廚余垃圾處理項(xiàng)目生化工藝設(shè)計分析

崔文靜，丁 曉，陸敏博

（悉地（蘇州）勘察設(shè)計顧問有限公司，江蘇 蘇州 215125）

根據(jù)《蘇州市生活垃圾分類管理?xiàng)l例》，廚余垃圾包含家庭廚余垃圾和農(nóng)副產(chǎn)品集貿(mào)市場產(chǎn)生的有機(jī)垃圾。2020年，蘇州市轄區(qū)生活垃圾產(chǎn)生量約為7 300 t/d，其中，廚余垃圾產(chǎn)生量超過2 700 t/d。廚余垃圾的不斷增長引發(fā)了一系列的環(huán)境問題和經(jīng)濟(jì)問題。如何有效實(shí)現(xiàn)廚余垃圾減量化成為解決城市生活垃圾這一重大環(huán)境問題的關(guān)鍵。

蘇州自2020年6月1日起施行生活垃圾分類管理，廚余垃圾單獨(dú)分類收集，這給廚余垃圾處理技術(shù)的研究發(fā)展提供了穩(wěn)定的樣本，可以根據(jù)廚余垃圾的特點(diǎn)應(yīng)用更加有效的處理工藝。蘇州某有機(jī)垃圾處理項(xiàng)目在這種背景下應(yīng)運(yùn)而生。該項(xiàng)目采用好氧微生物生化處理工藝，將廚余垃圾中的有機(jī)質(zhì)分解轉(zhuǎn)化為廢水，廢水經(jīng)處理后達(dá)到納管標(biāo)準(zhǔn)排放。本文分析該項(xiàng)目的工藝設(shè)計，以期為廚余垃圾處理提供參考。

1 項(xiàng)目概述

本項(xiàng)目用地面積約為2 220 m，總建筑面積約為2 200 m。地上有兩層，其中，一層分為卸料區(qū)、預(yù)處理區(qū)和廢水處理區(qū)，二層分為生化處理車間、中央控制室及辦公區(qū)。另外，室外設(shè)有1 座污水調(diào)節(jié)池和1 座污泥池。本項(xiàng)目采用好氧微生物生化處理工藝，通過特殊馴化的微生物菌群在好氧條件下將有機(jī)垃圾中的有機(jī)質(zhì)降解為水，整個工藝包括計量與預(yù)處理系統(tǒng)、生化處理系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)和除臭系統(tǒng)等，工藝流程如圖1 所示。本項(xiàng)目日處理廚余垃圾100 t，其中，有機(jī)類物質(zhì)含量不小于80%，含水率為60%～80%。

圖1 廚余垃圾處理工藝流程

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 計量與預(yù)處理系統(tǒng)

本項(xiàng)目設(shè)動態(tài)地磅和地磅控制室，采用雙計量方式，垃圾收運(yùn)車進(jìn)、出站各計重一次。測量數(shù)據(jù)可直接傳送至控制室記錄在數(shù)據(jù)庫中，方便數(shù)據(jù)研究及統(tǒng)計查找。預(yù)處理系統(tǒng)包括進(jìn)料、油水分離、人工分揀和破碎分離等。

參考《生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站技術(shù)規(guī)范》（CJJ/T 47—2016），每日收運(yùn)高峰段為4 h，高峰段垃圾量占日總量的70%。蘇州住宅小區(qū)每日收集垃圾的時段為早晨2 h、傍晚2 h，一天共計4 h。本項(xiàng)目垃圾預(yù)處理系統(tǒng)的高峰時段處理量為70 t，時長為4 h，早晚各2 h，即每日早晚高峰段各處理35 t。接料斗設(shè)計容積為20 m，即每小時可接收20 t 左右的垃圾（廚余垃圾含水量高，比重接近1），其他預(yù)處理設(shè)備最大處理量為15 t/h。接料斗具有一定儲存能力，其他預(yù)處理設(shè)備可按照相對小一點(diǎn)的設(shè)計參數(shù)取值，即可滿足要求。

人工分揀平臺的設(shè)置用以彌補(bǔ)或預(yù)防垃圾分類不完全，人工分揀將玻璃、易拉罐、瓷器和塑料等大塊無機(jī)物撿出。廚余垃圾經(jīng)初分、隔油、分離，最終破碎成粒徑20 mm 以下的漿料。以有機(jī)質(zhì)物料為主的漿料通過柱塞泵和無軸螺旋輸送機(jī)輸送至后續(xù)生化處理設(shè)備內(nèi)；以無機(jī)質(zhì)物料為主的廢渣約占10%，外排處置。該項(xiàng)目運(yùn)行中，每日分離出油脂約200 L，這與垃圾來源有關(guān)，本項(xiàng)目的物料均為普通居民家庭的廚余垃圾，相比餐飲垃圾，其油脂含量較小。

2.2 生化處理系統(tǒng)

生化處理機(jī)是好氧微生物生化處理工藝的主體，也是核心處理設(shè)備。其中含有大量經(jīng)特殊馴化培育的微生物菌群和輔酶，在32 ～35 ℃的好氧環(huán)境下，24 h 內(nèi)將有機(jī)質(zhì)分解轉(zhuǎn)化成廢水。本項(xiàng)目運(yùn)行中，有機(jī)質(zhì)減量率超過90%，最高可達(dá)95%。剩余不能分解的少量物料成為殘渣，排出設(shè)備，作為固廢外運(yùn)處理。生化處理機(jī)運(yùn)行過程中需要不斷補(bǔ)水，機(jī)內(nèi)設(shè)置攪拌裝置和加熱裝置，可以促進(jìn)反應(yīng)和維持設(shè)計溫度。生化處理機(jī)的設(shè)計參數(shù)如表1所示。

表1 生化處理機(jī)設(shè)計參數(shù)

該工藝降解時間短，反應(yīng)溫度低，反應(yīng)條件易于控制和維持，耗電量為20 ～40 kW·h/t。生化處理機(jī)采用環(huán)保高分子材料作為填料，微生物菌群附著在填料上，以確保微生物菌群的有效性。為保證降解效果，微生物菌群需要每年補(bǔ)充一次。本項(xiàng)目共設(shè)置20 臺生化處理機(jī)，每臺平均處理量為5 t/d，物料依次輸送到20 臺生化處理機(jī)中。最終產(chǎn)物為廢水，包括降解后的85 t 左右的原漿料產(chǎn)生的廢水以及生化處理機(jī)補(bǔ)充的100 t（最高日）左右的新鮮水，經(jīng)收集后排入廢水處理系統(tǒng)。

2.3 廢水處理系統(tǒng)

廚余垃圾經(jīng)生化處理后產(chǎn)生的廢水采用氣浮+高級氧化+生態(tài)式膜生物反應(yīng)器（eMBR）組合工藝進(jìn)行處理，并配有可編程邏輯控制器（PLC）自動控制系統(tǒng)。因本項(xiàng)目生化段產(chǎn)生的廢水不大于185 m/d，廢水處理工藝的設(shè)計處理水量取200 m/d。廢水處理工藝流程如圖2 所示。主要監(jiān)測指標(biāo)有化學(xué)需氧量（COD）、五日生化需氧量（BOD）、懸浮物（SS）、氨氮（NH-N）、總磷（TP）和油類。高級氧化設(shè)有絮凝沉淀單元和芬頓氧化單元，用以去除水中難降解有機(jī)物。其利用·OH自由基的強(qiáng)氧化能力降解有機(jī)物，反應(yīng)速度快，最終產(chǎn)物為CO、HO 等，不會產(chǎn)生二次污染。

圖2 廢水處理工藝流程

根據(jù)已有項(xiàng)目的監(jiān)測數(shù)據(jù)，廚余垃圾生化處理后產(chǎn)生的廢水COD 為15 000 ～22 000 mg/L，BOD為3 000 ～13 000 mg/L，SS 為12 000 ～18 400 mg/L，NH-N 為200 ～530 mg/L，油類小于100 mg/L，TP少量檢出。設(shè)計時適當(dāng)考慮余量，廢水處理工藝設(shè)計進(jìn)水水質(zhì)如表2 所示，出水執(zhí)行《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 31962—2015）的納管標(biāo)準(zhǔn)。

表2 廢水處理工藝設(shè)計進(jìn)水水質(zhì)

本項(xiàng)目采用一體化廢水處理設(shè)備，各個主要處理段的設(shè)備參數(shù)如表3 所示。生化水解設(shè)備含有混凝沉淀單元、強(qiáng)氧化單元等。本項(xiàng)目運(yùn)行以來，2021年7月7日監(jiān)測的COD 和SS 均最高，其余基本都維持在均值左右。以COD 最高值水樣為例，各個處理階段水質(zhì)參數(shù)如表4 所示。從表4 可以看出，運(yùn)行階段COD 濃度達(dá)到最高值時，出水COD、SS、NH-N 等均滿足《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》 （GB/T 31962—2015）的納管標(biāo)準(zhǔn)。另外，該項(xiàng)目污泥排入室外污泥池，最終外運(yùn)處置。

表3 廢水處理設(shè)備參數(shù)

表4 廢水處理工藝運(yùn)行結(jié)果

2.4 除臭系統(tǒng)

廚余垃圾異味重，在整個處理過程中，尤其是生化處理階段會產(chǎn)生大量惡臭氣體。本項(xiàng)目各區(qū)除臭設(shè)計風(fēng)量如表5 所示。換氣頻率的取值參照《餐廚垃圾處理技術(shù)規(guī)范》（CJJ 184—2012），根據(jù)前期調(diào)研結(jié)果，適當(dāng)提高。本項(xiàng)目采用3 套系統(tǒng)進(jìn)行除臭，改善作業(yè)環(huán)境。

表5 除臭設(shè)計風(fēng)量

2.4.1 末端臭氣收集與洗滌處理系統(tǒng)

該系統(tǒng)采用兩級植物液洗滌+光催化組合工藝。在垃圾收運(yùn)車卸料裝置上方、料坑上方、濕垃圾分揀設(shè)備上方、生化處理區(qū)上方和廢水處理區(qū)上方均布置風(fēng)口，有重點(diǎn)地集中收集垃圾處理設(shè)備產(chǎn)生的臭氣。被收集的臭氣輸送至植物液洗滌除臭設(shè)備進(jìn)行處理，最終被分解或吸收，脫臭效率可超過99%。處理后的廢氣最終通過高度在15 m 以上的排氣筒排放至大氣中，排放量滿足《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 14554—1993）的二級標(biāo)準(zhǔn)。

2.4.2 空間霧化除臭系統(tǒng)

該系統(tǒng)對除臭系統(tǒng)起到輔助加強(qiáng)作用，可以改善本項(xiàng)目的工作環(huán)境，降低空間內(nèi)的臭氣濃度。在垃圾預(yù)處理區(qū)、生化處理區(qū)及廢水處理區(qū)房間四周墻面布置霧化噴嘴，噴嘴間距為2 ～3 m。

2.4.3 離子送新風(fēng)系統(tǒng)

該系統(tǒng)從源頭上降低臭氣濃度，改善作業(yè)環(huán)境。本項(xiàng)目設(shè)置2 套離子送新風(fēng)系統(tǒng)，單臺設(shè)備設(shè)計新風(fēng)量為20 000 m/h。

3 結(jié)論

好氧微生物生化處理工藝雖然有效地實(shí)現(xiàn)了廚余垃圾的減量化，但是無附屬產(chǎn)品可以資源化利用，菌種需要定期補(bǔ)充。實(shí)現(xiàn)菌種的持續(xù)自然增長和附屬菌劑產(chǎn)品的開發(fā)有待進(jìn)一步研究。生化處理機(jī)運(yùn)行過程中需要大量補(bǔ)水，若可以利用回流污水，則可降低新鮮水的補(bǔ)水量，利于節(jié)水節(jié)能。生化處理階段會產(chǎn)生大量臭氣，生化處理機(jī)能否集除臭于一體有待開發(fā)，這樣不僅可以改善作業(yè)環(huán)境，而且利于后續(xù)除臭。

好氧微生物生化處理工藝的運(yùn)行效果依托于前期的垃圾分類，分類程度高，進(jìn)料雜質(zhì)少，生化處理效果就好。該工藝應(yīng)用靈活，適用規(guī)模范圍廣，從幾噸到幾百噸都可以處理。垃圾可以就地處理，也可以收運(yùn)后集中處理。廢水處理采用氣浮+高級氧化+ 生態(tài)式膜生物反應(yīng)器組合工藝，出水滿足《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 31962—2015）的納管標(biāo)準(zhǔn)；臭氣處理采用兩級植物液洗滌+光催化組合工藝，最終廢氣排放滿足《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》 （GB 14554—1993）的二級標(biāo)準(zhǔn)。此處理工藝對廚余垃圾的含水率沒有要求，適合處理廚余垃圾這種含水率高、有機(jī)質(zhì)含量高的廢物。同時，將廚余垃圾從填埋處理中分流出來，可以減輕填埋場的負(fù)擔(dān)，延長填埋場的使用年限。該項(xiàng)目運(yùn)營人員為4 人。平均處理成本約為200 元/t，耗電量為70 ～100 kW·h/t，耗水量為1.3 t/t。其中，除臭系統(tǒng)用電量較大，占總用電量的一半左右。