安徽省某市40 t/d餐廚垃圾廢水處理技術(shù)研究

王猛，孫玉童

（安徽省通源環(huán)境節(jié)能股份有限公司，安徽 合肥 230001）

近年來我國(guó)居民物質(zhì)生活水平逐步提升，人們不再滿足基本的溫飽，而是追求各種美味的食物，從而導(dǎo)致餐飲業(yè)不斷發(fā)展壯大。與此同時(shí)，餐廚垃圾產(chǎn)量也隨之增加。據(jù)有關(guān)研究統(tǒng)計(jì)，餐廚垃圾每年以10%的速度增長(zhǎng)[1]。餐廚垃圾中有機(jī)質(zhì)含量高（≥85%），含水率大（70%～85%），食物殘?jiān)兄赜停?%～5%）重鹽（1%～3%）[2]。如果對(duì)其處置不當(dāng)會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重影響[3]。餐廚垃圾主要為固液混合物，處理時(shí)應(yīng)將固態(tài)與液態(tài)相分離，分別進(jìn)行處理處置。其中固態(tài)殘?jiān)Ｓ玫姆椒ǘ嗍翘盥窕蛘叻贌簯B(tài)廢水水質(zhì)復(fù)雜，污染物濃度高，若不經(jīng)過處理直接排放將會(huì)對(duì)水環(huán)境造成嚴(yán)重影響[4]。餐廚廢水中氨氮高達(dá)1 500～2 000 mg/L，有機(jī)物濃度高達(dá)8 000～20 000 mg/L，懸浮物濃度>8 000 mg/L[5]，如若直接排放到常規(guī)污水處理系統(tǒng)中，將會(huì)對(duì)其產(chǎn)生較大的污染負(fù)荷沖擊，使系統(tǒng)無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，餐廚廢水一般需要結(jié)合預(yù)處理及深度處理后才能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

本研究依托安徽省某市餐廚垃圾處理項(xiàng)目，對(duì)餐廚廢水處理工藝可行性、成本和處理效果等方面進(jìn)行分析，為小體量餐廚廢水處理提供思路。

1 項(xiàng)目設(shè)計(jì)規(guī)模及進(jìn)出水水質(zhì)

1.1 設(shè)計(jì)規(guī)模

安徽省某市餐廚垃圾處置項(xiàng)目設(shè)計(jì)規(guī)模為50 t/d，前端預(yù)處理采用制漿技術(shù)（大物質(zhì)分選—固液分離—漿料加熱—三相提油），分離餐廚中的固液態(tài)，餐廚廢水包括沖洗水、生產(chǎn)用水、預(yù)處理分離出的液態(tài)以及結(jié)合糞便處理廠產(chǎn)生的清洗廢水，整體處理規(guī)模按照40 t/d 進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1.2 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)如表1。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

結(jié)合國(guó)內(nèi)餐廚垃圾廠污水水質(zhì)情況和我司類似工程經(jīng)驗(yàn)，確定本項(xiàng)目污水設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)，出水嚴(yán)格執(zhí)行《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 31962—2015）中B級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

2 工藝流程

對(duì)于污水處理工藝來說，選擇一個(gè)工藝的先決條件是對(duì)廢水的特性進(jìn)行分析，針對(duì)廢水的特性選擇適當(dāng)?shù)墓に嚮蚬に嚱M合進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于餐廚沼液濃度高和成分復(fù)雜，對(duì)于處理工藝有特殊的要求。通常而言，餐廚廢水基本處理工藝在充分利用生化處理的經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性原則上，還需將幾個(gè)不同的處理工藝單元進(jìn)行優(yōu)化組合，從而取得經(jīng)濟(jì)和社會(huì)生態(tài)的雙重效益。因此，本項(xiàng)目餐廚廢水處理主體工藝為“CSTR 反應(yīng)器+預(yù)處理（離心、氣?。?二級(jí)A/O-外置式膜生化反應(yīng)器（MBR）+NF+高級(jí)氧化處理系統(tǒng)”。工藝流程如圖1所示。

圖1 餐廚廢水處理工藝流程

餐廚垃圾前端預(yù)處理產(chǎn)生的漿液帶壓輸送至厭氧進(jìn)水罐進(jìn)行水量調(diào)節(jié)，之后通過進(jìn)料泵將物料輸送至CSTR 厭氧反應(yīng)器，通過換熱器和冷卻塔系統(tǒng)對(duì)漿料進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，以達(dá)到發(fā)酵所需溫度。CSTR 系統(tǒng)中產(chǎn)生厭氧反應(yīng)對(duì)漿液中的有機(jī)物進(jìn)行降解，降解后的厭氧沼液經(jīng)離心脫水系統(tǒng)處理后，進(jìn)入預(yù)處理系統(tǒng)。預(yù)處理系統(tǒng)包含過濾和氣浮系統(tǒng)，該系統(tǒng)對(duì)厭氧出水進(jìn)行除油處理及去除大量懸浮物后再進(jìn)入MBR生化段。厭氧產(chǎn)生的沼氣收集輸送至火炬燃燒處理。

MBR 系統(tǒng)設(shè)有兩級(jí)生物脫氮功能，即由一級(jí)反硝化和硝化（初級(jí)生物脫氮）、二級(jí)反硝化硝化（深度生物脫氮）和外置式超濾系統(tǒng)組成。帶有兩級(jí)生物脫氮功能的外置式膜生物反應(yīng)器生物脫氮率在95%以上。

經(jīng)過外置式MBR處理的超濾出水的BOD、氨氮、懸浮物等已經(jīng)達(dá)到或接近排放標(biāo)準(zhǔn)，但是難生化降解的有機(jī)物形成的COD、鹽分和色度仍然超標(biāo)，設(shè)計(jì)采用納濾（NF）對(duì)超濾出水進(jìn)行深度處理，將MBR 出水中難降解的有機(jī)物、SS、部分高價(jià)離子等去除，最終出水達(dá)到出水水質(zhì)要求。

納濾濃縮液設(shè)計(jì)高級(jí)氧化系統(tǒng)進(jìn)行全量化處理，產(chǎn)生的污泥定期排入污泥池，高級(jí)氧化清液與納濾清液混合外排。

3 工藝設(shè)計(jì)參數(shù)

（1）CSTR厭氧工藝技術(shù)參數(shù)（表2）

表2 CSTR厭氧工藝技術(shù)參數(shù)

CSTR 厭氧系統(tǒng)為完全混合式厭氧反應(yīng)器，無傳統(tǒng)的三相分離器，設(shè)計(jì)為頂裝式攪拌器，可有效保障物料在反應(yīng)器內(nèi)均勻分布，避免分層，與微生物充分接觸，從而保證有效物料反應(yīng)完全，同時(shí)保證產(chǎn)氣量。除此之外，CSTR厭氧發(fā)酵系統(tǒng)采用高效保溫措施，使得物料保持在較恒定的溫度下反應(yīng)，COD去除率可達(dá)80%以上。

（2）MBR生化系統(tǒng)工藝技術(shù)參數(shù)（表3、表4）

表3 MBR生化工藝技術(shù)參數(shù)

表4 MBR超濾工藝技術(shù)參數(shù)

針對(duì)本項(xiàng)目極為嚴(yán)格的鹽分排放標(biāo)準(zhǔn)，總氮的去除對(duì)鹽分的達(dá)標(biāo)至關(guān)重要。因此，設(shè)計(jì)兩級(jí)反硝化和兩級(jí)硝化。當(dāng)一級(jí)反硝化和硝化脫氮不完全時(shí)，在二級(jí)反硝化和二級(jí)硝化反應(yīng)器中進(jìn)行強(qiáng)化脫氮反應(yīng)。與傳統(tǒng)生化處理工藝相比，微生物菌體通過高效超濾系統(tǒng)從出水中分離，確保大于20 nm 的顆粒物、微生物和與COD 相關(guān)的懸浮物安全地截留在系統(tǒng)內(nèi)。超濾清液進(jìn)入清液儲(chǔ)槽。由于超濾實(shí)現(xiàn)泥水分離，因此生化反應(yīng)器中的污泥濃度可以達(dá)到10～20 g/L，見表3、表4。

（3）納濾系統(tǒng)工藝技術(shù)參數(shù)（表5）

表5 納濾工藝技術(shù)參數(shù)

由于MBR 系統(tǒng)處理后的出水個(gè)別指標(biāo)如COD、色度等仍達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)，故我公司設(shè)計(jì)了納濾系統(tǒng)。本項(xiàng)目采用完全生物脫氮的膜生化反應(yīng)器對(duì)餐廚污水進(jìn)行了預(yù)處理，超濾出水不含懸浮物和可生物降解的有機(jī)物，這在很大程度上避免了納濾膜的無機(jī)和有機(jī)污垢的產(chǎn)生，從而可以降低納濾膜的清洗頻率，并且使納濾能夠在壓力相對(duì)較低的情況下運(yùn)行，延長(zhǎng)了納濾膜的壽命。

（4）高級(jí)氧化系統(tǒng)工藝技術(shù)參數(shù)

高級(jí)氧化系統(tǒng)用于處理納濾產(chǎn)生的濃縮液，處理規(guī)模為10 m3/d。高級(jí)氧化系統(tǒng)主要包含化學(xué)軟化和混凝沉淀。其基本原理是在廢水中投入混凝劑，因混凝劑為電解質(zhì)，在廢水里形成膠團(tuán)，與廢水中的膠體物質(zhì)發(fā)生電中和，形成絨粒沉降?；炷恋聿坏梢匀コ龔U水中的粒徑為10-3～10-6mm 的細(xì)小懸浮顆粒，而且還能夠去除色度、油分、微生物、氮和磷等富營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、重金屬以及有機(jī)物等。

①進(jìn)水水質(zhì)參數(shù)化學(xué)需氧量（COD）：不宜大于6 000 mg/L；總氮：不宜大于200 mg/L；氨氮：不宜大于100 mg/L；氯離子不宜大于8 000 mg/L。

②氧化后出水回流系統(tǒng)的水質(zhì)要求：化學(xué)需氧量（COD）不宜大于1 500 mg/L。

4 各工藝單元處理效果

參照以往餐廚項(xiàng)目的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)進(jìn)水餐廚污水為設(shè)計(jì)值的情況下，各主要工藝單元實(shí)際的處理效果見表6所示。

表6 主要處理單元及處理效果一覽表 （單位：mg/L）

5 工程成本分析

該項(xiàng)目餐廚廢水處理總投資為522萬元，其中設(shè)備費(fèi)用474.60 萬元，安裝費(fèi)用47.40 萬元。每噸餐廚廢水年運(yùn)行處理成本為101.9 元，包括人工費(fèi)、膜更換費(fèi)用、電費(fèi)、水費(fèi)和藥劑費(fèi)等，具體成本分析見表7。

表7 主要處理單元及處理效果一覽表

6 結(jié)論

本項(xiàng)目餐廚廢水采用CSTR反應(yīng)器+預(yù)處理（離心、氣浮）+二級(jí)A/O-外置式膜生化反應(yīng)器（MBR）+NF+高級(jí)氧化處理系統(tǒng)，出水水質(zhì)可穩(wěn)定達(dá)到《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 31962—2015）中B 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，為小體量餐廚廢水處理提供了借鑒。