安徽省某市40 t/d餐廚垃圾廢水處理技術研究

王猛，孫玉童

（安徽省通源環境節能股份有限公司，安徽 合肥 230001）

近年來我國居民物質生活水平逐步提升，人們不再滿足基本的溫飽，而是追求各種美味的食物，從而導致餐飲業不斷發展壯大。與此同時，餐廚垃圾產量也隨之增加。據有關研究統計，餐廚垃圾每年以10%的速度增長[1]。餐廚垃圾中有機質含量高（≥85%），含水率大（70%～85%），食物殘渣中重油（1%～5%）重鹽（1%～3%）[2]。如果對其處置不當會對生態環境造成嚴重影響[3]。餐廚垃圾主要為固液混合物，處理時應將固態與液態相分離，分別進行處理處置。其中固態殘渣常用的方法多是填埋或者焚燒，而液態廢水水質復雜，污染物濃度高，若不經過處理直接排放將會對水環境造成嚴重影響[4]。餐廚廢水中氨氮高達1 500～2 000 mg/L，有機物濃度高達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污水處理系統中，將會對其產生較大的污染負荷沖擊，使系統無法正常運轉。因此，餐廚廢水一般需要結合預處理及深度處理后才能達到排放標準。

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

1 項目設計規模及進出水水質

1.1 設計規模

安徽省某市餐廚垃圾處置項目設計規模為50 t/d，前端預處理采用制漿技術（大物質分選—固液分離—漿料加熱—三相提油），分離餐廚中的固液態，餐廚廢水包括沖洗水、生產用水、預處理分離出的液態以及結合糞便處理廠產生的清洗廢水，整體處理規模按照40 t/d 進行設計。

1.2 設計進出水水質

本項目設計進出水水質指標如表1。

表1 設計進出水水質

結合國內餐廚垃圾廠污水水質情況和我司類似工程經驗，確定本項目污水設計進水水質指標，出水嚴格執行《污水排入城鎮下水道水質標準》（GB 31962—2015）中B級標準。

2 工藝流程

對于污水處理工藝來說，選擇一個工藝的先決條件是對廢水的特性進行分析，針對廢水的特性選擇適當的工藝或工藝組合進行設計。由于餐廚沼液濃度高和成分復雜，對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濟優越性原則上，還需將幾個不同的處理工藝單元進行優化組合，從而取得經濟和社會生態的雙重效益。因此，本項目餐廚廢水處理主體工藝為“CSTR 反應器+預處理（離心、氣?。?二級A/O-外置式膜生化反應器（MBR）+NF+高級氧化處理系統”。工藝流程如圖1所示。

圖1 餐廚廢水處理工藝流程

餐廚垃圾前端預處理產生的漿液帶壓輸送至厭氧進水罐進行水量調節，之后通過進料泵將物料輸送至CSTR 厭氧反應器，通過換熱器和冷卻塔系統對漿料進行溫度調節，以達到發酵所需溫度。CSTR 系統中產生厭氧反應對漿液中的有機物進行降解，降解后的厭氧沼液經離心脫水系統處理后，進入預處理系統。預處理系統包含過濾和氣浮系統，該系統對厭氧出水進行除油處理及去除大量懸浮物后再進入MBR生化段。厭氧產生的沼氣收集輸送至火炬燃燒處理。

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

經過外置式MBR處理的超濾出水的BOD、氨氮、懸浮物等已經達到或接近排放標準，但是難生化降解的有機物形成的COD、鹽分和色度仍然超標，設計采用納濾（NF）對超濾出水進行深度處理，將MBR 出水中難降解的有機物、SS、部分高價離子等去除，最終出水達到出水水質要求。

納濾濃縮液設計高級氧化系統進行全量化處理，產生的污泥定期排入污泥池，高級氧化清液與納濾清液混合外排。

3 工藝設計參數

（1）CSTR厭氧工藝技術參數（表2）

表2 CSTR厭氧工藝技術參數

CSTR 厭氧系統為完全混合式厭氧反應器，無傳統的三相分離器，設計為頂裝式攪拌器，可有效保障物料在反應器內均勻分布，避免分層，與微生物充分接觸，從而保證有效物料反應完全，同時保證產氣量。除此之外，CSTR厭氧發酵系統采用高效保溫措施，使得物料保持在較恒定的溫度下反應，COD去除率可達80%以上。

（2）MBR生化系統工藝技術參數（表3、表4）

表3 MBR生化工藝技術參數

表4 MBR超濾工藝技術參數

針對本項目極為嚴格的鹽分排放標準，總氮的去除對鹽分的達標至關重要。因此，設計兩級反硝化和兩級硝化。當一級反硝化和硝化脫氮不完全時，在二級反硝化和二級硝化反應器中進行強化脫氮反應。與傳統生化處理工藝相比，微生物菌體通過高效超濾系統從出水中分離，確保大于20 nm 的顆粒物、微生物和與COD 相關的懸浮物安全地截留在系統內。超濾清液進入清液儲槽。由于超濾實現泥水分離，因此生化反應器中的污泥濃度可以達到10～20 g/L，見表3、表4。

（3）納濾系統工藝技術參數（表5）

表5 納濾工藝技術參數

由于MBR 系統處理后的出水個別指標如COD、色度等仍達不到排放標準，故我公司設計了納濾系統。本項目采用完全生物脫氮的膜生化反應器對餐廚污水進行了預處理，超濾出水不含懸浮物和可生物降解的有機物，這在很大程度上避免了納濾膜的無機和有機污垢的產生，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較低的情況下運行，延長了納濾膜的壽命。

（4）高級氧化系統工藝技術參數

高級氧化系統用于處理納濾產生的濃縮液，處理規模為10 m3/d。高級氧化系統主要包含化學軟化和混凝沉淀。其基本原理是在廢水中投入混凝劑，因混凝劑為電解質，在廢水里形成膠團，與廢水中的膠體物質發生電中和，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、氮和磷等富營養物質、重金屬以及有機物等。

①進水水質參數化學需氧量（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的水質要求：化學需氧量（COD）不宜大于1 500 mg/L。

4 各工藝單元處理效果

參照以往餐廚項目的運行經驗，當進水餐廚污水為設計值的情況下，各主要工藝單元實際的處理效果見表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

該項目餐廚廢水處理總投資為522萬元，其中設備費用474.60 萬元，安裝費用47.40 萬元。每噸餐廚廢水年運行處理成本為101.9 元，包括人工費、膜更換費用、電費、水費和藥劑費等，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 結論

本項目餐廚廢水采用CSTR反應器+預處理（離心、氣?。?二級A/O-外置式膜生化反應器（MBR）+NF+高級氧化處理系統，出水水質可穩定達到《污水排入城鎮下水道水質標準》（GB 31962—2015）中B 級標準，為小體量餐廚廢水處理提供了借鑒。