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高压挤压:预处理的终极手段?

北极星固废网  来源:环保多巴胺  作者:莫龙庭  2020/3/18 9:48:56  我要投稿  
所属频道: 固废处理  关键词:餐厨垃圾 湿垃圾 预处理工艺

北极星固废网讯:在湿垃圾源头分类短期成效低、传统预处理又面临挑战的情况下,高压挤压如黑夜划过的一道光亮,但它是预处理的终极手段,还是外强中干?本文从有机质损失率、除杂除砂率、产沼率、停留时间、经济性、案例六个角度一探究竟。

1. 传统预处理介绍

我国餐厨垃圾有三高:含水高、含杂高、含油高,其中杂质高影响最大,因而合适的预处理是系统运行的关键。

国内外预处理工艺大方向基本趋同,基本围绕分选、制浆、除油三部进行。当前应用较广的预处理技术为人工分选+破袋+滚筒筛+磁选+精分制浆+除砂除杂+油水分离,但弊端较多。

在此基础上,又出现了系列改进工艺,例如普拉克在重庆黑石子项目提出的“滚筒筛(60mm)+自动分选制浆一体机”,实现了制浆除杂一体化,提高了分离效率,但杂质多时,转锤易出现磨损。以及维尔利在上海松江湿垃圾等项目应用的“分选破碎一体机+淋滤水解工艺”, 其原理与制浆分选一体机一致,但粒径更小(20mm),且利用淋滤水解可低成本地回收有机质,但水解需2-3天,占地较大。

但总体而言,传统预处理仍面临如下弊端:

传统分选效果较差。餐厨浆料含杂多,尤其经过分选或破碎后大量惰性物进入后续系统,一方面加重了高速提油等设备的磨损;另一方面,轻质浮渣中纤维类物质影响厌氧体系的通透性和产沼率;大密度硬质惰性物如砂砾等会沉积反应池底部,挤占库容,造成水力短流,阻碍排泥,影响搅拌。

杂质多,过度筛分导致成本增加及有机质损失。为规避杂质过多的问题,当前常采用过度的筛分分离设备,由此拉长工艺链,增加了系统的投资和运营成本,同时造成大量有机质在筛分分离过程中大量损失。部分传统分选案例,沼气产量偏低,仅约40m³/t 厨余垃圾。

餐厨成分复杂多变,传统工艺复杂,工艺链长。传统分选主要根据垃圾物理性质,如密度、粒度、光学、电磁特性等,采用手选、筛选、重选、磁选、浮选等装置,工艺链长,由此带来臭气控制问题、投资成本及运营成本高、复杂工艺带来的卡、堵问题、操作管理等问题。

成分差别大,缺少普适性。我国幅员辽阔,各地饮食习惯不同,餐厨垃圾成分差别大,例如东部沿海贝壳多,西南油脂多。较大的差异导致预处理系统缺乏普适性,国外工艺在国内水土不服即是表现之一。

由上可见,好的预处理应满足:

  • 最大化去除杂质;

  • 最大化保留有机质及油脂;

  • 适应性好,能接受各类干扰物;

  • 自动化程度高,人工恶劣环境的暴露少;

  • 臭气少,经济性高;

对准则1及2, 2017年《餐厨垃圾处理厂运行维护技术规程征求意见稿》要求如下:

  • 杂质分选率>95%、除砂率>90%。

  • 有机物损失率<5%。若只追求预处理出料纯度,前端就难免以损失有机物为代价 ,二者存在技术上的相互制约 ,因此需寻求一个平衡点。目前运行厂有机物损失率约 10%。

  • 制浆粒径<8mm(国外<12mm)、油脂提取率>95%。

2. 高压挤压预处理

在源头分类短期之内成效低、传统预处理又面临挑战的情况下,高压挤压似乎是一个现实的选择。

高压挤压技术(High Pressure Extrusion,HPE)源于国外,主要用于生活垃圾、有机垃圾的预处理,处理规模约200-1000t/d,代表企业包括加拿大的Anaergia(参见新加坡餐厨垃圾案例)等。

其基本过程是将 10~100MPa 压力作用在垃圾上,延展性好的有机物从筛孔被挤出,即呈浆状的湿组分;其它垃圾则在箱体内被压缩成干饼状的干组分。干组分焚烧发电,湿组分厌氧消化。

区别于常螺旋挤压将餐厨垃圾含水率从83%降低至73%,高压挤压后干组分含水率仅约35%。

尽管听起来简单高效(如下图示,来源:启迪桑德),但当HPE近两年国内应用之时,却遭到较大争议。以下从三方面进行分析。

2.1 技术面1:厌氧预处理指标分析

Jank 等对餐厨及庭院垃圾的混合垃圾进行20~30MPa挤压试验,筛孔直径为 8mm,获得湿组分量约 87%。湿组分中,有机物含量占比90%(有机物损失率约10%),且有机质粒径小于10 mm 的占 94%,有利于厌氧消化,经 21 d 发酵,其产甲烷量达到 360 mL/gVS。此外,近100%的硬塑料、99%的金属、92%的玻璃残留于干组分,分离效果显著。

但从整体分离角度而言,单纯挤压的除砂率仅43%、杂质分选率约74%,效果较差(国内要求杂质分选率>95%、除砂率>90%),尤其是57%的砂砾及33%的塑料膜进入到了湿组分。碎玻璃、砂石类等重质惰性物会磨损设备、挤占库容。而碎塑料、废纸等轻杂质易漂浮于消化液液面和缠绕在搅拌器上,造成搅拌不充分,液面浮层还会阻碍 H2/CO2型产甲烷过程。

可见直接高压挤压,有机质损失率与国内主流预处理工艺相似,但湿组分中存在一定杂质,导致湿组分厌氧消化前需进一步筛分。

鉴于此,国内近两年兴起的挤压预处理进一步考虑了除砂除杂。例如专利CN108015099A公开了基于两级挤压技术的餐厨垃圾预处理工艺和系统,该方案相比于常规预处理具有一定优势,但也存在利用缓冲池进行排砂处理,实际去除效果不佳,后续物料中仍含有部分砂质杂质。

启迪桑德在此基础上,进一步改进。基本过程为餐厨垃圾在10~20MPa下挤压,湿组分从挤压腔表面小孔(3~6mm,孔径更小)挤出,含固率约10%~20%,其它干组分在排料口排出,含固率约40%~50%。湿组分(餐厨浆料)通过输送泵送至沉砂单元,沉砂机内剩余浆料通过溢流方式流出并进入物料缓存罐暂存,再输送至除杂单元,用于去除浆料中存在的部分轻质杂质,从而保护后续油水分离设备;最后浆液经加热及缓冲,进入三相分离。

以桑德200t/d餐厨垃圾为例,杂质总计约11t,经高压挤压后,杂质分选率约73%,挤压后的湿浆料仍含有约27%的轻质杂质(塑料片、纤维等,约10t,TS30%)。但沉砂机似乎尚未启用,除砂率及有机物损失率未知。

由此可见,高压挤压无法直接替代传统预处理系统,挤压后仍需进一步除杂,但其简单高效的完成了初步的制浆除杂一体化,从这个角度,叫高压挤压制浆除杂一体化机似乎更合适?

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