餐廚垃圾資源化過程中污水處理工藝研究

上海市澄鴻環(huán)?？萍加邢薰?賈成志

餐廚垃圾，顧名思義是在餐廳廚房對肉類和蔬菜等原料經(jīng)過加工后產(chǎn)生的，其中含有大量的有機(jī)物質(zhì)，有機(jī)物質(zhì)中通常都含有較多的能量。如果只是把餐廚垃圾簡單地集中放到垃圾填埋場中，這些能量就在不經(jīng)意間被浪費了。隨著當(dāng)今社會的快速發(fā)展和對環(huán)境治理的高度重視，以及對能源回收利用的需求，尤其是綠色可再生能源的回收需求，垃圾處理受到了全社會各界人士的關(guān)注。合理有效地將蘊含在垃圾中的能源，通過相關(guān)技術(shù)把它們重新利用起來，一定會滿足這種能源需求[2]。

我國的餐廚垃圾處理主要有三種工藝路線，主要包括定點填埋、集中焚燒和再生資源化三類[3]。再生資源化處理的工藝手段是當(dāng)前這個行業(yè)的一個理想選擇。需要處理的垃圾在指定地方進(jìn)行填埋處理，經(jīng)過一段時間就會腐爛和發(fā)酵。垃圾發(fā)酵產(chǎn)生的填埋沼氣和滲濾液會對周邊環(huán)境進(jìn)行又一次污染、采用集中焚燒處理垃圾的辦法，通過先進(jìn)的吸收技術(shù)將大部分二氧化碳回收利用，同時還能通過綜合處理手段將生物柴油提煉出來，進(jìn)一步降低了碳源的排放。

餐廚垃圾處理項目中，垃圾處理站建成后要具備完善的生態(tài)體系，并將餐廚垃圾進(jìn)行轉(zhuǎn)移運送、分類篩選、分解破碎、擠壓榨取、油水分離、污水深度處理、固體殘渣處理、臭氣去除，從而對垃圾資源實現(xiàn)最大化回收和再利用。本文就餐廚垃圾在資源化過程中產(chǎn)生的污水進(jìn)行深度處理的工藝手段作具體的介紹和分析。

一、工藝過程描述

根據(jù)對物料特性和污染物的分析，高效可靠的處理工藝對于整個處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運行是至關(guān)重要的。轉(zhuǎn)移運送、垃圾存儲、分類篩選、分解破碎、擠壓榨取、臭氣去除等是餐廚垃圾主要的預(yù)處理系統(tǒng)，整個預(yù)處理單元規(guī)劃在一個密閉空間內(nèi)，防止惡臭氣體泄露而污染大氣環(huán)境，密閉空間內(nèi)設(shè)有負(fù)壓收集除臭系統(tǒng)，可以對惡臭氣體進(jìn)行有效處理。

油水分離系統(tǒng)、污水深度處理系統(tǒng)、過濾殘渣處理系統(tǒng)是餐廚垃圾終極處理的三大系統(tǒng)單元。我司選用的最新研發(fā)的餐廚垃圾處理設(shè)備—生化機(jī)，通過高溫發(fā)酵進(jìn)行處理可以殺滅餐廚垃圾中的大部分的有害細(xì)菌。一體機(jī)的耗電量與目前國內(nèi)外同類產(chǎn)品相比降低了50%以上，大大降低了設(shè)備運行費用，設(shè)備的能耗是同行中最低的。我司研發(fā)的機(jī)器處理時間比較短，最短處置時間可以有效控制在五個小時以內(nèi)。設(shè)備的固態(tài)產(chǎn)物中沒有有害微生物、沒有異臭味道，整個終端處理單元規(guī)劃在密閉空間內(nèi)，防止惡臭氣體泄露污染大氣環(huán)境。

（一）油水分離系統(tǒng)

經(jīng)壓榨后的餐廚垃圾濾液含有油脂和污水，進(jìn)入油水分離系統(tǒng)（我司專利技術(shù)的核心部分），分離出的油脂通常含水率為20%～25%，根據(jù)對油脂分離效果的要求（油中含水率≤5%），該裝置通過合理的工藝設(shè)計，把重力分離強化、粗?；⑽骄劢Y(jié)等三大工藝進(jìn)行組合優(yōu)化，進(jìn)而在無能耗的前提下連續(xù)自動分離。水體中的油顆粒集中在集油區(qū)（停留時間大約為一個小時），聚集下來的油可以設(shè)置一定的時間進(jìn)行排放清理，經(jīng)過油水分離設(shè)備分離出來的油脂可以收集外售或者用作其他用途。

（二）污水處理系統(tǒng)

經(jīng)過油水分離系統(tǒng)后產(chǎn)生的污水，將進(jìn)行集中收集儲存，并通過水泵輸送到后續(xù)污水處理系統(tǒng)，進(jìn)行深度處理。

1.進(jìn)出水水質(zhì)（見表1）

表1 廢水處理站進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)

本文按照餐廚垃圾廢水產(chǎn)生量每天5噸進(jìn)行設(shè)計分析。

業(yè)主廢水主要來源于餐廚垃圾產(chǎn)生的高濃度有機(jī)廢水，該廢水產(chǎn)生量為每天5噸。根據(jù)廢水進(jìn)水水質(zhì)可知，廢水COD高峰值為80000mg/L,根據(jù)我們的經(jīng)驗，可以估算出廢水中有機(jī)物含量至少在幾萬mg/L以上。甚至可能達(dá)到十幾萬mg/L以上；其中，N%（氮的含量）有可能達(dá)到幾千ppm；P%（磷的含量）有可能達(dá)到幾百ppm；SS（固體懸浮物）也有可能在5%上下。從水質(zhì)表分析發(fā)現(xiàn)難降解物質(zhì)較少、可生化性較好，采用生物處理工藝比較適合。結(jié)合廢水的特點及處理程度，推薦氣浮處理后采用厭氧處理工藝[5]，在氧氣不夠充分的環(huán)境（厭氧環(huán)境）中，厭氧性細(xì)菌（只能在小于8%氧氣的狀態(tài)下生長的細(xì)菌，比如蛋白水解酶等）通過長鏈的高分子有機(jī)物作為碳營養(yǎng)源，經(jīng)過水解反應(yīng)、酸化技術(shù)、厭氧消化產(chǎn)乙酸（CH3COOH）、甲烷（CH4）化反應(yīng)四個階段，最終實現(xiàn)了對水中的中小有機(jī)碳水化合物降解，并達(dá)到了長鏈高分子有機(jī)化合物斷鏈分解的目標(biāo)，為后續(xù)的好氧處理打下了良好的基礎(chǔ)。廢水經(jīng)過厭氧（A）處理后，含有高分子碳水有機(jī)化合物中的長鏈被打斷，而分解成由小分子組成的碳水有機(jī)化合物，形成這種都是小分子碳水化合物的環(huán)境條件就非常適合后續(xù)的膜生物處理（MBR）工藝。因此，好氧膜生物處理技術(shù)可以選擇作為后續(xù)的處理手段，基于這類有機(jī)廢水的處理特點，本系統(tǒng)將優(yōu)先考慮選用厭氧折流板反應(yīng)技術(shù)進(jìn)行預(yù)先處理手段。該厭氧工藝具有以下幾個優(yōu)勢：（1）結(jié)構(gòu)相對簡單；（2）處理效率較高；（3）處理出水水質(zhì)較好；（4）系統(tǒng)運行穩(wěn)定性可靠性、較強。

厭氧系統(tǒng)處理過的污水經(jīng)收集后，再經(jīng)過水泵輸送到我司自主研發(fā)的一體化設(shè)備，設(shè)計處理量為5噸/天。該一體化設(shè)備采用氣浮加藥+兼氧-好氧(AO)技術(shù)+膜生物反應(yīng)器（MBR）技術(shù)的工藝路線進(jìn)行處理。采用膜生物（MBR）處理工藝可以同時去除生化需氧量（BOD5）、化學(xué)需氧量（COD）、氨氮（NH3-N）及固體懸浮物（SS）。由此，生活類污水和其他相似的工業(yè)有機(jī)污水均可以采用該設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一處理，處理后的排水水質(zhì)均能達(dá)到國家污水排放標(biāo)準(zhǔn)，處理效果基本超出客戶的期望值。另外，該設(shè)備的日常運維管理也非常方便，基本無需特殊保養(yǎng)。

我司設(shè)計的一體化污水設(shè)備，不僅對污水中的含碳有機(jī)物去除效果好，而且對水中總氮的去除率也能達(dá)到90%以上，這樣的處理效果相當(dāng)令人滿意。綜上，該一體化污水處理系統(tǒng)具有以下兩個優(yōu)勢：

a.操作簡單，維修方便；

b.設(shè)計使用壽命長，設(shè)備整體考慮為終生使用。

整套系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成：氣浮設(shè)備、厭氧池(A)、缺氧池(A)、好氧池（O）、膜生物反應(yīng)池(MBR)、清水池等。主要設(shè)備為鋼結(jié)構(gòu)，均由我公司自行研發(fā)設(shè)計、加工生產(chǎn)、現(xiàn)場安裝及運行調(diào)試。

2.工藝流程圖

見圖1

圖1 工藝流程圖

3.工藝流程說明

（1）經(jīng)過油水分離的廢水從調(diào)節(jié)池泵提進(jìn)氣浮設(shè)備，去除部分懸浮物和有機(jī)物后出水進(jìn)入?yún)捬醭?，系統(tǒng)運行過程中不斷有污泥產(chǎn)生，所以需要定期排入污泥桶。

（2）在厭氧池中，污水中的有機(jī)物被厭氧細(xì)菌分解、代謝、消化，使得污水中的有機(jī)物含量大幅減少，同時污水的可生化性得到了很大的提高，為后續(xù)的耗氧處理工藝打下了良好的基礎(chǔ)。

（3）厭氧池的出水進(jìn)入兼氧—好氧—膜生物反應(yīng)器（AO-MBR），在缺氧反硝化工藝段，反硝化率可以達(dá)到70%以上，水中的化學(xué)耗氧量（COD）將被大量去除。厭氧池的出水接著被輸送進(jìn)入好氧工藝段，即膜生物反應(yīng)（MBR）工段，好氧段內(nèi)有很多生物填料，這些填料主要是提供微生物生長發(fā)展的空間，同時還配置一臺鼓風(fēng)機(jī)，曝氣為微生物提供足夠的氧氣。在整個膜生物反應(yīng)過程中，微生物不斷吸收污水中的有機(jī)物質(zhì)，并逐漸形成了絮狀物體，經(jīng)過一段時間，絮體成熟后會自動脫落到池底，從而達(dá)到去除COD的效果。

AO池后進(jìn)入MBR反應(yīng)器，可以有效調(diào)節(jié)活性污泥的性狀，使之硝化反硝化菌都得到最佳的生長環(huán)境，使得其處理能力大大提高。

（4）為了保證最終產(chǎn)水的水質(zhì)能夠達(dá)標(biāo)外排，膜生物反應(yīng)（MBR）工藝單元的出水再傳輸進(jìn)入深度處理系統(tǒng)。

（5）本項目在生產(chǎn)過程中污水處理設(shè)備將產(chǎn)生污泥，排入污泥桶，定期外運處理。

餐廚廢水通過上述量身定制的組合工藝的處理后的污水，它的最終出水的水質(zhì)情況達(dá)到甚至高于國家污水排放標(biāo)準(zhǔn)中的一級A類的標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)標(biāo)排放毫無顧慮。

二、部分安裝圖片

見圖2。

圖2 安裝圖

三、結(jié)論

餐廚垃圾的資源化處理是可以通過優(yōu)化轉(zhuǎn)移運送、分類篩選、分解破碎、擠壓榨取、油水分離、污水深度處理、固體殘渣處理、惡臭去除等主要技術(shù)工藝路線，實現(xiàn)對資源的最大化回收利用。其中，污水處理采用氣浮加藥，加上兩段缺氧工藝（A2O）與膜生物反應(yīng)工藝（MBR）結(jié)合的方法進(jìn)行處理，系統(tǒng)的最終處理出水水質(zhì)可達(dá)到國家一級A類標(biāo)準(zhǔn)，可以直接排放。