廚余垃圾處理廠污水處理系統(tǒng)關(guān)鍵問(wèn)題探討

來(lái)源：《CE碳科技》微信公眾號(hào)

作者：中城環(huán)境 丁西明

近年來(lái)，我國(guó)垃圾分類工作取得積極進(jìn)展，逐步建立垃圾分類投放、分類收集、分類運(yùn)輸、分類處理的垃圾處理系統(tǒng)。目前大部分城市將生活垃圾劃分為4類：可回收物、廚余垃圾（又稱濕垃圾）、其他垃圾（又稱干垃圾）和有害垃圾。垃圾分類收集與處理是垃圾合理處置和資源回收的重要基礎(chǔ)，是實(shí)現(xiàn)資源化、減量化和無(wú)害化的必經(jīng)之路。廚余垃圾處理廠作為與垃圾分類相銜接的終端處理設(shè)施，在全國(guó)范圍內(nèi)逐漸普及推廣。

目前國(guó)內(nèi)廚余垃圾的處理方式有好氧堆肥，厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣、與垃圾焚燒廠協(xié)同處理等方式。厭氧發(fā)酵處理工藝目前已逐漸成為廚余垃圾處理的主流工藝。

廚余垃圾處理廠污水來(lái)源廣，污染物成分復(fù)雜，水質(zhì)波動(dòng)大，有機(jī)物和氨氮濃度高，含雜含油量大，處理難度大，隨著環(huán)保部門對(duì)垃圾處理設(shè)施產(chǎn)生的二次污染監(jiān)管越來(lái)越嚴(yán)，廚余垃圾處理廠的污水處理已成為整個(gè)處理環(huán)節(jié)中較為重要的一環(huán)，也引起了行業(yè)內(nèi)各相關(guān)方高度重視。

目前國(guó)內(nèi)廚余垃圾處理廠的污水處理主體工藝均是參照垃圾焚燒廠和垃圾填埋場(chǎng)滲濾液處理工藝，大部分采用兩級(jí)A／O＋MBR生化工藝＋深度處理工藝。

實(shí)際運(yùn)行案例有：

1）唐山餐廚廢棄物資源化利用和無(wú)害化處理項(xiàng)目污水處理規(guī)模240m3／d，采用“預(yù)處理＋兩級(jí)A／O＋MBR＋臭氧高級(jí)氧化”處理工藝，處理出水達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978－1996）中的三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，且COD＜350mg／L；

2）無(wú)錫惠聯(lián)餐廚廢棄物處理項(xiàng)目污水處理規(guī)模650m3／d，采用“厭氧氨氧化＋兩級(jí)A／O＋MBR”處理工藝，處理出水達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978－1996）中的三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)同類項(xiàng)目調(diào)研，部分廚余垃圾處理廠的污水處理系統(tǒng)照搬了垃圾滲濾液處理，沒(méi)有考慮自身的水質(zhì)特性，造成污水處理系統(tǒng)存在膜污堵嚴(yán)重，生化系統(tǒng)水溫過(guò)高，脫氮效果差，以及很難滿負(fù)荷運(yùn)行等問(wèn)題。

本文結(jié)合廚余垃圾處理廠的污水來(lái)源和水質(zhì)特性分析，對(duì)污水處理系統(tǒng)相關(guān)關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行分析探討，以期為同類項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和建設(shè)提供借鑒和參考。

一、污水來(lái)源及水質(zhì)分析

1． 污水來(lái)源分析

1）廚余垃圾干式厭氧脫水沼液

廚余垃圾經(jīng)過(guò)預(yù)處理后進(jìn)入干式厭氧系統(tǒng)，干式厭氧消化殘余物含水率約為80％，且含有未被厭氧微生物發(fā)酵降解的纖維物和未被預(yù)處理去除的砂石、玻璃、陶瓷、金屬顆粒等，經(jīng)過(guò)螺旋擠壓脫水機(jī)＋振動(dòng)篩＋離心脫水后產(chǎn)生的沼液。這部分沼液COD和SS濃度高，含雜量大，沼液產(chǎn)生量通常按照廚余垃圾量的30％～40％計(jì)算。

2）餐飲垃圾濕式厭氧脫水沼液

餐飲垃圾經(jīng)過(guò)預(yù)處理后進(jìn)入濕式厭氧系統(tǒng)，濕式厭氧消化殘余物含水率約為97％，經(jīng)過(guò)離心脫水后產(chǎn)生的沼液。這部分沼液相對(duì)于干式厭氧脫水沼液，水質(zhì)較好，但是同樣屬于高濃度有機(jī)污水，沼液產(chǎn)生量通常按照餐飲垃圾量的80％～90％計(jì)算。國(guó)內(nèi)餐飲垃圾濕式厭氧處理起步較早，成功運(yùn)行案例較多，但是不同厭氧工藝實(shí)際運(yùn)行結(jié)果差異較大，導(dǎo)致產(chǎn)生的沼液水質(zhì)差異較大。沼液中總氮含量受來(lái)料垃圾成分影響較大，有的城市厭氧沼液總氮高達(dá)4000 mg／L，增加了沼液處理的難度。

3）沼渣干化產(chǎn)生的冷凝水

國(guó)內(nèi)目前廚余垃圾和餐飲垃圾厭氧后的沼渣資源化利用成功案例少，大部分廚余垃圾處理廠的沼渣均外運(yùn)至垃圾焚燒廠或填埋場(chǎng)處置。有的項(xiàng)目由于其沼渣外運(yùn)含水量要求較高，同時(shí)為了盡量減少沼渣外運(yùn)量，廠內(nèi)設(shè)置沼渣干化系統(tǒng)，將沼渣含水率從80％降至40％。沼渣中的水分轉(zhuǎn)化為蒸汽，然后通過(guò)冷卻系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為污冷凝水，排至污水處理系統(tǒng)。這部分污冷凝水可生化性較差，溫度偏高，SS較低。

4）廠區(qū)其他低濃度污水

廠區(qū)其他低濃度污水主要包含廠區(qū)生活污水、初期雨水、除臭系統(tǒng)排水以及低污染區(qū)地面沖洗水。這部分污水污染物濃度較低、水質(zhì)較好、水量較少。

2． 污水水質(zhì)分析

結(jié)合污水來(lái)源，廚余垃圾處理廠污水水質(zhì)特點(diǎn)分析如下：

1）污水來(lái)源種類多，水質(zhì)波動(dòng)大

廚余垃圾處理廠污水來(lái)源種類多，有厭氧系統(tǒng)的脫水沼液、沼渣干化冷凝水以及廠區(qū)部分低濃度污水。每種來(lái)源的污水水質(zhì)差異比較大，厭氧系統(tǒng)運(yùn)行效果等諸多因素影響，污水水質(zhì)波動(dòng)很大，即使一種厭氧形式在運(yùn)行的不同時(shí)段，其產(chǎn)生的沼液水質(zhì)也會(huì)有所變化，這些都增加了污水處理工藝選擇的難度。

2）污染物成分復(fù)雜，工藝選擇難度大

由于餐飲和廚余垃圾組分復(fù)雜，造成污水中污染物成分復(fù)雜，含有多種有機(jī)物、無(wú)機(jī)物、含氮類物質(zhì)，各種溶解態(tài)的陽(yáng)離子、酚類、可溶性脂肪酸及其它難降解有機(jī)污染物。餐飲和廚余垃圾厭氧脫水后沼液含雜量很大。此外餐飲垃圾中含有大量油脂，前端提油預(yù)處理工藝除油不徹底，會(huì)造成部分浮油進(jìn)入污水處理系統(tǒng)中，增加污水處理的難度。

3）有機(jī)物和氨氮濃度高

廚余垃圾處理廠污水同垃圾填埋場(chǎng)和垃圾焚燒廠滲濾液類似，含有大量腐殖酸類有機(jī)物質(zhì)，CODCr和BOD5濃度高，并且還有部分難降解類有機(jī)物。污水中的氮大部分以氨氮形式存在，還有部分有機(jī)氮，總氮含量和當(dāng)?shù)鼐用裆盍?xí)慣和厭氧停留時(shí)間等因素有關(guān)。

廚余垃圾在厭氧消化過(guò)程中，隨著蛋白質(zhì)和氨基酸的發(fā)酵及其他含氮有機(jī)物的降解，系統(tǒng)中氨氮濃度持續(xù)升高。近年來(lái)根據(jù)各地實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，氨氮和總氮含量有升高趨勢(shì)，有個(gè)別地方總氮達(dá)到4000 mg／L，這就要求污水處理工藝必須具備高效降解有機(jī)污染物和高效脫氮的能力。

根據(jù)同類項(xiàng)目調(diào)研，廚余垃圾處理廠高濃度污水水質(zhì)預(yù)測(cè)如表1所示。

表1    廚余垃圾處理廠高濃度污水水質(zhì)預(yù)測(cè)表

二、關(guān)鍵問(wèn)題分析探討

1． 排放標(biāo)準(zhǔn)的合理確定

目前國(guó)家尚未出臺(tái)專門針對(duì)廚余垃圾處理廠的污染控制標(biāo)準(zhǔn)，廚余垃圾處理廠污水處理后執(zhí)行的排放標(biāo)準(zhǔn)各地不一樣，有的地方參照?qǐng)?zhí)行《生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16889）表2或表3標(biāo)準(zhǔn)，有的地方參照?qǐng)?zhí)行《城市污水再生利用 工業(yè)用水水質(zhì)》（GB／T 19923），也有的地方當(dāng)?shù)厥姓鬯幚韽S同意接納廚余垃圾處理廠處理后出水，要求污水經(jīng)過(guò)處理后達(dá)到《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB／T 31962）和《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978），并且滿足污水處理廠納管標(biāo)準(zhǔn)要求。

根據(jù)國(guó)內(nèi)同類項(xiàng)目調(diào)研，廚余垃圾處理廠大多靠政府補(bǔ)貼維持正常運(yùn)營(yíng)，經(jīng)濟(jì)效益不理想，造成廠內(nèi)污水處理等配套設(shè)施運(yùn)行困難。此外國(guó)內(nèi)滲濾液處理行業(yè)，深度處理工藝過(guò)于依賴膜分離，而廚余垃圾處理廠無(wú)法消納濃縮液。因此，從污水處理系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，節(jié)省投資和運(yùn)行成本的角度，在滿足項(xiàng)目環(huán)評(píng)要求的前提下，廚余垃圾處理廠在制定污水處理出水排放標(biāo)準(zhǔn)時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮達(dá)到當(dāng)?shù)厥姓鬯幚韽S納管標(biāo)準(zhǔn)要求后外排至市政污水處理廠。

2． 預(yù)處理工藝的合理選擇

根據(jù)廚余垃圾處理廠污水水質(zhì)分析，廚余垃圾處理廠厭氧沼液和焚燒廠滲濾液水質(zhì)既有相同點(diǎn)，又有不同點(diǎn)，相同點(diǎn)有污染物成分復(fù)雜，水質(zhì)波動(dòng)大，有機(jī)物即CODCr和BOD5濃度高，氨氮濃度高，不同點(diǎn)是廚余垃圾處理廠厭氧沼液SS含量高，浮渣和油脂含量大，并且干式厭氧脫水沼液含固率一般在2％～3％之間，因此須設(shè)置有效的預(yù)處理系統(tǒng)，確保去除大部分的SS，浮渣和油脂，有利于后續(xù)生化系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，減少膜污堵的風(fēng)險(xiǎn)。

預(yù)處理工藝如圖1所示。

圖1    預(yù)處理工藝流程圖

預(yù)處理工藝系統(tǒng)在前期設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1）整個(gè)預(yù)處理工藝設(shè)計(jì)參數(shù)應(yīng)與前端厭氧消化液脫水系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間相匹配，脫水系統(tǒng)大部分是間歇性的，因此預(yù)處理系統(tǒng)應(yīng)以最大小時(shí)流量進(jìn)行設(shè)計(jì)，避免設(shè)計(jì)規(guī)模偏小，影響后期運(yùn)行效果。

2）預(yù)處理工藝系統(tǒng)根據(jù)沼液實(shí)際水質(zhì)情況可以設(shè)置多個(gè)超越管，有的項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)行情況反饋預(yù)處理效果很好的情況下，有機(jī)物損失嚴(yán)重，造成后端生化系統(tǒng)碳源缺失，因此預(yù)處理各個(gè)工段設(shè)置超越管，后續(xù)運(yùn)行根據(jù)水質(zhì)實(shí)際情況靈活調(diào)整。

3）格柵是預(yù)處理工藝系統(tǒng)中一個(gè)重要環(huán)節(jié)，設(shè)備選型應(yīng)避免選擇沖洗水量大的格柵，否則沖洗水會(huì)進(jìn)入污水處理系統(tǒng)，增加污水處理系統(tǒng)的水力負(fù)荷，致使超濾膜等系統(tǒng)選型要增大。

4）預(yù)處理工藝系統(tǒng)大多屬于敞開(kāi)式設(shè)備或構(gòu)筑物，該區(qū)域臭味比較大。臭味一直是廚余垃圾處理廠關(guān)注的重點(diǎn)和難點(diǎn)，針對(duì)預(yù)處理系統(tǒng)的設(shè)備或構(gòu)筑物，應(yīng)做好封閉和臭氣負(fù)壓收集系統(tǒng)，收集臭氣送廠區(qū)除臭系統(tǒng)處理，避免臭氣外溢。

3． 對(duì)于干式厭氧處理廠，污水處理系統(tǒng)內(nèi)部是否需要單獨(dú)設(shè)置厭氧系統(tǒng)

對(duì)于干式厭氧處理廠，廚余垃圾接收料倉(cāng)／坑產(chǎn)生的瀝液其有機(jī)負(fù)荷濃度較高，這部分污水如果不經(jīng)厭氧處理直接進(jìn)入污水兩級(jí)A／O＋MBR生化系統(tǒng)，對(duì)污水處理系統(tǒng)沖擊很大，影響后續(xù)出水達(dá)標(biāo)排放。那么對(duì)于單一的廚余垃圾干式厭氧處理廠，污水處理系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)水質(zhì)情況確定是否設(shè)置厭氧反應(yīng)器，若設(shè)置其型式可以采用常規(guī)的UASB，UBF和IC反應(yīng)器等。

4． 生物池冷卻系統(tǒng)

水溫對(duì)生化處理影響很大，溫度適宜，能夠促進(jìn)微生物的生理活動(dòng)，溫度過(guò)高或者過(guò)低，會(huì)減弱甚至破壞微生物的生理活動(dòng)，影響微生物的活性，降低反硝化速率。參與活性污泥處理的微生物，多屬嗜溫菌，其適宜溫度介于10～45 ℃之間，最佳溫度范圍一般在20～30 ℃。對(duì)于垃圾滲濾液處理系統(tǒng)而言，如果不對(duì)生物池內(nèi)水溫進(jìn)行控制，池內(nèi)水溫可達(dá)40 ℃以上。因此，設(shè)置冷卻系統(tǒng)，控制生物池內(nèi)水溫在30～35℃之間。

生物池冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，總的放熱量主要由進(jìn)水的冷卻作用，水泵的熱效應(yīng)，生化反應(yīng)放熱（硝化反應(yīng)，反硝化反應(yīng)以及COD降解反應(yīng)），熱傳導(dǎo)，熱輻射，鼓風(fēng)曝氣熱傳導(dǎo)和蒸發(fā)熱損失等組成。

其中對(duì)放熱量貢獻(xiàn)比較大的是生化反應(yīng)放熱，水泵和鼓風(fēng)曝氣所產(chǎn)生的熱量。進(jìn)水的冷卻作用一般是負(fù)值，有助于生物池降溫，但是對(duì)于廚余垃圾處理廠生物池冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注進(jìn)水溫度。

廚余垃圾厭氧，尤其是高溫厭氧，經(jīng)過(guò)脫水后的沼液溫度會(huì)比較高，另外沼渣干化產(chǎn)生的污冷凝水，進(jìn)入污水處理站溫度約為50°左右。有的項(xiàng)目在進(jìn)入調(diào)節(jié)池之前設(shè)置冷卻系統(tǒng)，污堵和腐蝕比較嚴(yán)重，冷卻效果不佳，因此在生物池冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)選型時(shí)要重點(diǎn)考慮進(jìn)水溫度的影響。

5． 深度處理工藝的合理選擇

廚余垃圾處理廠污水處理系統(tǒng)中深度處理工藝一般參照垃圾填埋場(chǎng)和焚燒廠滲濾液處理，國(guó)內(nèi)目前常用的有以下三種：

1）NF／RO膜深度處理工藝

適應(yīng)于出水標(biāo)準(zhǔn)比較嚴(yán)格，對(duì)出水TDS有嚴(yán)格要求的項(xiàng)目，NF／RO膜處理出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，出水水質(zhì)好，對(duì)受納水體和下游接收污水廠環(huán)境影響小，環(huán)境效益好，運(yùn)行管理簡(jiǎn)單，但是投資和運(yùn)行成本高，是目前國(guó)內(nèi)滲濾液處理行業(yè)用的最多的深度處理工藝。

但是其產(chǎn)生的濃縮液需要妥善處理，廚余垃圾處理廠不同于生活垃圾焚燒廠，濃縮液廠區(qū)內(nèi)無(wú)法消納，結(jié)合目前的環(huán)保形勢(shì)和濃縮液很難處理的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注濃縮液外運(yùn)或其他處理去向，首要解決濃縮液?jiǎn)栴}。

因此廠區(qū)內(nèi)必須有濃縮液處理設(shè)施，針對(duì)NF濃縮液采用物料膜減量化，后端增加高級(jí)氧化系統(tǒng)；針對(duì)RO濃縮液采用蒸發(fā)處理工藝，但是最終的蒸發(fā)殘液或者殘?jiān)?，廠內(nèi)同樣無(wú)法消納，必須外運(yùn)處理。濃縮液處理設(shè)施增加了整個(gè)項(xiàng)目的運(yùn)行成本和投資，同樣占地面積也會(huì)增加很多。

2）芬頓高級(jí)氧化＋BAF深度處理工藝

適應(yīng)于處理出水對(duì)TDS沒(méi)有要求的項(xiàng)目，如果出水對(duì)總氮要求比較嚴(yán)，可以采用兩級(jí)芬頓＋兩級(jí)BAF工藝。該工藝最大的優(yōu)勢(shì)是沒(méi)有濃縮液產(chǎn)生，但是也存在加藥量大，污泥產(chǎn)量大以及占地大等缺陷。

相對(duì)于NF／RO膜深度處理工藝，最終出水TDS比較高，對(duì)下游接收污水廠仍然存在不利影響，環(huán)境效益略差，運(yùn)行成本偏高，尤其是藥劑耗量比較大。如果深度處理采用芬頓高級(jí)氧化＋BAF工藝，須最大限度地發(fā)揮前端MBR系統(tǒng)對(duì)污染物的去除能力，盡量減少對(duì)深度處理系統(tǒng)的沖擊負(fù)荷，從而減少加藥量和污泥產(chǎn)量。

3）臭氧氧化處理工藝

適應(yīng)于處理出水對(duì)TDS沒(méi)有要求，但是對(duì)CODCr要求比較低的項(xiàng)目，有些項(xiàng)目要求CODCr達(dá)到300 mg／L，MBR處理出水的CODCr很難穩(wěn)定維持在300 mg／L，這也和當(dāng)?shù)夭惋嫽驈N余來(lái)料垃圾成分有關(guān)系。

MBR處理出水的CODCr大部分都是難降解有機(jī)物，采用常規(guī)工藝很難去除，只有采用高級(jí)氧化工藝。臭氧是強(qiáng)氧化劑，氧化能力強(qiáng)，對(duì)難降解有機(jī)物去除效果好。如果出水對(duì)TN有要求，該深度處理工藝還需要增加TN的去除設(shè)施。

相對(duì)而言，該工藝處理出水水質(zhì)較前兩種工藝略差，需要排至市政污水廠進(jìn)一步處理。

綜合以上三種深度處理工藝的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合廚余垃圾處理廠實(shí)際情況和項(xiàng)目出水排放標(biāo)準(zhǔn)要求等擇優(yōu)選擇深度處理工藝。

6． 污水處理中碳源的問(wèn)題

廚余垃圾處理廠厭氧沼液中總氮含量和當(dāng)?shù)鼐用裆盍?xí)慣有關(guān)，并且廚余垃圾在厭氧消化過(guò)程中，氨氮濃度持續(xù)升高，前期設(shè)計(jì)時(shí)，氨氮濃度一般取值2000～3000 mg／L，如此高的氨氮對(duì)MBR生化系統(tǒng)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)運(yùn)行增加了難度。

MBR生化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高效脫氮需要充足的碳源，廚余垃圾處理廠厭氧系統(tǒng)為了達(dá)到較高的沼氣產(chǎn)量，盡量延長(zhǎng)其停留時(shí)間，將出水COD控制的比較低，但是氨氮很難控制，氨氮有時(shí)達(dá)到3000 mg／L以上，C／N比失調(diào)，需要補(bǔ)充碳源。

廚余垃圾處理廠主要處理有機(jī)質(zhì)含量高的垃圾，可用做補(bǔ)充碳源的原料很多，廚余垃圾經(jīng)過(guò)除雜除油預(yù)處理后的漿料，以及餐廚垃圾酸性發(fā)酵混合物等，這些廠內(nèi)自有碳源的使用可以降低污水處理系統(tǒng)的運(yùn)行成本。

廠內(nèi)自有碳源一般只能投加在一級(jí)A池中，不能投加在二級(jí)A池中，因?yàn)檫@部分碳源含有高COD的同時(shí)，還攜帶大量氨氮和總氮，如果投加在二級(jí)A池，二級(jí)A／O系統(tǒng)未設(shè)置內(nèi)回流系統(tǒng)，導(dǎo)致出水TN仍然超標(biāo)，因此二級(jí)A池中投加的碳源仍然建議采用葡萄糖，乙酸鈉等不含“氮”的外部碳源。

三、結(jié)論

1． 預(yù)處理和深度處理工藝應(yīng)結(jié)合廚余垃圾處理廠沼液水質(zhì)特點(diǎn)和項(xiàng)目出水排放標(biāo)準(zhǔn)要求等擇優(yōu)選擇。

2． 污水處理系統(tǒng)內(nèi)部是否需要單獨(dú)設(shè)置厭氧系統(tǒng)，應(yīng)結(jié)合廚余垃圾處理廠的來(lái)料成分及具體工藝情況協(xié)同考慮。

3． 生物池冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮進(jìn)水溫度的影響。

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