北京厨余垃圾厌氧发酵资源化利用潜力分析

曹馨月 李博 陈俊宇 陆泽宁 陈衡

摘要：由于国家城市化进程的不断深入、经济发展水平的不断提高，人民的生活也变得越来越好，但这背后的环境问题也日渐凸显出来。本文研究了北京近几年来生活垃圾的清运量、组成、变化趋势，结合当前沼气发电技术，分析了通过厌氧发酵处理对城市厨余垃圾问题进行无害化处理所能带来的收益，并结合实际垃圾处理情况与发达地区国家的可鉴之处提出了一些相关建议。

关键词：垃圾处理；厨余垃圾；资源化利用；厌氧发酵；发电

0 前言

据环保部发布的《2016年全国大、中城市固体废物污染环境防治年报》显示，2015年，北京市的城市生活垃圾生产量最大，生产量为790.3万吨，其次是上海、重庆、深圳和成都，生产量分别为789.9万吨、626.0万吨、574.8万吨和467.5万吨。 北京市生态环境局发布了《北京市2018年固体废物污染防治信息通报》，2018年，北京市生活垃圾清运量为975.1万吨，日均2.55万吨。从2014年到2018年，北京生活垃圾以每年5.4%-10%的速率增加，具体每年清运量以及变化趋势如图1所示。目前，北京约有6.5万家餐饮企业，每天生产厨房垃圾约2000吨，但每天仅回收500吨左右，占产生量的25%。

图1 2014年-2018年北京厨余垃圾清运量

1 垃圾厌氧发酵处理工艺流程

收集完成的厨余垃圾经机械破碎分离进行预处理，将得到有机质含量较高的混合物通入蒸煮机进行蒸煮制浆提温，将废油脂和细渣于所得高温有机混合物在经三相分离机处理后提出，剩余有机液体继续搅拌发酵作业通入厌氧发酵罐，发酵所得沼气再经净化处理供给燃气发电机组驱动内燃机发电。此外沼气还可以经专业处理分离提纯后制成天然气，即产生清洁能源实现废物再利用效益。厨余垃圾具体处理流程如图2所示。

图2 厨余垃圾处理流程^[1]

2 垃圾厌氧发酵处理效益分析

经过预处理工序后的厨余垃圾进行厌氧发酵，采用4m³有效处理容积的实验装置，一天能处理80kg经预处理后的厨余垃圾，稳定时的平均容积产气律为2.04m^3/(m³·d），则4m³的有效处理容积的实验装置一天可以产生沼气8.16m³，甲烷含量为61.1%，其中甲烷为4.99m³，即产生甲烷3.58kg，（按甲烷标准状况下密度为0.717g/L计算），则实验装置产生甲烷流量为0.15kg/h；该装置处理一吨预处理后的厨余垃圾，能产生102m³沼气，其中甲烷为62.32m³。^[2]

由于北京市城区的垃圾堆肥场、填埋场等最终处置场的距离与生活垃圾收集站或垃圾楼越来越远，平均距离达到至少50-100千米以致产生垃圾转移运输效率偏低及垃圾转运费用过高的情况。由此，垃圾中转站的建设可有效减少运输的车次、提高垃圾运输的效率，降低垃圾转运费用，具有明显优异的成效。

若垃圾中转站中垃圾组成按照50%的厨余垃圾占比预估，垃圾预处理阶段，机械破损分离出陶瓷、金属和塑料等废物，固液分离粗渣合计约占厨余垃圾总量的18.3%^[3]。其转运垃圾均采用垃圾厌氧发酵处理产生沼气，并用国产机组进行沼气发电，每m³沼气约能发电1.7度。北京现已经建立的部分垃圾中转站日处理垃圾能力以及其发电情况如表1所示。

表 1 北京市城区已建并运行的生活垃圾中转站^[3]

处理设施名称	日处理能力（吨）	沼气产生量（m3）	沼气发电量（度）
小武基垃圾转运站	980	40833.7	69417.2
马家楼垃圾转运站	980	40833.7	69417.2
大屯垃圾转运站	1500	62500.5	106250.9
五路居垃圾转运站	1500	62500.5	106250.9
衙门口垃圾转运站	500	20833.5	35416.9
葡萄最垃圾转运站	400	16666.8	28333.6

今年上半年，北京市全市生活垃圾清运量为393.59万吨，日均2.16万吨，无害化处理率100%。厨余垃圾设施处理总量为27.87万吨，日均1532吨。其中家庭产生的厨余垃圾进入设施的处理量为10.02万吨，日均551吨，餐饮服务单位产生的厨余垃圾进入设施的处理量为17.85万吨，日均981吨。若上半年的厨余垃圾均投入沼气发电，共可产生沼气2.84*107m2，可发电4.8*107kw.h，其中家庭所产生的厨余垃圾产生沼气1.02*107m2，可发电1.73*107kw.h；餐饮服务单位产生的厨余垃圾产生沼气1.82*107m2，可发电3.09*107kw.h。日均可产生沼气156264m2，可发电265648.8kw.h，其中家庭所产生的厨余垃圾产生沼气56202m2，可发电95543.4kw.h；餐饮服务单位产生的厨余垃圾产生沼气100062m2，可发电170105.4kw.h。

2018年北京市生活垃圾清运量为975.1万吨，按照每年8%的增长趋势预估，2020年北京生活垃圾清运量将达到1137.24万吨。按照50%的厨余垃圾占比预估，2020年北京厨余垃圾清运量为568.62万吨。568.62万吨厨余垃圾经预处理后有464.56万吨有机混合物可参与厌氧发酵，能产生4.7*10⁸m³沼气，其中甲烷为2.87*10⁸m³,经提纯后可产生2.35*10⁸m³天然气。若将沼气供给燃气发电机组驱动内燃机发电，采用国产机组，每m³沼气约能发电1.7度，年发电量约为7.99*10⁸KW.h。

图4 2020年北京厨余垃圾厌氧发酵处理潜力

3 总结

随着人口的递增，中国生活垃圾的数量增幅迅猛，垃圾资源化对中国城市的未来发展将发挥极其重要的作用与影响。目前生活垃圾的处理，国家重点关注领域在焚烧发电，但大部分地区厨余垃圾占比生活垃圾含量最高，通常不可通过直接焚烧的方式进行资源化处理。因此，将生活垃圾划分为厨余垃圾与其他生活垃圾，通过沼气发电系统和垃圾焚烧系统可将城市生活垃圾转变为可再利用能源，实现垃圾资源化。而建立两套垃圾处理系统不仅对工艺技术有着较高标准要求，也极大提高了垃圾处理的成本，还有可能导致入不敷出的结果。

就此本文结合实际情况与发达国家的可鉴之处提出了一些建议：

（1）传统垃圾焚烧厂不能同时处理厨余垃圾和其他城市生活垃圾，建立一种基于焚烧和沼气化耦合的固体废弃物与厨余垃圾协同处理系统能很好地解决这一问题。并且在同一垃圾处理厂内处理这两种生活垃圾能大大降低投入成本；

（2）传统垃圾焚烧电厂发电效率较低，如果能将厨余垃圾发酵产生的沼气燃烧，再将燃烧所得烟气与锅炉中蒸汽进行换热从而提高蒸汽参数，这样就能提高垃圾焚烧发电的效率。

参考文献：

1^] 陈福仲,刘杰,陈晶晶.餐厨垃圾沼气热电联产经济分析[J].能源研究与利用,2020(02):30-33.

^[2] 王冰洁,王金辉,黄怡然,涂凌波,黄安娜,朱建林.餐厨垃圾固相物料与厨余垃圾混合中温厌氧消化工程中试研究[J].中国沼气,2019,37(01):75-79.

^[3] 刘毅,李欣.北京城市生活垃圾资源化分析[J].管理观察,2014(32):12-14+17.