＊李明德

（中煤科工集團(tuán)杭州研究院有限公司 浙江 311201）

1.引言

餐廚垃圾處理過程中產(chǎn)生的廢水具有污染成分復(fù)雜、水質(zhì)波動(dòng)大、有機(jī)污染物及營養(yǎng)物質(zhì)含量高等特征，屬于難處理的高濃度有機(jī)廢水[1-2]。目前運(yùn)行的項(xiàng)目中，餐廚廢水主要采用預(yù)處理+生化處理工藝，處理后出水主要污染物指標(biāo)濃度達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）表4中的三級標(biāo)準(zhǔn)后排入市政污水管網(wǎng)經(jīng)市政污水廠繼續(xù)處理[3]。當(dāng)有些餐廚垃圾處理廠距離市政污水管網(wǎng)較遠(yuǎn)或地方環(huán)境排放標(biāo)準(zhǔn)較嚴(yán)格時(shí)，餐廚廢水污染物指標(biāo)濃度至少要達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）中的一級標(biāo)準(zhǔn)才可外排。但由于餐廚廢水復(fù)雜的特性，常規(guī)的處理手段對其效果一般，探究出對其有較好處理結(jié)果的深度處理工藝有較為重要的意義。

某餐廚垃圾處理廠配套建設(shè)處理規(guī)模150m3/d的餐廚垃圾廢水處理站用于處理餐廚垃圾處理過程中產(chǎn)生的廢水。本文以該工程為例，介紹一種“預(yù)處理+高效厭氧+A/O+MBR+NF”的組合處理工藝，該工藝較為簡單，占地面積小，適應(yīng)性高，穩(wěn)定性強(qiáng)，能耗較低，可為餐廚垃圾廢水處理提供借鑒。

2.工藝流程與設(shè)計(jì)參數(shù)

(1)工藝流程

結(jié)合該項(xiàng)目實(shí)際情況，要求設(shè)計(jì)出水主要水質(zhì)指標(biāo)執(zhí)行《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）中的一級標(biāo)準(zhǔn)。具體設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)見表1。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)

表2 測試指標(biāo)及分析方法

針對本項(xiàng)目餐廚廢水水質(zhì)以及相似工程項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)采用“預(yù)處理+高效厭氧+A/O+MBR+NF”組合工藝處理餐廚垃圾廢水，包括預(yù)處理系統(tǒng)、高效厭氧系統(tǒng)、A/O生化系統(tǒng)、MBR系統(tǒng)、NF系統(tǒng)，另設(shè)置污泥處理系統(tǒng)以及除臭系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)單元。具體工藝流程如圖1所示。

圖1 餐廚廢水處理工藝流程

餐廚垃圾廢水首先進(jìn)入隔油池，去除浮油后經(jīng)泵提升至氣浮池，去除水中懸浮物、油脂、部分有機(jī)物后進(jìn)入調(diào)節(jié)池進(jìn)行水質(zhì)水量的調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)池末端設(shè)置提升泵將均質(zhì)后餐廚垃圾廢水提升至高效厭氧系統(tǒng)，通過厭氧各級反應(yīng)，將大分子難降解有機(jī)物分解成小分子易生化分解的有機(jī)物，提高系統(tǒng)可生化性；同時(shí)將大部分有機(jī)污染物分解轉(zhuǎn)化形成沼氣。厭氧出水進(jìn)入A/O處理單元，利用活性污泥微生物的硝化、反硝化反應(yīng)去除水中的有機(jī)污染物指標(biāo)。隨后通過浸沒式MBR實(shí)現(xiàn)泥水分離，確保出水澄清，同時(shí)提高A/O系統(tǒng)活性污泥的濃度。MBR膜出水進(jìn)入清水池，若產(chǎn)水超標(biāo)則部分或全部水量切換至NF系統(tǒng)進(jìn)一步去除水中殘留有機(jī)物，確保出水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

系統(tǒng)產(chǎn)生的廢氣通過沼氣火炬焚燒，剩余污泥經(jīng)初步脫水后外運(yùn)填埋或焚燒處置，NF應(yīng)急開啟產(chǎn)生的少量濃水回流至前端廠區(qū)消納，無二次污染。

(2)主要處理單元設(shè)計(jì)參數(shù)

①預(yù)處理系統(tǒng)。預(yù)處理系統(tǒng)主要由隔油池、氣浮、調(diào)節(jié)池組成。隔油池與調(diào)節(jié)池合建，氣浮采用一體化鋼制設(shè)備，設(shè)置于調(diào)節(jié)池池頂，從而節(jié)省占地。隔油及調(diào)節(jié)池總有效容積為1200m3，尺寸為24.0m×10.0m×5.5m，超高0.5m，水力停留時(shí)間為8天，鋼混結(jié)構(gòu)，半地下式。為了保障調(diào)節(jié)池的有效均質(zhì)功能，調(diào)節(jié)池分格設(shè)置，隔墻設(shè)置導(dǎo)流孔，末端配備兩臺(tái)潛污泵進(jìn)行內(nèi)循環(huán)，同時(shí)設(shè)置三臺(tái)提升泵用于氣浮系統(tǒng)的進(jìn)水提升。

②高效厭氧系統(tǒng)。高效厭氧系統(tǒng)主要由水解酸化罐、改良型UASB厭氧罐組成，可承擔(dān)餐廚廢水80%以上的有機(jī)負(fù)荷，大大降低后續(xù)A/O系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，從而降低投資和能耗。循環(huán)泵的設(shè)置提高了UASB罐內(nèi)的上升流速和泥水混合程度，提高反應(yīng)效率。容積負(fù)荷為5.0kg CODCr/（m3·d），水解酸化池尺寸為φ4.0m×5.5m，厭氧罐尺寸為φ7.0m×9.0m，有效容積300m3，水力停留時(shí)間為2天，采用碳鋼防腐結(jié)構(gòu)，并設(shè)保溫層。水解酸化池內(nèi)設(shè)置蒸汽加熱系統(tǒng)，確保反應(yīng)器內(nèi)部溫度。

③A/O生化系統(tǒng)。A/O生化系統(tǒng)包括缺氧反硝化池、好氧硝化池以及輔助設(shè)施等。生化池采用半地上式鋼砼結(jié)構(gòu)，總尺寸為9.0m×10.0m×5.5m，總有效容積450m3，停留時(shí)間為3天，其中，反硝化池尺寸為10.0m×3.0m×5.5m，總有效容積150m3，停留時(shí)間1天。硝化池尺寸為10.0m×6.0m×5.5m，總有效容積300m3，停留時(shí)間2天。為方便應(yīng)對水量的波動(dòng)及設(shè)備檢修維護(hù)，A/O系統(tǒng)分兩套并聯(lián)設(shè)置。每格反硝化池配套設(shè)置1臺(tái)潛水?dāng)嚢铏C(jī)，用于反硝化池內(nèi)的泥水混合及推流。硝化池池內(nèi)充氧曝氣采用微孔曝氣形式，提高氧氣利用率，配置2臺(tái)羅茨鼓風(fēng)機(jī)。

④MBR系統(tǒng)。MBR處理單元用于A/O生化出水的泥水分離，同時(shí)進(jìn)一步去除水中COD、氨氮等污染指標(biāo)，結(jié)合了生化和膜分離技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)[4]。MBR系統(tǒng)采用能耗較低的浸沒式工藝，池體采用碳鋼防腐材質(zhì)，尺寸4.0m×3.5m×4.5m。超濾膜元件采用中空纖維膜，設(shè)計(jì)通量12LMH，單支膜面積12m2，考慮有效運(yùn)行時(shí)間及系統(tǒng)余量，膜面積取864m2，膜元件數(shù)量72支，分3組布置。膜組件底部集成設(shè)置穿孔曝氣管，通過羅茨鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行曝氣，利用微小氣泡的不斷沖刷抖動(dòng)膜絲來減緩活性污泥在膜元件表面的沉積，同時(shí)還可以給池內(nèi)活性污泥提供溶解氧。MBR膜系統(tǒng)設(shè)置清水反洗和化學(xué)清洗系統(tǒng)。

⑤納濾（NF）系統(tǒng)。若MBR產(chǎn)水達(dá)不到外排標(biāo)準(zhǔn)，則繼續(xù)打入NF系統(tǒng)進(jìn)行深度處理，確保產(chǎn)水的達(dá)標(biāo)排放。NF又稱為低壓反滲透，具有通量大、操作壓力低等特點(diǎn)[5]。NF膜元件采用卷式膜，裝填密度大，單支膜面積達(dá)到32m2，膜通量設(shè)計(jì)取值15LMH，考慮余量及系統(tǒng)穩(wěn)定性，膜元件數(shù)量取15支，產(chǎn)水回收率85%，膜元件分3個(gè)膜殼進(jìn)行布置，膜殼與進(jìn)水泵、增壓泵、濃水循環(huán)泵及系統(tǒng)配套的閥門儀表等集成布置于膜架上，盡可能的節(jié)省占地和投資。NF膜系統(tǒng)配套設(shè)置反洗以及化學(xué)清洗系統(tǒng)。

⑥污泥處理系統(tǒng)。污泥主要來源于氣浮浮渣及生化系統(tǒng)的剩余污泥，經(jīng)污泥濃縮池收集濃縮后提升至污泥脫水機(jī)進(jìn)行脫水干化，脫水機(jī)采用疊螺式污泥脫水機(jī)，具有可連續(xù)運(yùn)行、占地小、效率高等優(yōu)點(diǎn)。脫水后污泥外運(yùn)填埋或焚燒處置，濃縮液及壓濾液自流至廢水收集池，隨后回流至前端調(diào)節(jié)池隨原水一并處理。

⑦臭氣處理系統(tǒng)。臭氣主要來源于隔油池、氣浮、調(diào)節(jié)池和厭氧系統(tǒng)。隔油池、氣浮及調(diào)節(jié)池產(chǎn)水的臭氣經(jīng)臭氣收集設(shè)施輸送至垃圾庫生物除臭設(shè)施合并處理。厭氧罐臭氣主要為厭氧沼氣，經(jīng)三相分離器、沼氣管路收集后經(jīng)火炬焚燒進(jìn)行無害化處理。

3.測試指標(biāo)與分析方法

項(xiàng)目主要檢測指標(biāo)為pH、CODCr、BOD5、NH3-N、SS等指標(biāo)。具體檢測方法如下：

4.運(yùn)行效果分析

該餐廚垃圾廢水處理站建成投運(yùn)后，各項(xiàng)出水指標(biāo)達(dá)標(biāo)，且運(yùn)行效果穩(wěn)定、抗沖擊能力強(qiáng)。結(jié)合實(shí)際檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，各單元處理效果見表3。

表3 各單元運(yùn)行處理效果

餐廚垃圾廢水營養(yǎng)物質(zhì)豐富，雖然有機(jī)物和氨氮濃度高，但具有較高的可生化性。因此采用“預(yù)處理+高效厭氧+A/O+MBR+NF”組合工藝可有效去除水中有機(jī)物和氨氮等污染物。通過MBR超濾膜以及NF膜的截留作用可深度去除有機(jī)物、懸浮物等指標(biāo)。由上表可知，CODCr、BOD5、NH3-N、SS去除率分別達(dá)到99.88%、99.95%、99.60%、100%，運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)單獨(dú)MBR出水污染物指標(biāo)即可滿足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）中的一級標(biāo)準(zhǔn)水質(zhì)要求。

5.存在問題與思路

本工程在實(shí)際運(yùn)行過程中仍然會(huì)存在一些問題，如膜污染、濃水累積等。

（1）膜污染。由于餐廚垃圾廢水成分復(fù)雜，有機(jī)污染物濃度高，且含有一定的動(dòng)植物油，極易對MBR及NF膜元件造成污堵，造成頻繁反沖洗、化學(xué)清洗，影響系統(tǒng)的有效運(yùn)行時(shí)間，且頻繁的化學(xué)清洗易造成膜使用壽命縮短，造成運(yùn)行成本的升高。餐廚垃圾廢水處理過程中的膜污染主要為有機(jī)污染[4]。因此，為了減緩膜污染，延長膜的使用壽命，建議保證前端預(yù)處理及生化等單元的處理效果，盡量降低進(jìn)膜的動(dòng)植物油、有機(jī)污染物等濃度，減緩膜的有機(jī)污染。此外，一旦膜出現(xiàn)污染堵塞等情況，應(yīng)盡快做好化學(xué)清洗工作。

（2）濃水消納。濃水主要來源于NF系統(tǒng)產(chǎn)生的膜濃縮液，具有難降解有機(jī)物濃度高、含鹽量高、可生化性極差等特點(diǎn)[6]。雖然本系統(tǒng)中NF僅作為應(yīng)急設(shè)施，但仍會(huì)有不少濃水產(chǎn)生。在前端廠區(qū)內(nèi)部無法有效消納濃水的情況下，過多產(chǎn)生的濃水將回流進(jìn)入垃圾庫，造成濃水富集，從而造成難降解有機(jī)物及鹽分累積，影響系統(tǒng)運(yùn)行。建議根據(jù)情況增加濃水減量化設(shè)備用于減少濃水量，從而便于濃水的消納[6]。為徹底解決濃水問題，也可考慮通過Fenton氧化等高級氧化工藝對MBR產(chǎn)水進(jìn)行強(qiáng)氧化處理，降解殘留污染物確保水質(zhì)達(dá)標(biāo)，從而替代NF工藝[3,7]。但由于餐廚廢水成分復(fù)雜且因地而異，具體仍需要進(jìn)行試驗(yàn)確定，同時(shí)考慮其經(jīng)濟(jì)性。

6.結(jié)論

采用“預(yù)處理+高效厭氧+A/O+MBR+NF”組合工藝處理餐廚垃圾廢水，CODCr、BOD5、NH3-N、SS去除率可分別達(dá)到99.88%、99.95%、99.60%、100%，出水污染物指標(biāo)滿足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）中的一級標(biāo)準(zhǔn)水質(zhì)要求。該工藝具有占地面積小，適應(yīng)性高，穩(wěn)定性強(qiáng)，污染物去除效率高、能耗低等特點(diǎn)。該工藝剩余污泥初步脫水后外運(yùn)填埋或焚燒處置，臭氣經(jīng)收集后火炬燃燒或統(tǒng)一處理，避免了處理過程中的“二次污染”，可有效用于餐廚垃圾廢水的處理，對環(huán)境保護(hù)、餐廚垃圾行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。