深度 | 厨余垃圾就地就近处置技术、探索与实践

上网导航 2023-12-03 83 0条评论
摘要: 如题。...

深度 | 厨余垃圾就地就近处置技术、探索与实践

文章导读:

本文从厨余垃圾处理技术路线、就地就近处理的优势与适用场景、存在问题、发展趋势和新进展等四个方面进行详细阐述。

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自从2017年推行垃圾分类制度以来,我国生活垃圾按照可回收物、厨余垃圾、有害垃圾、其他垃圾四分类法进行管理。

在四分类当中,可回收物、有害垃圾有明确的去向,其他垃圾主要采用焚烧路线,而厨余垃圾作为垃圾分类后的一个新的门类,一定程度上需要探索新的技术路线和解决方案。

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垃圾四分类与厨余垃圾含义

之所以说“一定程度”,是因为其实在“十二五”期间,我国已经开始了餐厨垃圾(餐饮垃圾)的治理探索,规划建设了100个试点项目,而餐厨垃圾正是我们定义的厨余垃圾的重要组成部分。

经过“十二五”“十三五”的探索发展和政策推动,厨余垃圾处理逐渐成长为一个单独的行业分支。

本文作者将从厨余垃圾处理技术路线、优势与适用场景、存在问题、发展趋势和新进展等四个方面进行详细阐述。

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一、厨余垃圾处理技术路线

按照2021年10月住建部等发布的《厨余垃圾处理技术标准》(征求意见稿),厨余垃圾包含了餐厨垃圾、家庭厨余以及其他厨余垃圾,但是从性质上来看,来自于食堂、酒店、餐厅的餐厨垃圾,和家庭厨余、其他厨余,在含水率、油脂含量、含盐量等指标方面,还是表现出了较大的差别。

在处理技术路线的选择上,形成了厌氧沼气化、好氧肥料化与昆虫养殖三条主要技术路径。

厌氧沼气化,主要技术路线是通过除杂、除油等预处理后,将厨余垃圾(主要是餐厨垃圾)进行浆化转化为液相,然后通过厌氧发酵技术,将液相当中的有机质转化为沼气,然后通过燃烧产热或发电,实现资源化利用。

从2017年开始的100个餐厨垃圾试点项目,基本都选择了这一技术路线,获得了大量实践经验,工艺技术相对成熟。

针对厨余的低含水率、低油脂含量的特征,近年来在国内有一些干式厌氧、半干式厌氧的应用实践,目前来说相对不是很理想,还有待进一步的探索。

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典型餐厨垃圾厌氧技术工艺路线

好氧肥料化,主要技术路线是通过预处理后,采用好氧发酵技术,将厨余垃圾转化为稳定化的产物,可以作为土壤改良剂或基肥使用,也可进一步加工成有机肥或生物有机肥等,重新回归土地。技术实现形式上,有密闭反应器式,也有半密闭、敞开式的传统堆肥方式,以及覆膜式堆肥等。

密闭反应器式近年来有较多实践,又称机器成肥,其主要思路是在反应器内实现发酵过程的工程强化,缩短发酵时间与生物转化周期。同时,全密闭也便于了发酵产出气体的收集。

这一技术路线我们经常称之为“分散式处理”,或“就地就近”处理,因为这类项目普遍规模较小,在100吨/天规模以下,而厌氧沼气化的项目,一般为200-400吨/天,甚至更高的处理规模。

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典型好氧发酵工艺技术路线

典型的有黑水虻技术,属于昆虫养殖的一种,通过黑水虻“吃掉”厨余垃圾,转化为虫体蛋白,同时虫粪可以作为肥料,实现厨余垃圾的处理和转化。常见的还有蝇蛆等的养殖。

关于这一技术路线的分析,可查看文章。这一技术路线也十分具有想象空间,得到了很多关注,近年来有一些项目不断出现,在自动化养殖等技术迭代上,也有一些实践。

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典型黑水虻技术工艺路线

在上述技术路线之外,就地就近处理还有饲料化、小型厌氧技术、阳光房、生物干化、小型焚烧、热解等。

值得一提的是饲料化技术,该技术由于安全性、同源性等问题一直饱受争议。在2021年10月住建部发布的《厨余垃圾处理技术标准(征求意见稿)》中,饲料化仍然作为技术路线之一出现,同时对饲料化转化,提出了严苛的要求。而在实际执行层面,目前饲料化技术路线十分鲜见。

整体而言,针对厨余垃圾处理处置我国形成了以集中式厌氧沼气化为主,分散式好氧肥料化为辅,黑水虻养殖等多种技术路线并存的格局。各种技术路线,都有自己的适用原料特性和应用场景。

采用厌氧沼气化技术路线的项目规模,一般都在200吨/天以上。采用好氧肥料化和黑水虻等养殖技术,项目规模相对灵活,可以从几百公斤/天到100吨/天不等。

因此,我们通常说厨余垃圾集中式处理,指厌氧沼气化技术路线,而就地就近处理,一般均指好氧肥料化和生物养殖等技术路线。

二、就地就近处理技术路线的优势与适用场景

就地就近处理处置,其逻辑是在垃圾产生较为集中的区域,设置处理设施实现就地处理处置,避免垃圾在转运过程中产生的运输成本、能源消耗和二次污染。

运费也是钱——减少运距问题带来的成本支出和二次污染

2020年10月,中国城市生活垃圾领域国家适当减缓行动项目(IWM NAMA)公布了苏州市垃圾管理全流程财务构成测算表,生活垃圾处理费用仅占到清扫、收运处总费用的 9.3%,占到收运处总费用的 32.65%。

国金证券2019年公布的测算数据,上海市垃圾分类与处理全过程总成本为985元/吨。前端垃圾分类服务成本为390元/吨,包括垃圾分类督导和装备垃圾分类智能设备;中端垃圾收运成本为290元/吨,包括垃圾清运、中转和转运;终端垃圾处理包括垃圾焚烧和湿垃圾处置,综合成本为305元/吨。

同济大学何品晶课题组对村镇生活垃圾的处理成本的研究结果显示,华东4地区村镇生活垃圾的运输+转运成本,占到收运处总成本的47.9%。

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来源:何品晶等,村镇生活垃圾处理模式及技术路线探讨,农业环境科学学报,2014.

可以看出,在垃圾处理的全流程当中,收集与转运可以占到收运处全流程成本的3-4成。

在运输转运过程中,产生的尾气污染、跑冒滴漏、臭气散逸等问题,也一定程度存在。

在此背景下,就地就近处理彰显出一定优势。即使在处理成本端的支出上,就地就近处理一定程度高出集中式处理,但是放在垃圾处理全流程来“算总账”,就地就近处理的综合成本依然有可能得降低。

解决“鸡生蛋蛋生鸡”的两难之争辩——须循渐进的投资建设模式

在《垃圾之战》一书中,作者调研发现了这么一个“鸡生蛋蛋生鸡”的两难之辩。

一端是居民“垃圾分类”意识的普及和“分出率”有待提高,一端是管理者的两难。

居民之所以不做垃圾分类,是因为他们知道做了也白做。(居民)分过类的垃圾,最终还是会被混合收运、处理。既然后端没有分类处理,那么前端做分类就没有意义了。

事实上居民确实常见这样的说法,自己本来做分类,看到清洁工人把分类后的垃圾混在一起收走,自己的积极性就被挫伤了。

垃圾管理部门也用同样的逻辑来论证为什么目前没有分类运输和处理————因为前端没有分类。

有基层城管科工作人员解释,如果一栋楼里面,只有一家分类,那么环卫工人和司机就不可能为了这一家人而对所有垃圾做分类收运,这既没有必要,也不可能。另一位城管委工作人员则指出,不可能在分类尚未实现的情况下,盲目大举建设终端设施,“这些都是钱,不能硬上……否则就是劳民伤财”。

城管委没有否认会建设更多的分类处理设施,不过同时也强调,后端设施建设的速度要和前端分类的节奏相匹配,“太慢了也不行,太快了也不行——这是浪费”。

来源:张劼颖,《垃圾之战——废弃物的绿色治理、科技争议与环保行动》,社会科学文献出版社,2022

受限于目前的技术水平、装备现状、运维管理等,采用焚烧、厌氧沼气化等技术路线,通常需要一定的建设规模。

目前我国焚烧厂单台焚烧炉处理能力一般都在数百吨,甚至可以达到1000吨。采用厌氧技术路线处理餐厨垃圾,项目规模通常也均在200吨/日以上,占地一般都要几十亩,投资动辄数亿。这对于很多地方而言,并不是一笔小的支出。

在投资与建设方面,就地就近技术表现出了其“循序渐进”的灵活性。

一方面,是建设规模的灵活性。采用好氧肥料化技术路线,反应器式处理设备,单台处理规模可以从数百公斤-几十吨/天不等,实现按照不同区域的实际处理规模进行投资建设。

另一方面,可以实现项目的分步投资、分阶段建设。在项目规划之初,可以预留扩建用地,待厨余垃圾分出率提高,垃圾量增长时,根据实际来选择项目的扩建投入时机,避免一次性过高的项目建设投入支出,以及项目建成之后的闲置浪费。

厨余垃圾就地就近的处理的应用场景

避免长途运输以及建设规模灵活,使得在很多场景下,采用就地就近方式实现厨余垃圾处理处置成为人们的选择。

远郊工厂、高速服务区、海岛、山区、游艇舰船、农贸市场、机关食堂、旅游景区、寺庙……,在这些孤岛式的厨余垃圾集中产生区域,都是就地就近处理的适合场景。

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小米集团总部食堂厨余垃圾就地处理设施

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南京师范大学附属扬子中学厨余垃圾就地处理设施

广大县域乡镇厨余垃圾处理模式的选择

随着垃圾分类工作从重点城市向县域乡村的推进过程中,就地就近处理也表现出了一定的优势。面对我国广大的县域与乡村地区,如果采用集中式处理,在垃圾收运方面,可能面临更高的支出。

根据北京科委有机固废国际合作组织的调研,一些县域和城市相比,有着更大的区域面积,但是人口相对更少,人口密度更低,这无疑增加着垃圾收运的支出成本。通过对某典型城市与县城的对比,某城市面积3265平方公里,人口131.1万,而某县城面积4840平方公里,人口为45.4万人。从平均数据来看,该城市人口密度为401人/平方公里,而县城仅为94人/平方公里。

但是,对比核心区域,城市和县城表现出了相似的特征,某城市与县城的核心区,人口密度分别为2408人/平方公里与2127人/平方公里,相差不大。

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无论是生活垃圾还是厨余垃圾,针对垃圾规模产生量较小的县域与乡镇、农村地区,就地就近处理是最为合适处理方式。除此之外,一些地区因为交通不便、运距较远等原因,也不适合转运处理。

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千岛湖大墅镇厨余垃圾就地就近处理设施

2022年11月,住建部等五部门发布了《关于加强县级地区生活垃圾焚烧处理设施建设的指导意见》,着重提出要“积极开展小型焚烧试点”,其目的也是为较小规模的生活垃圾寻求解决之道。而针对县域厨余垃圾,相关的政策还相对滞后。

数据显示,我国城市数量为692个(地级市300个,县级市392个),县城数量为1482个(截止2021年底)。而在1482个县城中,生活垃圾清运量小于100吨/日的县约为424个,占到30%。

从处理方式上看,57%的县域生活垃圾实施了填埋处理,41%为焚烧处理。而根据住建部数据,2020年乡、建制镇生活垃圾无害化处理率分别为48.5%、69.6%。

三、厨余垃圾就地就近处理存在问题

在垃圾分类与厨余垃圾处理推行初期,市场上出现一些短期乱象和虚假宣传,比如一些公司会宣称其设备可以实现厨余垃圾经过24小时处理后转化为有机肥料,或是经过24小时实现“化水”,转化为“环保水质”等。

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针对24小时成肥问题,浙江大学吴伟祥课题组于2018年,针对杭州市12个运行站点样品进行分析,得出结论,24小时发酵产出物的腐熟度、种子发芽指数,均无法满足用于种植。

吴伟祥教授更是在一次学术交流中,直言“如果有公司有24小时微生物降解纤维素半纤维素技术,建议直接申报诺贝尔奖,不用费力兜售生化处理机”。

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图:杭州12个站点机器成肥产品种子发芽率和GI

来源:毕峰,等:我国农村易腐垃圾机器成肥产品质量评价:以杭州市为例,农业环境科学学报,2018

针对流行一时的“化水”技术,环卫科技网2021年文章一文,进行了较为详细的分析。

如果说设备24小时直接出水达到纳入城镇下水管排放标准,那么这也是一项“颠覆性技术”,国内所有基于厌氧技术的餐厨垃圾处理项目产生的废水,都可以基于该技术进行改造,不必费力发酵30天以上。

此外,如果可以“24小时化水”,这应该是一种危险系数极高的“生化武器”,堪比“化尸水”,各种有机质、24小时、化水,想想还有点恐怖。

在就地就近处理项目的建设过程中,很多项目距离居民或村民居住地相对较近,由于在垃圾收集、臭气收集、治理等的设计缺陷,或是运营管理中出现的种种问题,使臭气问题成为人们诟病的问题之一。

一些黑水虻项目由于部分个体养殖存在短视行为,追求经济效益而忽视环保投入,使得没有合理的投入与产出,给人留下黑水虻养殖臭气严重等行业印象。

一些项目的运维管理由业主方负责,由于运维人员年纪偏大、更换频繁、管理粗放等原因,会出现设备故障率高、设备闲置等问题。

此外,一些设备与项目本身,也存在设计不合理,操作不够人性化等问题。

好氧肥料化的产出物主要为有机质营养土(土壤改良剂),或作为基肥可以进一步加工为有机肥料。

昆虫养殖的产出物主要为虫体与虫粪,如果不解决最终产出物的消纳途径和渠道,依然会造成产品堆积,没有出路的问题。没有用途的“产品”,从某种意义上来说,也是“垃圾”。产出物渠道的未打通,也曾经困扰着厨余垃圾处理行业的发展。

在厨余垃圾就地就近处理项目案例中,也存在二次污染的治理问题,主要是污水渗滤液与臭气的问题。这些问题的不妥当处理,会对周边环境造成影响,尤其是臭气问题,就地就近处理设施一般离居民的距离会相对较近,一旦处理不当,会引来人们的关注与不满。

四、厨余垃圾就地就近的发展趋势和新进展

随着垃圾分类与厨余垃圾处理的兴起,很多玩家蜂拥而至,一时间热闹非凡,鱼龙混杂,一些地方也为此交了不少学费。经过几年的洗礼,潮水逐渐退去,市场对于技术、设备的认识也逐渐深入,很多新的项目在技术、设计、设备选择、投资预算等各方面,逐步趋于合理。

在技术与规范管理方面,相关部门也对设备与项目作出规范要求,比如住建部CJJ 52-2014 《生活垃圾堆肥处理技术规范》、GB 55012-2021《生活垃圾处理处置工程项目规范》,浙江省DB33/T 1180-2019《餐厨垃圾资源化利用技术规程》,浙江省杭州市DB3301/T 0309—2020《易腐垃圾就地处置管理规范》等。对于24小时成肥之类的过度宣传,也不用费力再作过多的解释。

在产出物的合规性与渠道上,相关部门与行业也做了大量工作。

2021年,农业农村部对NY525《有机肥料》进行了修订,一方面,增加了种子发芽指数等相关指标,使得对产出物的评估更加合理。另一方面,明确了经分类后的厨余垃圾,安全评估后,可以作为有机肥的生产原料。

这无疑对厨余垃圾产出物的应用,提供了有力的政策支撑。

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NY525《有机肥料》修订前后指标对比

在项目的规模与规划上,通过实践,一些企业和业主也在项目规模与集中程度的平衡问题上,做出更多的思考和探索。

项目的过于分散,会带来运维和管理困难与成本增加,而适度的集中,一定程度上可以提高设备与人员效率。DB3301/T 0309—2020《易腐垃圾就地处理管理规范》也提出了“适度集中”的原则,建议“处置站处置规模宜 3 吨/日以上”。

浙江省德清县在厨余垃圾分散与适度集中方面进行探索实践,取得了不错的成效。

德清县厨余垃圾分散处理项目由北京中源创能工程技术有限公司设计实施,采用了GIS分析等手段,根据人口密度和运输距离等作为分析要素,优化设计处理设施设备的规模与位置,分步投资,分步建设,在不同区域分阶段建设10-30吨/日处理站以及100kg-5吨/日的处理设施,处理能力逐步提高。

经过2年的运行测算,收运成本从最初集中处理的53元/吨,降低到目前的18元/吨,很好得实现了项目低碳,低成本,高效率的运转。

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德清生态综合体

产品的提供,并不一定可以解决问题,产品的正确使用才是解决问题的关键。

在厨余垃圾就地就近项目的执行过程中,也出现了运维人员专业水平受限、流动性大等造成项目运维不稳定、设备故障等问题。针对此问题,一些公司在商业模式上进行改进,从设备生产销售向服务转型,由企业来提供“管家式”服务,包括设备运营与维修,甚至包括产出物的回购等,实现项目的闭环运转。

如何实现厨余垃圾处理的最终资源化闭环,如何实现垃圾分类在居民端的普及与教育,也是厨余垃圾行业实践者的探索课题,最终也体现在项目的设计与迭代进步上。将单一的厨余垃圾处理与末端产出物深加工、再利用,以及垃圾分类端的宣传教育等多种功能进行融合,成为近年来厨余垃圾就地就近处理处置探索出的一条成功路径。

在浙江省德清县、江苏省高邮市、安徽省黄山市屯溪区等,这种功能融合的厨余垃圾资源化利用综合体模式得到了广泛应用,并取得了良好的反馈。居民可以在综合体内,看到厨余垃圾转化成肥料的全过程,看到经肥料滋养的茂盛花草,蔬菜瓜果。这些生态综合体也成为了居民与中小学的教育与休憩场所,成为人们生活的组成部分。

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高邮市生态综合体示范项目效果图

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中小学生参观德清县垃圾分类与处理生态综合体

深度 | 厨余垃圾就地就近处置技术、探索与实践

安徽省黄山市屯溪区生态综合体,入选第八批国家生态环境科普基地推荐名单

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安徽省黄山市屯溪区生态综合体,入选第八批国家生态环境科普基地推荐名单

五、结语

从2017年我国开始推行垃圾分类制度以来,厨余垃圾处理处置作为一个新的垃圾门类被分出,形成环保市场的一个分支。随着垃圾分类工作的深入推进和分出率的提高,厨余垃圾处理的规模将会逐步提升。

目前厨余垃圾处理的技术路线,主要包括集中式的厌氧沼气化技术、就地就近的好氧肥料化技术和昆虫养殖技术等。

经过近五年左右的发展,厨余垃圾处理处置逐步趋向于理性发展,并探索出了不同的发展模式。

随着垃圾分类工作的推进,低油脂、低含水率的家庭厨余和其他厨余分出率越来越高,分类工作不断深入到城市以外县域和乡镇,就地就近处理处置技术,凸显出了一定的优势。在县域、乡镇,就地就近处理技术有着更广阔的市场空间,更加具有想象力。

在项目建设与运营模式上,多功能融合的综合体建设模式、从设备销售向全产业链服务转变,也成为厨余垃圾处理行业发展的重要趋势,并取得了良好实践。

相信通过不断的实践与探索迭代,厨余垃圾就地就近处理处置会得到越来越多的关注与认同。也许将由此,掀开厨余垃圾处理的新篇章。

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作者:上网导航本文地址:https://www.90xe.com/post/6629.html发布于 2023-12-03
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