1、第 40 卷第 12 期2022 年 12 月环境工程Environmental EngineeringVol40No12Dec2022收稿日期:20220809基金项目:国家水体污染控制与治理科技重大专项(2017ZX07202005)第一作者:杨国栋(1980)，男，高级工程师，主要研究方向为固废处理处置与资源化利用。ssswordman qqcom*通信作者:兰天(1992)。lantiancnnm 163comDOI:10.13205/jhjgc202212008杨国栋，兰天，宋萌珠，等 厨余垃圾干湿压榨分离水热炭化技术工程应用研究 J 环境工程，2022，40(12):5360厨余垃
2、圾干湿压榨分离水热炭化技术工程应用研究杨国栋1，2，4兰天3*宋萌珠3杜玉凤3刘梦丹3宋迎春3蒋建国3(1哈尔滨工业大学 环境学院，哈尔滨 150001;2 南方科技大学 环境科学与工程学院，广东 深圳 518055;3清华大学 环境学院，北京 100084;4深圳市宝安区市容环境综合管理服务中心，广东 深圳 518101)摘要:以厨余垃圾干湿压榨分离水热炭化技术的工程应用为研究对象，评估工程的运行效能，分析单位厨余垃圾处理的能耗情况，核算厨余垃圾处理成本。结果表明:该厨余垃圾处理工程日均处理量为 115.32 t/d，厨余垃圾平均减量化率达到 60.31%。厨余垃圾经干湿压榨分离水热炭化处理
3、得到的产物为干垃圾和水热炭，含水量分别为68.41%和 35.92%，低位热值分别为 5029.61 J/g 和 14424.80 J/g，与未处理的厨余垃圾相比，其燃烧性能大幅提升。厨余垃圾处理的单位能耗为 46.26 kW h/t，其中压榨处理环节的能耗只占总能耗的 10.54%，水热炭化处理环节能耗占比最高，达到了 72.14%。每吨厨余垃圾的处理成本为 386.56 元，水热炭化处理的成本占总成本的 41.69%。该工程有效地实现了厨余垃圾的减量化与资源化，处理产物在制备垃圾衍生燃料、吸附材料、生物碳基肥料以及土壤改良剂方面具有很好的应用前景，为城市厨余垃圾处理工程建设提供提供了可靠的
4、设计参考与技术支撑。关键词:厨余垃圾;干湿压榨;水热炭化;减量化;资源化ENGINEEING APPLICATION OF A DY-WET PESS SEPAATION-HYDOTHEMALCABONIZATION TECHNOLOGY FO FOOD WASTEYANG Guodong1，2，4，LAN Tian3*，SONG Mengzhu3，DU Yufeng3，LIU Mengdan3，SONG Yingchun3，JIANG Jianguo3(1School of Environment，Harbin Institute of Technology，Harbin 150001，Ch
5、ina;2 School of Environmental Science and Engineering，Southern University of Science and Technology，Shenzhen 518055，China;3School of Environment，Tsinghua University，Beijing 100084，China;4Baoan District Waste Disposal Station of Shenzhen，Shenzhen 518101，China)Abstract:In this study，a case project of
6、dry-wet press separation of food waste-hydrothermal carbonization technology wastaken as the research object The operational efficiency of the food waste treatment project was evaluated，and the energyconsumption and cost for per unit of food waste treatment were analyzed The study results were as fo
7、llows:the project treatedan average of 115.32 t of food waste per day，with a waste mass reduction rate of 60.31%The products obtained by dry-wetpress separation-hydrothermal carbonization of food waste were dry waste and hydrothermal carbon，the moisture contents ofthem were 68.41%and 35.92%，and the
8、low-level calorific values were 5029.61 J/g and 14424.80 J/g，respectively Thecombustion performance of the products was substantially higher than raw food waste The unit energy consumption of foodwaste treatment was 46.26 kW h/t，of which hydrothermal carbonization treatment and wet and dry separatio
9、n and pressingtreatment accounted for 72.14%and 10.54%，respectively The cost of food waste disposal was MB 386.56/t The projecteffectively achieves the reduction and reuse of food waste The treatment products have promising applications in making waste-derived fuels，adsorbent materials，biochar-based
10、 fertilizers and soil amendments This research provides reliable design环境工程第 40 卷reference and technical support for the development of urban food waste treatment projectsKeywords:food waste;dry-wet presses;hydrothermal carbonization;reduction;reuse0引言随着我国城市人口的快速增长和人民生活水平的不断提升，城市生活垃圾产生量也逐年增加。我国生活垃圾产
11、生量从 2009 年的 1.57 亿 t/a 增加到2020 年的 2.35 亿 t/a1。生活垃圾中的厨余垃圾占了很高比重，随着近年来垃圾分类工作的不断推进，厨余垃圾的分出量大幅度增加。厨余垃圾包括油脂、骨头、蔬菜、淀粉和其他食物残渣，其主要来源为家庭厨房、餐厅、市场等与食品加工相关的行业2，3。厨余垃圾容易腐烂、滋生细菌、产生有害物质，对空气、水源和土壤造成污染4。采取有效的技术路径，实现厨余垃圾的减量化、无害化和资源化是垃圾分类工作持续推向深入亟待解决的问题。目前我国厨余垃圾处理设施的处理规模难以满足厨余垃圾巨大的处理需求。对已有的厨余垃圾处理设施运行效能进行评价，可为政府相关部门以及企
12、业对厨余垃圾处理设施的建设规划提供决策依据。厨余垃圾水热炭化技术是通过热化学过程使有机生物质水解、脱水、脱羧、缩合、聚合和芳构化。水热炭化处理得到的产物为浆料状态，需经过滤、干燥和机械脱水等处理后转化为富含碳的固体5-7。Akarsu 等8 将厨余垃圾在 180250 和 1 4 MPa条件下进行水热碳化处理后，得到了高热值的水热炭。水热碳化技术具有占地面积小、处理效率高、减量化效果显著等优势，可以将 50%以上的能量留存在水热炭中。我国南方某厨余垃圾处理设施采取“压榨预处理+水热炭化”技术模式运行，其厨余垃圾压榨分质系统的处理能力最高可达 150 t/d，水热炭化系统处理能力为 100 t/
13、d。本文根据该厨余垃圾处理设施连续 3 个月的运行记录，分析厨余垃圾处理设施的运行效能和单位厨余垃圾处理的能耗情况，核算厨余垃圾预处理成本，以期为后续工程化应用及推广提供可靠的设计依据与技术参考。1材料与方法1.1项目概况厨余垃圾干湿压榨分离水热炭化处理工艺见图 1。厨余垃圾进入处理系统后首先进行次高压压榨，通过压榨预处理设备将厨余垃圾中的浆化料挤压，实现干湿分离。湿质垃圾浆化系统是集除铁、除杂、破碎、制浆于一体化的设备系统。浆化分质率、浆化料粒径是直接反映浆化处理效果的工艺参数。图 1厨余垃圾干湿分离压榨水热碳化处理工艺流程及设备图Figure 1Diagram of the process
14、 and equipment of food wastedry-wet separation and pressing-hydrothermal carbonization treatment湿质组分处理采用水热炭化技术，该技术采用连续进料、出料的工作模式，由进料泵连续进料，再经过辅助加热装置达到设定的炭化温度进行充分的炭化反应。水热炭化系统将已去除杂质的厨余垃圾浆化料在催化剂、特定温度和压力的共同作用下制成性质相对稳定的水热炭。液体部分(压滤液)经絮凝沉淀装置处理后将底泥分出。各项产物的占比、成分特性、能量消耗是整个站点生产运行过程中需要重点分析、管控和调整的关键技术指标。水质净化采用电解催
15、化超滤吸附一体化综合技术，具体包含电解催化装置、超滤膜设备、纳滤膜设备、反渗透膜设备、吸附装置以及 pH 调节装置。末端污水经处理后，依据 GB 89781996污水综合排放标准 进行达标排放。进入该系统的污水水质、处理后排出的水质是污水处理系统需要重点分析和调控的关键技术指标。1.2系统处理能力计算通过查阅项目工程运行台账，笔者获得了每日垃圾处理各环节的处理量和处理产物质量数据。通过式(1)(4)计算垃圾减量化率 Fr(%)、压榨处理系统的压榨分离比 Pr(%)、浆化分质率 Sr(%)和水热45第 12 期杨国栋，等:厨余垃圾干湿压榨分离水热炭化技术工程应用研究炭化系统的减量率 Hr(%):
16、Fr=Fq Pq HqFq 100%(1)Pr=WqFq 100%(2)Sr=SqFq 100%(3)Hr=Sq HqSq 100%(4)式中:Fq为每日垃圾处理量，t/d;Pq为压榨处理后干垃圾的量，t/d;Hq为污水处理量，t/d;Wq为湿垃圾的量，t/d;Sq为浆化料的产生量，t/d;Hq为水热炭的量，t/d。1.3样品的采集和预处理依据 CJ/T 3132009生活垃圾采样和分析方法9 的要求，厨余垃圾、干垃圾和水热炭通过四分法进行采样。采集的样品在 4 冰箱中冷藏贮存，24 h内进行测定。应 CJ/T 3132009 的要求制备一次样品和二次样品。其中，一次样品是对生活垃圾进行分选、破碎、缩分后得到的样品，用于杂质率和含水率分析;二次样品是对已完成生活垃圾物理组分和含水量分析的一次样品的各个物理组分进行缩分、粉碎、研磨、混配后得到的样品，用于生活垃圾油分含量、Cl含量、高位热值和低位热值的分析。采样频率为 1 次/月，连续采集 3 个月。水热炭化固液分离后的压滤液和污水处理系统的进出水采样根据 HJ 4952009水质采样方案设计技术规定10来完成。样品保存在干净且化学性质稳
