餐廚垃圾厭氧沼液預處理的脫水藥劑效果對比研究

曹永建

摘要：目前，我國餐廚垃圾一般使用濕式厭氧發(fā)酵工藝進行處理。厭氧反應器內部的總固體濃度一般控制在3%左右，厭氧發(fā)酵處理后沼液的總固體濃度一般也在3%。沼液一般含有辣椒籽和纖維等雜物，懸浮物濃度高，影響污水的深度處理，所以沼液要進行預處理，然后才能進行深度處理。沼液預處理工藝主要有物理過濾和沉淀，板框壓濾和離心處理需要添加助凝劑和絮凝劑，才能取得較好的效果。實際生產(chǎn)過程一般選擇鐵鹽（FeCl3）、陽離子聚丙烯酰胺（PAM）和有機調理劑，三者聯(lián)合使用。本文通過開展條件試驗，對餐廚垃圾厭氧沼液進行預處理，對比3種脫水藥劑組合使用的效果，從而明確最佳藥劑組合，實現(xiàn)污水的深度處理。

關鍵詞：餐廚垃圾；濕式厭氧發(fā)酵；沼液；預處理；脫水藥劑

中圖分類號：X799 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2023）11-00-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.11.004

Comparative Study on the Dehydration Agent Effect of Anaerobic Biogas Slurry Pretreatment for Kitchen Waste

CAO Yongjian

（Guangzhou Langkun Environment Technology Co.， Ltd.， Guangzhou 510530， China）

Abstract： At present， kitchen waste in China is generally treated by using wet anaerobic fermentation process. The total solid concentration inside the anaerobic reactor is generally controlled at around 3%， and the total solid concentration of the biogas slurry after anaerobic fermentation treatment is also generally at 3%. Biogas slurry generally contains impurities such as chili seeds and fibers， and the concentration of suspended solids is high， which affects the deep treatment of sewage， therefore， biogas slurry needs to be pretreated before deep treatment can be carried out. The pretreatment process of biogas slurry mainly includes physical filtration and sedimentation， while plate and frame pressure filtration and centrifugal treatment require the addition of coagulants and flocculants to achieve good results. In the actual production process， iron salts （FeCl3）， cationic polyacrylamide （PAM）， and organic conditioners are generally used in combination. Through conducting conditional experiments， this paper conducts pretreatment of anaerobic biogas slurry from kitchen waste， compares the effect of three dehydration agent combinations， and determines the optimal agent combination to achieve deep treatment of sewage.

Keywords： kitchen waste; wet anaerobic fermentation; biogas slurry; pretreatment; dehydration agent

隨著我國垃圾分類政策的出臺，餐廚垃圾處理成為環(huán)境保護領域的熱點之一。餐廚垃圾具有高有機質和高含水率，國內外普遍使用中溫的濕式厭氧發(fā)酵工藝進行處理。厭氧發(fā)酵處理后，沼液具有高氨氮（NH3-N）、高懸浮物（SS）和高化學需氧量（COD）的特點，使得沼液處理成本成為餐廚垃圾處理的關注重點之一。減少產(chǎn)水比是降低沼液處理成本的重要手段，提高進料濃度和厭氧反應器內部濃度是關鍵的生產(chǎn)工藝手段，厭氧反應器內總固體（TS）濃度一般控制在3%左右，可允許的進料TS濃度在12%左右。

餐廚垃圾預處理的常規(guī)工藝流程為：大件雜物分選，破碎制漿，除砂和提油。漿料粒徑可達8 mm，餐廚垃圾中常見的辣椒籽、纖維和塑料片等都會進入后端厭氧發(fā)酵系統(tǒng)。沼液SS濃度高，必須經(jīng)過預處理才能進行后續(xù)處理，預處理為餐廚垃圾處理的一個環(huán)節(jié)。如果處理后含水率控制在65%以下，泥餅可作為有機肥的生產(chǎn)原料。常見的沼液預處理工藝有物理過濾和沉淀，為了取得較好的效果，板框壓濾和離心處理過程都要添加助凝劑和絮凝劑[1]。生產(chǎn)過程一般選擇鐵鹽（FeCl3）、陽離子聚丙烯酰胺（PAM）和有機調理劑，三者聯(lián)合使用。藥劑使用對處理效果和成本有很大的影響，研究不同藥劑的使用效果顯得尤為重要。本文通過開展條件試驗，對餐廚垃圾厭氧沼液進行預處理，對比3種脫水藥劑組合使用的效果，明確最佳藥劑組合，使得廢水SS在1 000 mg/L以下，泥餅含水率能在65%以下，最終實現(xiàn)污水的深度處理。

1 試驗部分

1.1 試驗材料和儀器

厭氧沼液取自廣州市朗坤環(huán)境科技有限公司。沼液溫度為37 ℃，pH為7.62，TS濃度為2.13%，揮發(fā)性脂肪酸（VFA）濃度為470.5 mg/L，總堿度為12 437 mg/L，COD為5 290 mg/L，NH3-N濃度為3 418 mg/L。

試劑有鐵鹽、絮凝劑和有機調理劑。鐵鹽采用FeCl3，絮凝劑采用陽離子聚丙烯酰胺（PAM），有機調理劑為陽離子型。試驗儀器有量杯、磁力攪拌器和板框壓濾機等。

1.2 試驗方法

經(jīng)配制，F(xiàn)eCl3濃度為30%，PAM濃度為2‰，有機調理劑濃度為28%。經(jīng)設計，藥劑投加方案有3種。方案1的PAM添加量為6%，有機調理劑添加量為0%，F(xiàn)eCl3添加量分別為1%、1.5%和2%。方案2的FeCl3添加量為1.5%，有機調理劑添加量為0%，PAM添加量分別為4%、6%和8%。方案3的FeCl3添加量為0.5%，PAM添加量為6%，有機調理劑添加量分別為0.6‰、1.2‰和1.8‰。

各取300 mL厭氧沼液置于3組500 mL的量杯中，按照藥劑投加方案，加入不同用量的藥劑，然后放入磁力攪拌器進行攪拌，使其充分混合，再送入板框壓濾機進行壓濾處理，壓力為1.5 MPa[2]。各藥劑按次序添加，中間需要充分攪拌。所有藥劑添加后，攪拌5 min，靜置30 min，拍照并記錄，以評定絮團情況，然后將污泥輸送至板框壓濾機進行壓濾，取中間過程的廢水測定SS，達到1.2 MPa的終點壓濾壓力后，卸壓，取泥餅測定含水率。

根據(jù)《城市污水處理廠污泥檢驗方法》（CJ/T 221—2005），含水率的測定采用重量法。SS的測定采用《水質 懸浮物的測定 重量法》（GB 11901—1989）；pH的測定采用《水質 pH值的測定 玻璃電極法》（GB 6920—1986）；COD的測定采用《水質 化學需氧量的測定 快速消解分光光度法》（HJ/T 399—2007）；氨氮的測定采用《水質 氨氮的測定 蒸餾-中和滴定法》（HJ 537—2009）。

2 結果與分析

2.1 絮團情況評價

經(jīng)對比試驗，絮團情況評價結果如圖1所示。方案1的FeCl3添加量為1.5%時，絮團情況非常好，泥水分離良好，水質透明度高；FeCl3添加量為1%時，絮團情況較好，泥水分離界面較為清晰，水質出現(xiàn)部分渾濁和浮泥；FeCl3添加量為2%時，添加量明顯過大，水面出現(xiàn)FeCl3特有的棕色泡沫，絮團情況良好，泥水分離良好[3]。方案2的PAM添加量為6%時，絮團情況非常好，泥水分離良好，水質透明度高；PAM添加量為4%時，絮團情況一般，水質出現(xiàn)部分渾濁和浮泥；PAM添加量8%和添加量6%的基本情況一樣，要結合泥餅含水率進行評價。與方案1和方案2相比，方案3的絮團情況一般，添加濃度1.2‰的調理劑時，污泥沉淀效果很好，要結合泥餅含水率進行綜合評價。

2.2 水質和泥餅情況

經(jīng)測定，各藥劑投加方案對應的水質和泥餅含水率如表1所示。結果顯示，F(xiàn)eCl3對降低沼液含水率有關鍵作用。厭氧沼液脫水與污泥脫水類似，污泥脫水有很多的影響因素，包括污泥顆粒的可壓縮性、污泥結合水、污泥表面電荷和污泥胞外聚合物（EPS）等。其中，EPS約占污泥有機物總量的80%，為結合水提供黏附位點，束縛大量的結合水，阻止水從高黏度生物絮體的空隙中滲出，從而影響污泥固液分離和脫水。FeCl3能導致EPS浸出和細胞裂解，從而破壞污泥絮體結構。同時，蛋白質變性使得內部的疏水性基團暴露，增強污泥的疏水性[4]。但是，F(xiàn)eCl3具有很強的腐蝕性，鐵離子容易與沼液中的陰離子結合生成沉淀，堵塞管道和設備。

PAM和調理劑都屬于絮凝劑，可以使FeCl3分解的污泥絮體結構得到重構，通過降低過濾比阻提高污泥的過濾性能，但是泥餅顆粒在泥餅生長后的壓力作用下變形，導致濾餅空隙閉合，進而降低污泥過濾能力。所以，過量添加絮凝劑反而導致泥餅含水率上升。

3 結論

經(jīng)對比試驗，F(xiàn)eCl3添加量為1.5%，PAM添加量為6%，有機調理劑添加量為0‰時，藥劑投加能夠獲得含水率較低的泥餅，經(jīng)濟效益較好。為減少FeCl3對管道和設備的腐蝕和堵塞，可以使用部分調理劑替代鐵鹽，獲得可以接受的泥餅含水率。

參考文獻

1 孟偉忠.餐廚垃圾碳源資源化處置厭氧沼液的應用研究[J].廣東化工，2023（11）：181-185.

2 祖 柱，李 娟，易志剛，等.餐廚垃圾厭氧發(fā)酵沼液處理技術的現(xiàn)狀與展望[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2023（2）：72-75.

3 曹 猛.預處理-AOAO-UF-Fenton-混凝沉淀處理餐廚廢水[J].工業(yè)水處理，2022（12）：165-169.

4 汪昱昌，鄒 婷，陸裕峰，等.餐廚垃圾高溫厭氧消化啟動和調試探究[J].環(huán)境衛(wèi)生工程，2021（4）：46-51.