中处置中心。
(2)打造园林绿化垃圾资源化利用产品。在科学处置园林绿化垃圾的同时,结合处理产物,在土壤改良、植物养护、病虫害防治等方面实现园林绿化垃圾的资源化利用,提升技术的经济价值与生态效益,保障该技术方案长期稳定运行。以有机质堆肥和覆盖物为主,广泛应用于城市绿化建设和管养,实现了“取自绿地-用于绿化-循环利用”的园林绿化垃圾资源化利用全产业链贯通。
(1)经济效益:园林绿化垃圾碳循环创新示范技术的使用,实现枝叶就地粉碎还林约17.3 hm2,节约土壤改良资金328.7万元;树叶和树枝发酵生产有机基质分别为1 017.1、203.4 t,生产有机覆盖物9 080.5 m3,共计节约原材料成本765.8万元,可以显著降低原材料和施工成本,具有较大的经济价值和市场潜力。
(2)环境及社会效益:德州市作为全国园林绿化垃圾处理和资源化利用试点城市之一,该项目的建设能够从源头消纳大部分园林绿化垃圾,有效解决园林绿化垃圾运输难、占用空间大、处理成本高的问题,不仅会减少环境污染和资源的浪费,还能为城市绿色GDP提供新的增长点,具有生态环境保护和“双碳”目标实施双重战略意义,有效推进城市园林绿化高质量发展,贯彻落实国家有关碳中和、生态文明、绿色发展要求。
注:案例六十四由中国城市环境卫生协会村镇垃圾治理专委会推荐。
编发:王雅楠;校对:刘冬梅;审核:张艺