廚余垃圾資源化利用綜述
1.廚余垃圾資源化利用的內在邏輯
預計2025年廚余垃圾分出量將達到20×104t/d。新固廢法要求廚余垃圾無害化、資源化處理;而且,廚余垃圾具有資源化利用的物質基礎,廚余垃圾含有的20%左右有機固料是提倡廚余垃圾資源化利用的物質邏輯;更重要的是,通過技術手段可以提高廚余垃圾的資源化利用價值,如通過厭氧發酵制沼發電技術,不僅提高燃料(沼氣)的能級(熱值),也提高了發電效率,使得含固率20%的廚余垃圾厭氧發酵制沼發電的發電量可達到70%含固率50%的混合垃圾焚燒發電的發電量。一定規模、物質基礎、技術基礎和法律規定形成了廚余垃圾資源化利用的內在邏輯。
2.廚余垃圾資源化利用的系統與工藝技術
廚余垃圾資源化利用包括5個子系統:(1)廚余垃圾接收系統,(2)預處理系統,(3)資源化轉換系統,(4)資源化利用系統和(5)三廢治理系統。核心和關鍵是預處理、資源化轉換和三廢治理。
廚余垃圾資源化轉換方法可概括為3大類:動物轉換、生物轉換和物理化學轉換。生物轉換尤其厭氧發酵和厭氧/好氧聯合發酵是主要方向,70%以上的廚余垃圾資源化利用項目采用生物轉換方法,大規模資源化利用項目又以厭氧發酵制沼轉換為主,中、小規模項目可采用漚肥、堆肥等生物轉換方法將廚余垃圾轉換成土壤改良劑或有機肥就地就近消納;近年來,干式厭氧發酵制沼在國內成功應用,因其占地小、不需要外加水因而沼液產量小,將有望受到青睞。更小規模廚余垃圾就地就近處理可采用動物轉換方法,如通過家禽(大動物)、蚯蚓、黑水牤等動物將廚余垃圾轉換成動物營養質和動物糞便,然后再合理處置動物及其糞便。廚余垃圾資源化利用項目較少采用物理化學轉換方法,主要是成本較高,但不排除將來利用太陽能進行轉換的前景。
預處理工藝技術的選取取決于廚余垃圾性質和資源化轉換方法,其重要性甚至可以決定廚余垃圾資源化利用項目的成敗。強制推行生活垃圾分類制度之前,一些項目的廚余垃圾大多來自混合生活垃圾的二次分選,預處理工藝包括破袋、篩分、人工分揀、破碎、風選、磁選等分選工序,甚至還包括(熱風、生物、太陽能)干化工序,普遍存在流程過長且受纏繞、粘結、分離困難和環境管理難等困擾,導致廚余垃圾資源化利用項目運行不可靠、管養難、投資與運行成本高等。相對以生料為主的廚余垃圾的預處理而言,以熟料為主的餐飲垃圾的預處理主要以油水分離為主,比較簡單,餐飲垃圾的資源化利用項目因此而比較成功。
強制推行生活垃圾分類制度之后,廚余垃圾主要來自農貿市場(包括超市農貿專場)的食材廢物、食堂和酒樓的食材廢物與食物剩余物,其次來自居民小區分出的食材廢物與食物剩余物,不僅來源有保障,而且,廚余垃圾的固料主要是可降解有機質和纖維紙,有利于簡化廚余垃圾資源化利用的預處理工藝。以厭氧發酵制沼發電為例,從國內成功案例看,干式發酵的預處理主要是破碎(控制酵料的粒度),濕式發酵的預處理主要是高壓壓榨制漿,都不要采用傳統的二次分選工序,極大地縮短了預處理工藝流程,提高了穩定性和可靠性。生活垃圾源頭分類簡化廚余垃圾資源化利用的預處理,也使廚余垃圾資源化利用具有正當性(換言之,以往那種從混合垃圾中分出廚余垃圾再加以利用的做法,是不值得的)。
三廢治理問題或環境管理難,對廚余垃圾資源化利用項目,尤其是大規模厭氧發酵制沼項目,是個重大問題,但又是個不得不妥善解決的問題。無論干式發酵還是濕式發酵項目,都會產生大量的殘渣、沼液和臭氣,尤其是濕式發酵,因制取酵料時需要外加水,其沼液量甚至大于廚余垃圾量,環境管理難度相當大。
主動方法是減少三廢產量,被動方法是加強三廢處理。目前可供選擇的主動方法是采用三廢減量方法和控制項目的處理規模,如以干式發酵替代濕式發酵以減少沼液產量,加大濕式發酵的沼液回流和中水回用以減少外加自來水量,通過區塊鏈技術建設分布式廚余垃圾資源化利用設施等;被動方法有沼渣(殘渣)與廚余垃圾及其他有機垃圾聯合堆肥、殘渣制成衍生燃料等以加強殘渣的資源化利用,加強臭氣控制與廢氣凈化等。
在三廢控制上,應明確3個約束,即三廢減量約束、二次廢物更易處理約束和經濟性約束。所謂三廢減量約束就是要求廚余垃圾資源化利用過程中對外排放的廢渣與廢水之和不得大于廚余垃圾處理量。所謂二次廢物更易處理約束就是廚余垃圾資源化利用過程產生的三廢的處理應比廚余垃圾更容易處理。所謂經濟性約束就是廚余垃圾資源化利用(包括過程產生的三廢治理)的單位廚余垃圾服務單價不得高于分類前混合垃圾的綜合處理單價,更不得高于混合垃圾的焚燒處理單價。
3.廚余垃圾資源化利用的處理單價
以往廚余垃圾資源化利用項目的建設投資在20~40萬元/(噸/日)以內(不含征地及拆遷費用),處理單價(財政補貼)在200元/噸以內(包括三廢治理費用),與混合垃圾焚燒發電項目的處理單價基本持平。推行垃圾分類后,預處理子系統進一步簡化(破碎或壓榨即可),建設投資和運行費用都將進一步降低,廚余垃圾資源化利用將迎來健康、可持續的發展。
降低處理單價是廚余垃圾資源化利用可持續發展的關鍵。目前有個不好的攀比,就是拿廚余垃圾資源化利用的處理單價攀比混合垃圾焚燒發電的處理單價;其實,像廚余垃圾厭氧發酵制沼發電的系統要比混合垃圾焚燒發電系統簡單得多,且運行成本也要低得多,足以彌補發電量較少引起的收益降低,其處理單價完全可能而且應該低于混合垃圾焚燒發電的處理單價。
與其去攀比處理單價,不如把心思用于簡化工藝流程、提高廚余垃圾固料的資源轉化率、提高設備運行效率、減少三廢治理成本、豐富產品種類、提高產品附加值等方面,通過防范與消除系統復雜、流程長、運行參數欠佳、設備材料采購價格高和產品單一及附加值低等不足,降低廚余垃圾資源化利用的處理單價。
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