兩級AO-MBR組合工藝處理餐廚垃圾厭氧沼液的工程應(yīng)用

文_李保光 張愛軍 戴小東 梁洪植 楊吉祥 北京首創(chuàng)環(huán)境科技有限公司

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口增長，我國城市餐廚垃圾的產(chǎn)量也不斷增加。據(jù)估計，我國城市每年餐廚垃圾產(chǎn)量不低于7000 萬t。目前國內(nèi)大多數(shù)餐廚垃圾與生活垃圾混合處理，以傳統(tǒng)的填埋、焚燒為主。但由于餐廚垃圾含水率高、熱值低、容易腐敗變質(zhì)、含鹽量高等特點(diǎn)，不適宜傳統(tǒng)的填埋和焚燒，且其蘊(yùn)含的營養(yǎng)成分無法得到資源化利用，部分地區(qū)已將餐廚垃圾進(jìn)行單獨(dú)處置。

目前餐廚垃圾主流處理技術(shù)為厭氧消化，本文介紹的是餐廚垃圾經(jīng)厭氧消化后的沼液的處理工程實例。

1 工程概況

山西省某環(huán)保能源有限公司是一家主要從事餐廚垃圾的集中收運(yùn)、處理以及副產(chǎn)物油脂、生物肥料銷售的企業(yè)。本項目餐余垃圾處理總規(guī)模60t/d。

餐廚垃圾經(jīng)過預(yù)處理及厭氧消化系統(tǒng)處理以及脫水后產(chǎn)生沼液，沼液具有水質(zhì)成分復(fù)雜、有機(jī)濃度高、鹽分含量高等特點(diǎn),若得不到及時的處理,必然會造成極大的環(huán)境污染。

2 設(shè)計水質(zhì)

厭氧消化后的沼液經(jīng)脫水后產(chǎn)生沼渣和脫水后的液體，沼渣進(jìn)入填埋場填埋；脫水后的液體與廠區(qū)進(jìn)入污水處理站進(jìn)行處理，設(shè)計規(guī)模72m3/d，采用“預(yù)處理+兩級硝化反硝化+內(nèi)置超濾膜系統(tǒng)”的處理工藝，達(dá)到《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T31962-2015）中表A 級中的部分排放標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)排放因子詳見表1 。

表1 設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì) mg/L

3 工藝流程

結(jié)合餐廚沼液的特性,當(dāng)前國內(nèi)外較先進(jìn)的技術(shù)，以及已運(yùn)行的成功經(jīng)驗和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),本項目采用“預(yù)處理+兩級硝化反硝化+內(nèi)置超濾膜系統(tǒng)”的處理工藝，處理工藝流程如圖1 所示。

圖1 工藝流程圖

沼渣脫水產(chǎn)生的濾液自流進(jìn)入地下緩沖池，經(jīng)泵提升至自清洗過濾器和氣浮裝置，餐廚廢水經(jīng)過隔油池去除廢水中懸浮物和動植物油后進(jìn)入調(diào)節(jié)池，以均衡水質(zhì)水量，調(diào)節(jié)池內(nèi)設(shè)潛水?dāng)嚢铏C(jī)，以防止池內(nèi)污泥沉降。

調(diào)節(jié)池廢水經(jīng)提升泵送入進(jìn)入硝化反硝化系統(tǒng)，廢水先進(jìn)入一級反硝化池，在反硝化菌的作用下去除廢水中亞硝態(tài)氮；反硝化池中設(shè)有攪拌裝置，保證池內(nèi)污泥與餐廚廢水充分接觸混合；一級反硝化池出水進(jìn)入一級硝化池，池中供入一定量的氧，將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮；一級硝化池出水進(jìn)入二級反硝化池，在反硝化菌的作用下去除廢水中亞硝態(tài)氮；二級反硝化池中同樣設(shè)有攪拌裝置；二級反硝化池出水進(jìn)入二級硝化池。

硝化池的泥水混合液自流進(jìn)入浸沒式超濾膜系統(tǒng)，對混合液進(jìn)行泥水分離。膜池內(nèi)的污泥濃度可達(dá)8000 ～20000mg/L，超濾膜產(chǎn)水達(dá)到《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T31962-2015）中表A 級部分排放標(biāo)準(zhǔn)后外運(yùn)至污水處理站處理。污泥回流進(jìn)入前端生化處理池或污泥濃縮池。

4 構(gòu)筑物及相關(guān)工藝參數(shù)

根據(jù)該項目的工程實踐，將兩級硝化反硝化-MBR 在工程應(yīng)用的相關(guān)參數(shù)作如下設(shè)計：

4.1 主要組成單元

該工程的主要組成單元包括兩級硝化反硝化池和內(nèi)置MBR，設(shè)計參數(shù)見表2。

表2 主要單元設(shè)計參數(shù)

生化系統(tǒng)設(shè)置冷卻系統(tǒng)及水力消泡系統(tǒng)。

MBR 系統(tǒng)設(shè)置1 套超濾膜系統(tǒng)，包括有內(nèi)置超濾膜組件、超濾膜自吸泵、膜池污泥回流泵、羅茨風(fēng)機(jī)、反洗系統(tǒng)、清洗系統(tǒng)和檢測儀表系統(tǒng)。

4.2 輔助系統(tǒng)

輔助系統(tǒng)主要包括地下緩沖池、自清洗過濾器、隔油氣浮裝置、調(diào)節(jié)池、污泥處理系統(tǒng)等。

4.2.1 預(yù)處理系統(tǒng)

預(yù)處理系統(tǒng)包括餐廚沼液的過濾地下緩沖池、自清洗過濾器、隔油氣浮裝置等。餐廚沼液自流進(jìn)入地下緩沖池，經(jīng)泵提升至自清洗過濾器和隔油氣浮裝置，去除廢水中懸浮物和動植物油。其中自清洗過濾器材質(zhì)SS316L，過濾精度5μm，隔油氣浮裝置配備PAC、PAM 加藥裝置。

4.2.2 調(diào)節(jié)池

調(diào)節(jié)池1 座，有效容積為700m3，用于調(diào)節(jié)水量、水質(zhì)。調(diào)節(jié)池配套設(shè)備包括提升泵、除臭風(fēng)機(jī)和攪拌系統(tǒng)，分別用于出水提升、調(diào)節(jié)池除臭和防止懸浮物沉積。

4.2.3 污泥處理系統(tǒng)

污泥脫水系統(tǒng)用于處理厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼渣和該餐廚沼液污水處理裝置生產(chǎn)的污泥，含水率約 98%～99%。 污泥濃縮系統(tǒng)包括污泥濃縮池，備有污泥螺桿泵；脫水系統(tǒng)采用臥式離心脫水機(jī)，附屬設(shè)備包括螺旋輸送機(jī)、PAM 一體化加藥裝置、電動葫蘆等。 離心脫水機(jī)分離出的沼渣和污泥外運(yùn)填埋處置，一期產(chǎn)生的脫水沼渣和污泥量為3.6t/d，分離液進(jìn)入調(diào)節(jié)池處置。

5 運(yùn)行效果

采用附近污水處理廠脫水污泥為接種污泥馴化培養(yǎng)，約90d 左右達(dá)到設(shè)計負(fù)荷，進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行階段，A/O 池控制混合液回流比700%，污泥回流比200%～300%。該系統(tǒng)連續(xù)三個月（2019年3 ～5 月）運(yùn)行結(jié)果如圖2、圖3 所示。從圖2 中可知，餐廚沼液進(jìn)水COD 在4040 ～5664mg/L 之間，內(nèi)置MBR 出水保持在500mg/L 以下，COD 平均去除率為91.8%。從圖3 中可知，餐廚沼液進(jìn)水氨氮在988～1189mg/L 之間，最終出水氨氮保持在45mg/L 以下，NH3-N 平均去除率為95.8%。COD、BOD5、NH3、SS 各項出水指標(biāo)均達(dá)到《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T31962-2015）中表A 級排放標(biāo)準(zhǔn) ，為后續(xù)處理提供有利條件，并于2019年6 月順利通過驗收。

圖2 COD 去除效果

圖3 NH3-N 去除效果

6 經(jīng)濟(jì)分析

6.1 投資成本分析

本工程總投資為635 萬元，其中建筑工程費(fèi)用為220 萬元，設(shè)備購置費(fèi)為270 萬元，安裝工程費(fèi)為110 萬元，其他工程費(fèi)用（含設(shè)計費(fèi)、調(diào)試費(fèi)等)為35 萬元。

6.2 運(yùn)行費(fèi)用估算

人工費(fèi)：每日3 班，每班各配備1 名操作人員。員工年工資平均按4 萬元計，則 3 人工資總額為12 萬元/a。

電 耗：電 價 按0.80 元/kWh，電 耗 費(fèi) 用 為110×24×330×0.8=69.695 萬元/a。

水費(fèi)：0.5 萬元/a。

藥耗：4.5 萬元/a，其中包括絮凝劑、消泡劑2 萬元/a；MBR 清洗劑 2 萬元/a；液態(tài)；化驗藥劑0.5 萬元/a。

MBR 更換費(fèi)：每3年更換一次MBR 膜，故損耗費(fèi)為 5.4萬元/a。

維修費(fèi)用：約3 萬元/a。

7 結(jié)語

兩級AO-MBR 組合工藝處理餐廚沼液的工程應(yīng)用中效果良好，對COD 和NH3-N 的去除率分別可達(dá)91.8% 和95.8%。COD、BOD5、NH3、SS 等相關(guān)出水指標(biāo)均達(dá)到《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T31962-2015）中表A 級排放標(biāo)準(zhǔn) 。項目運(yùn)行成本為30.6 元/m3。該項目為兩級AO-MBR 工藝處理其他高濃度污水的工程應(yīng)用提供了參考。