來源：《CE碳科技》微信公眾號
作者：中城環境 丁西明
(相關資料圖)
近年來，我國垃圾分類工作取得積極進展，逐步建立垃圾分類投放、分類收集、分類運輸、分類處理的垃圾處理系統。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，是實現資源化、減量化和無害化的必經之路。廚余垃圾處理廠作為與垃圾分類相銜接的終端處理設施，在全國范圍內逐漸普及推廣。
目前國內廚余垃圾的處理方式有好氧堆肥，厭氧發酵產沼氣、與垃圾焚燒廠協同處理等方式。厭氧發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源廣，污染物成分復雜，水質波動大，有機物和氨氮濃度高，含雜含油量大，處理難度大，隨著環保部門對垃圾處理設施產生的二次污染監管越來越嚴，廚余垃圾處理廠的污水處理已成為整個處理環節中較為重要的一環，也引起了行業內各相關方高度重視。
目前國內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滲濾液處理工藝，大部分采用兩級A／O＋MBR生化工藝＋深度處理工藝。
實際運行案例有：
1）唐山餐廚廢棄物資源化利用和無害化處理項目污水處理規模240m3／d，采用“預處理＋兩級A／O＋MBR＋臭氧高級氧化”處理工藝，處理出水達到《污水綜合排放標準》（GB8978－1996）中的三級標準，且COD＜350mg／L；
2）無錫惠聯餐廚廢棄物處理項目污水處理規模650m3／d，采用“厭氧氨氧化＋兩級A／O＋MBR”處理工藝，處理出水達到《污水綜合排放標準》（GB8978－1996）中的三級標準。通過同類項目調研，部分廚余垃圾處理廠的污水處理系統照搬了垃圾滲濾液處理，沒有考慮自身的水質特性，造成污水處理系統存在膜污堵嚴重，生化系統水溫過高，脫氮效果差，以及很難滿負荷運行等問題。
本文結合廚余垃圾處理廠的污水來源和水質特性分析，對污水處理系統相關關鍵問題進行分析探討，以期為同類項目的設計和建設提供借鑒和參考。
一、污水來源及水質分析
1． 污水來源分析
1）廚余垃圾干式厭氧脫水沼液
廚余垃圾經過預處理后進入干式厭氧系統，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酵降解的纖維物和未被預處理去除的砂石、玻璃、陶瓷、金屬顆粒等，經過螺旋擠壓脫水機＋振動篩＋離心脫水后產生的沼液。這部分沼液COD和SS濃度高，含雜量大，沼液產生量通常按照廚余垃圾量的30％～40％計算。
2）餐飲垃圾濕式厭氧脫水沼液
餐飲垃圾經過預處理后進入濕式厭氧系統，濕式厭氧消化殘余物含水率約為97％，經過離心脫水后產生的沼液。這部分沼液相對于干式厭氧脫水沼液，水質較好，但是同樣屬于高濃度有機污水，沼液產生量通常按照餐飲垃圾量的80％～90％計算。國內餐飲垃圾濕式厭氧處理起步較早，成功運行案例較多，但是不同厭氧工藝實際運行結果差異較大，導致產生的沼液水質差異較大。沼液中總氮含量受來料垃圾成分影響較大，有的城市厭氧沼液總氮高達4000 mg／L，增加了沼液處理的難度。
3）沼渣干化產生的冷凝水
國內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至垃圾焚燒廠或填埋場處置。有的項目由于其沼渣外運含水量要求較高，同時為了盡量減少沼渣外運量，廠內設置沼渣干化系統，將沼渣含水率從80％降至40％。沼渣中的水分轉化為蒸汽，然后通過冷卻系統轉化為污冷凝水，排至污水處理系統。這部分污冷凝水可生化性較差，溫度偏高，SS較低。
4）廠區其他低濃度污水
廠區其他低濃度污水主要包含廠區生活污水、初期雨水、除臭系統排水以及低污染區地面沖洗水。這部分污水污染物濃度較低、水質較好、水量較少。
2． 污水水質分析
結合污水來源，廚余垃圾處理廠污水水質特點分析如下：
1）污水來源種類多，水質波動大
廚余垃圾處理廠污水來源種類多，有厭氧系統的脫水沼液、沼渣干化冷凝水以及廠區部分低濃度污水。每種來源的污水水質差異比較大，厭氧系統運行效果等諸多因素影響，污水水質波動很大，即使一種厭氧形式在運行的不同時段，其產生的沼液水質也會有所變化，這些都增加了污水處理工藝選擇的難度。
2）污染物成分復雜，工藝選擇難度大
由于餐飲和廚余垃圾組分復雜，造成污水中污染物成分復雜，含有多種有機物、無機物、含氮類物質，各種溶解態的陽離子、酚類、可溶性脂肪酸及其它難降解有機污染物。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，前端提油預處理工藝除油不徹底，會造成部分浮油進入污水處理系統中，增加污水處理的難度。
3）有機物和氨氮濃度高
廚余垃圾處理廠污水同垃圾填埋場和垃圾焚燒廠滲濾液類似，含有大量腐殖酸類有機物質，CODCr和BOD5濃度高，并且還有部分難降解類有機物。污水中的氮大部分以氨氮形式存在，還有部分有機氮，總氮含量和當地居民生活習慣和厭氧停留時間等因素有關。
廚余垃圾在厭氧消化過程中，隨著蛋白質和氨基酸的發酵及其他含氮有機物的降解，系統中氨氮濃度持續升高。近年來根據各地實測數據，氨氮和總氮含量有升高趨勢，有個別地方總氮達到4000 mg／L，這就要求污水處理工藝必須具備高效降解有機污染物和高效脫氮的能力。
根據同類項目調研，廚余垃圾處理廠高濃度污水水質預測如表1所示。
表1 廚余垃圾處理廠高濃度污水水質預測表
二、關鍵問題分析探討
1． 排放標準的合理確定
目前國家尚未出臺專門針對廚余垃圾處理廠的污染控制標準，廚余垃圾處理廠污水處理后執行的排放標準各地不一樣，有的地方參照執行《生活垃圾填埋場污染控制標準》（GB 16889）表2或表3標準，有的地方參照執行《城市污水再生利用 工業用水水質》（GB／T 19923），也有的地方當地市政污水處理廠同意接納廚余垃圾處理廠處理后出水，要求污水經過處理后達到《污水排入城鎮下水道水質標準》（GB／T 31962）和《污水綜合排放標準》（GB8978），并且滿足污水處理廠納管標準要求。
根據國內同類項目調研，廚余垃圾處理廠大多靠政府補貼維持正常運營，經濟效益不理想，造成廠內污水處理等配套設施運行困難。此外國內滲濾液處理行業，深度處理工藝過于依賴膜分離，而廚余垃圾處理廠無法消納濃縮液。因此，從污水處理系統穩定運行，節省投資和運行成本的角度，在滿足項目環評要求的前提下，廚余垃圾處理廠在制定污水處理出水排放標準時應優先考慮達到當地市政污水處理廠納管標準要求后外排至市政污水處理廠。
2． 預處理工藝的合理選擇
根據廚余垃圾處理廠污水水質分析，廚余垃圾處理廠厭氧沼液和焚燒廠滲濾液水質既有相同點，又有不同點，相同點有污染物成分復雜，水質波動大，有機物即CODCr和BOD5濃度高，氨氮濃度高，不同點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，因此須設置有效的預處理系統，確保去除大部分的SS，浮渣和油脂，有利于后續生化系統穩定運行，減少膜污堵的風險。
預處理工藝如圖1所示。
圖1 預處理工藝流程圖
預處理工藝系統在前期設計時應注意以下幾點：
1）整個預處理工藝設計參數應與前端厭氧消化液脫水系統運行時間相匹配，脫水系統大部分是間歇性的，因此預處理系統應以最大小時流量進行設計，避免設計規模偏小，影響后期運行效果。
2）預處理工藝系統根據沼液實際水質情況可以設置多個超越管，有的項目實際運行情況反饋預處理效果很好的情況下，有機物損失嚴重，造成后端生化系統碳源缺失，因此預處理各個工段設置超越管，后續運行根據水質實際情況靈活調整。
3）格柵是預處理工藝系統中一個重要環節，設備選型應避免選擇沖洗水量大的格柵，否則沖洗水會進入污水處理系統，增加污水處理系統的水力負荷，致使超濾膜等系統選型要增大。
4）預處理工藝系統大多屬于敞開式設備或構筑物，該區域臭味比較大。臭味一直是廚余垃圾處理廠關注的重點和難點，針對預處理系統的設備或構筑物，應做好封閉和臭氣負壓收集系統，收集臭氣送廠區除臭系統處理，避免臭氣外溢。
3． 對于干式厭氧處理廠，污水處理系統內部是否需要單獨設置厭氧系統
對于干式厭氧處理廠，廚余垃圾接收料倉／坑產生的瀝液其有機負荷濃度較高，這部分污水如果不經厭氧處理直接進入污水兩級A／O＋MBR生化系統，對污水處理系統沖擊很大，影響后續出水達標排放。那么對于單一的廚余垃圾干式厭氧處理廠，污水處理系統應根據水質情況確定是否設置厭氧反應器，若設置其型式可以采用常規的UASB，UBF和IC反應器等。
4． 生物池冷卻系統
水溫對生化處理影響很大，溫度適宜，能夠促進微生物的生理活動，溫度過高或者過低，會減弱甚至破壞微生物的生理活動，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 ℃。對于垃圾滲濾液處理系統而言，如果不對生物池內水溫進行控制，池內水溫可達40 ℃以上。因此，設置冷卻系統，控制生物池內水溫在30～35℃之間。
生物池冷卻系統設計中，總的放熱量主要由進水的冷卻作用，水泵的熱效應，生化反應放熱（硝化反應，反硝化反應以及COD降解反應），熱傳導，熱輻射，鼓風曝氣熱傳導和蒸發熱損失等組成。
其中對放熱量貢獻比較大的是生化反應放熱，水泵和鼓風曝氣所產生的熱量。進水的冷卻作用一般是負值，有助于生物池降溫，但是對于廚余垃圾處理廠生物池冷卻系統設計時應重點關注進水溫度。
廚余垃圾厭氧，尤其是高溫厭氧，經過脫水后的沼液溫度會比較高，另外沼渣干化產生的污冷凝水，進入污水處理站溫度約為50°左右。有的項目在進入調節池之前設置冷卻系統，污堵和腐蝕比較嚴重，冷卻效果不佳，因此在生物池冷卻系統設計選型時要重點考慮進水溫度的影響。
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中深度處理工藝一般參照垃圾填埋場和焚燒廠滲濾液處理，國內目前常用的有以下三種：
1）NF／RO膜深度處理工藝
適應于出水標準比較嚴格，對出水TDS有嚴格要求的項目，NF／RO膜處理出水穩定達標，出水水質好，對受納水體和下游接收污水廠環境影響小，環境效益好，運行管理簡單，但是投資和運行成本高，是目前國內滲濾液處理行業用的最多的深度處理工藝。
但是其產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，濃縮液廠區內無法消納，結合目前的環保形勢和濃縮液很難處理的現實問題，應重點關注濃縮液外運或其他處理去向，首要解決濃縮液問題。
因此廠區內必須有濃縮液處理設施，針對NF濃縮液采用物料膜減量化，后端增加高級氧化系統；針對RO濃縮液采用蒸發處理工藝，但是最終的蒸發殘液或者殘渣，廠內同樣無法消納，必須外運處理。濃縮液處理設施增加了整個項目的運行成本和投資，同樣占地面積也會增加很多。
2）芬頓高級氧化＋BAF深度處理工藝
適應于處理出水對TDS沒有要求的項目，如果出水對總氮要求比較嚴，可以采用兩級芬頓＋兩級BAF工藝。該工藝最大的優勢是沒有濃縮液產生，但是也存在加藥量大，污泥產量大以及占地大等缺陷。
相對于NF／RO膜深度處理工藝，最終出水TDS比較高，對下游接收污水廠仍然存在不利影響，環境效益略差，運行成本偏高，尤其是藥劑耗量比較大。如果深度處理采用芬頓高級氧化＋BAF工藝，須最大限度地發揮前端MBR系統對污染物的去除能力，盡量減少對深度處理系統的沖擊負荷，從而減少加藥量和污泥產量。
3）臭氧氧化處理工藝
適應于處理出水對TDS沒有要求，但是對CODCr要求比較低的項目，有些項目要求CODCr達到300 mg／L，MBR處理出水的CODCr很難穩定維持在300 mg／L，這也和當地餐飲或廚余來料垃圾成分有關系。
MBR處理出水的CODCr大部分都是難降解有機物，采用常規工藝很難去除，只有采用高級氧化工藝。臭氧是強氧化劑，氧化能力強，對難降解有機物去除效果好。如果出水對TN有要求，該深度處理工藝還需要增加TN的去除設施。
相對而言，該工藝處理出水水質較前兩種工藝略差，需要排至市政污水廠進一步處理。
綜合以上三種深度處理工藝的優缺點，結合廚余垃圾處理廠實際情況和項目出水排放標準要求等擇優選擇深度處理工藝。
6． 污水處理中碳源的問題
廚余垃圾處理廠厭氧沼液中總氮含量和當地居民生活習慣有關，并且廚余垃圾在厭氧消化過程中，氨氮濃度持續升高，前期設計時，氨氮濃度一般取值2000～3000 mg／L，如此高的氨氮對MBR生化系統穩定達標運行增加了難度。
MBR生化系統實現高效脫氮需要充足的碳源，廚余垃圾處理廠厭氧系統為了達到較高的沼氣產量，盡量延長其停留時間，將出水COD控制的比較低，但是氨氮很難控制，氨氮有時達到3000 mg／L以上，C／N比失調，需要補充碳源。
廚余垃圾處理廠主要處理有機質含量高的垃圾，可用做補充碳源的原料很多，廚余垃圾經過除雜除油預處理后的漿料，以及餐廚垃圾酸性發酵混合物等，這些廠內自有碳源的使用可以降低污水處理系統的運行成本。
廠內自有碳源一般只能投加在一級A池中，不能投加在二級A池中，因為這部分碳源含有高COD的同時，還攜帶大量氨氮和總氮，如果投加在二級A池，二級A／O系統未設置內回流系統，導致出水TN仍然超標，因此二級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、結論
1． 預處理和深度處理工藝應結合廚余垃圾處理廠沼液水質特點和項目出水排放標準要求等擇優選擇。
2． 污水處理系統內部是否需要單獨設置厭氧系統，應結合廚余垃圾處理廠的來料成分及具體工藝情況協同考慮。
3． 生物池冷卻系統設計時應重點考慮進水溫度的影響。
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原文標題:廚余垃圾處理廠污水處理系統關鍵問題探討
