高压挤压：预处理的终极手段？

2.2 HPE对后续厌氧其他影响

考虑高压可能对微观结构的改变，因此有必要考察高压挤压对后续厌氧的影响。

1） 高压挤压可促进有机物水解酸化。

清华大学与北京环卫利用小型高压挤压装置，以10~40MPa 挤压自配的生活垃圾，表明预处理后湿组分COD、VFA、蛋白质溶出量和溶出速度都有所提高。因为压力越大，其结构受到高压的破坏越严重，颗粒物更小，比表面积越大。同时，细胞壁和细胞膜破坏更彻底，胞内有机物溶出越多，一些聚合大分子在高强度挤压过程中还可能遭到破坏，改变其溶解特性，这有益于水解酸化过程。这对于提高高 TS 底物产沼效率帮助极大，因为高TS底物中，水解是限速步骤。这在董村生活垃圾挤压运行结果中得到验证。

2） 高压挤压可转变一些不能降解的有机物。

由于木质纤维素结构坚硬，通常仅30-50％的有机物能实现降解产沼，Hjorth等研究显示，针对以纤维素为主的生物质挤压挤压后绝大多数样品沼气产量增加10%-20%。这是由于挤压使颗粒变小，增加了比表面积，同时有机聚合物在压力及压力释放瞬间的剪切力作用下遭到破坏，木质素-半纤维素-纤维素结构遭到分解，从而溶解糖和溶解干物质得以增加（TDS和溶解游离糖分别增加了高达60％和30％），为厌氧增加了小分子碳源，二者共同提高了物料的降解率（即沼气产量，尤其是有机聚合物的破坏）和降解速度（从而减小停留时间）。

小麦秸秆（含固率40%）高压挤压前后图

这验证了Karunanithy等研究，高压挤压的确会对纤维素、半纤维素、木质素、蛋白质等产生解聚作用。如果压强够大，还能产生热作用。类似研究还有：Marousek等对颗粒状干草的挤压预处理导致沼气产量增加了33％、Pilarski等对玉米青贮饲料挤压后甲烷产量提高35％。

由此可见，针对当前我国火热开展的厨余垃圾，其含杂率更高，且多为未经热处理的“生料”，纤维素类含量高，致有机成分生物降解过程长，高压挤压似乎不失为一个好的选择（广州600t厨余垃圾即采用高压挤压技术）。

3） 过高压力会导致酸抑制及更多杂质挤出。

当然，并不是压力越大越好。清华大学研究显示，过高压力（40 MPa）加剧了湿组分在水解酸化过程中的酸抑制（小分子酸性物质快速大量产生，同时强大挤压力破坏微观结构，使胞内有机物提前释放）。40MPa 压力下湿组分水解液初始 pH 值低至 4.7，出现明显酸抑制，因此 20MPa和 30MPa 压力相对更适宜。

类似地，龙澄环保研究表明在40 MPa条件下，虽然干组分含水率更低，但C、H元素含量下降，热值也有所降低，同时湿组分厌氧消化性能也劣于20 MPa获得的湿组分。原因是高压力下，更多的塑料、纸张等难降解、高热值的组分随湿组分被挤出，导致湿组分杂质增加，同时也影响物料C/N比，从而导致缺氮或氨氮浓度过高。

2.3 经济性

整体而言，对高压挤压的经济性目前尚无全面完善的评估，以下选取国内外两项研究结果供初步参考：

据清华大学及北京环卫数据，高压挤压设备投资成本为9万元/吨，运营成本40元/吨，电耗12kwh/吨。

丹麦Hjorth针对纤维素为主的生物质挤压研究实现，相比Q1，Q4挤压了1500吨，由此沼气产量增加了90%，这相当于975MWh（尽管这种增加是物料干物质翻倍和挤压的共同作用，但挤压带来的增加作用依然非常明显），但对应挤压能耗仅为68MWh。

据2014年推测，丹麦挤压设备的维护及折旧成本约 140元/t生物质。加上电耗，挤压设备成本总计约200元/t。相比增加的沼气产量，挤压增加收益约220元/t。

大规模商业应用的经济性，可参考如下应用案例。

2.4 国内应用案例

伴随湿垃圾的火热，高压挤压近两年开始在国内崭露头角，主要应用如下。

1） 启迪桑德：国内高压挤压案例及专利最多企业。

湿垃圾高压挤压技术目前授权专利25项，其中发明专利5项，相关设备参数如下：

目前公司已实施15条餐厨垃圾、2条生活垃圾高压挤压预处理线。包括

• 金华市餐厨垃圾110 t/d，配置1条分选破碎线+1条高压挤压线，2015年运行。

• 成都市中心城区餐厨垃圾330t/d，配置2条高压挤压线，2018年运行。

• 齐齐哈尔市餐厨-污泥项目200t/d，配置1条高压挤压线，2018年运行。

• 北京市阿苏卫生活垃圾1600t/d，配置4条传统预处理线和1条高压挤压处理线。

以成都二期为例，项目采用2套高压挤压机，单套处理能力为20t/h，功率为100KW 。高压挤压后有少部分塑料片、纤维等轻物质随湿物料一起被挤出，因而配套设计有除杂机。同时，在厌氧罐内有去除浮渣及检验浮渣厚度的措施，厌氧罐具备长期运行排砂、排浮渣的功能。

2）朗坤-国内首个厨余高压挤压且单体规模最大项目

公司在16年研发的生活垃圾高压挤压分离基础上，进一步研制了厨余垃圾挤压分离设备。代表案例为广州东部生物质综合处理中心，主要处理广州中心六区的餐饮+厨余垃圾、动物固废、粪污等有机固废，投资8.5亿，一期处理2040吨/天，全球最大有机垃圾处理项目，其中厨余垃圾600t，是国内单体规模最大的高压挤压项目，也是国内首个将高压挤压应用到厨余垃圾的项目。

其中核心为“LHP超高压挤压分选系统”，通过350个大气压（35MPa，因为先进行了风选，所以避免了过高压力将轻质杂质压入有机组分？）的超高压机械液压挤压，压榨机采用柱塞式压榨机，单机处理能力15t/h，压榨孔直径为8mm，压力达50~90Mpa。

3） 龙澄环保-引进意大利超高压压榨分质技术

公司“压榨分质与高效惰质化处理”技术是国家“十二五”科技支撑计划项目研发成果，目前在深圳下坪示范基地建有生活垃圾超高压分离示范工程。公司引进于意大利设备技术，依靠近100Mpa超高压干湿分离技术，将生活垃圾分为干湿两类处理，目前也在开展湿垃圾高压挤压预处理。

4）北京环卫：生活垃圾挤压-干式厌氧+焚烧

北京环卫集团在北京市董村环卫综合处理厂内建成50t/d生活垃圾干式厌氧发酵工程，以100 MPa超高压直接挤压原生垃圾，干组分焚烧，湿组分物料送入推流式干式厌氧发酵罐。在55℃、含固率25％～35％、停留时间25 d的情况下，整体运行良好。单位有机质产气量433m3/t，有机质平均转化率64％，甲烷为53％～64％。

总体来看，高压挤压预处理优势如下：

• 简单高效，快速实现垃圾干湿分离提质。

• 集破碎、分选、制浆于一体，工艺路线短，故障点少，占地小。

• 可24小时全自动连续运行，系统操作简单。

• 一步完成制浆，无需加稀释水，节省大量外源水，减少后续沼液处理量。

• 高压挤压对纤维素、半纤维素、木质素、蛋白质等产生解聚作用，挤压后湿组分COD、VFA、蛋白质溶出量和溶出速度都有所提高，改善了有机质生化处理性能，提高了有机物可利用率及产沼率。

• 总投资和运行维护成本低。

• 普适性好，尤其适合含杂高的有机垃圾，如厨余垃圾。

与此同时，高压挤压技术也面临如下挑战：

• 除杂除砂效果无法完全直接替代现有预处理系统，需进行相关配套；

• 技术源于国外，国内理论基础和实践经验少；

• 高压对设备要求严格，单套设备投资及运维费用较高；

后续研究实践中，还需对高压挤压进行如下方面探索：

• 设备筛孔孔径、压力与物料、杂质之间关系；

• 挤压前后物料的理化性质变化、水解酸化过程、产气过程进行综合研究分析比较；

• 设备国产化研究及运行经济性综合评价；

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