預處理+高效厭氧+A/O+MBR+NF組合工藝處理餐廚垃圾廢水工程實例

＊李明德

（中煤科工集團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生的廢水具有污染成分復雜、水質波動大、有機污染物及營養(yǎng)物質含量高等特征，屬于難處理的高濃度有機廢水[1-2]。目前運行的項目中，餐廚廢水主要采用預處理+生化處理工藝，處理后出水主要污染物指標濃度達到《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）表4中的三級標準后排入市政污水管網經市政污水廠繼續(xù)處理[3]。當有些餐廚垃圾處理廠距離市政污水管網較遠或地方環(huán)境排放標準較嚴格時，餐廚廢水污染物指標濃度至少要達到《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）中的一級標準才可外排。但由于餐廚廢水復雜的特性，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生的廢水。本文以該工程為例，介紹一種“預處理+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，適應性高，穩(wěn)定性強，能耗較低，可為餐廚垃圾廢水處理提供借鑒。

2.工藝流程與設計參數

(1)工藝流程

結合該項目實際情況，要求設計出水主要水質指標執(zhí)行《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）中的一級標準。具體設計進出水水質見表1。

表1 設計進、出水水質

表2 測試指標及分析方法

針對本項目餐廚廢水水質以及相似工程項目經驗，設計采用“預處理+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入隔油池，去除浮油后經泵提升至氣浮池，去除水中懸浮物、油脂、部分有機物后進入調節(jié)池進行水質水量的調節(jié)。調節(jié)池末端設置提升泵將均質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，將大分子難降解有機物分解成小分子易生化分解的有機物，提高系統(tǒng)可生化性；同時將大部分有機污染物分解轉化形成沼氣。厭氧出水進入A/O處理單元，利用活性污泥微生物的硝化、反硝化反應去除水中的有機污染物指標。隨后通過浸沒式MBR實現泥水分離，確保出水澄清，同時提高A/O系統(tǒng)活性污泥的濃度。MBR膜出水進入清水池，若產水超標則部分或全部水量切換至NF系統(tǒng)進一步去除水中殘留有機物，確保出水達到排放標準要求。

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

(2)主要處理單元設計參數

①預處理系統(tǒng)。預處理系統(tǒng)主要由隔油池、氣浮、調節(jié)池組成。隔油池與調節(jié)池合建，氣浮采用一體化鋼制設備，設置于調節(jié)池池頂，從而節(jié)省占地。隔油及調節(jié)池總有效容積為1200m3，尺寸為24.0m×10.0m×5.5m，超高0.5m，水力停留時間為8天，鋼混結構，半地下式。為了保障調節(jié)池的有效均質功能，調節(jié)池分格設置，隔墻設置導流孔，末端配備兩臺潛污泵進行內循環(huán)，同時設置三臺提升泵用于氣浮系統(tǒng)的進水提升。

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，可承擔餐廚廢水80%以上的有機負荷，大大降低后續(xù)A/O系統(tǒng)的負擔，從而降低投資和能耗。循環(huán)泵的設置提高了UASB罐內的上升流速和泥水混合程度，提高反應效率。容積負荷為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，水力停留時間為2天，采用碳鋼防腐結構，并設保溫層。水解酸化池內設置蒸汽加熱系統(tǒng)，確保反應器內部溫度。

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施等。生化池采用半地上式鋼砼結構，總尺寸為9.0m×10.0m×5.5m，總有效容積450m3，停留時間為3天，其中，反硝化池尺寸為10.0m×3.0m×5.5m，總有效容積150m3，停留時間1天。硝化池尺寸為10.0m×6.0m×5.5m，總有效容積300m3，停留時間2天。為方便應對水量的波動及設備檢修維護，A/O系統(tǒng)分兩套并聯設置。每格反硝化池配套設置1臺潛水攪拌機，用于反硝化池內的泥水混合及推流。硝化池池內充氧曝氣采用微孔曝氣形式，提高氧氣利用率，配置2臺羅茨鼓風機。

④MBR系統(tǒng)。MBR處理單元用于A/O生化出水的泥水分離，同時進一步去除水中COD、氨氮等污染指標，結合了生化和膜分離技術的優(yōu)點[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，尺寸4.0m×3.5m×4.5m。超濾膜元件采用中空纖維膜，設計通量12LMH，單支膜面積12m2，考慮有效運行時間及系統(tǒng)余量，膜面積取864m2，膜元件數量72支，分3組布置。膜組件底部集成設置穿孔曝氣管，通過羅茨鼓風機進行曝氣，利用微小氣泡的不斷沖刷抖動膜絲來減緩活性污泥在膜元件表面的沉積，同時還可以給池內活性污泥提供溶解氧。MBR膜系統(tǒng)設置清水反洗和化學清洗系統(tǒng)。

⑤納濾（NF）系統(tǒng)。若MBR產水達不到外排標準，則繼續(xù)打入NF系統(tǒng)進行深度處理，確保產水的達標排放。NF又稱為低壓反滲透，具有通量大、操作壓力低等特點[5]。NF膜元件采用卷式膜，裝填密度大，單支膜面積達到32m2，膜通量設計取值15LMH，考慮余量及系統(tǒng)穩(wěn)定性，膜元件數量取15支，產水回收率85%，膜元件分3個膜殼進行布置，膜殼與進水泵、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)配套設置反洗以及化學清洗系統(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，經污泥濃縮池收集濃縮后提升至污泥脫水機進行脫水干化，脫水機采用疊螺式污泥脫水機，具有可連續(xù)運行、占地小、效率高等優(yōu)點。脫水后污泥外運填埋或焚燒處置，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、調節(jié)池和厭氧系統(tǒng)。隔油池、氣浮及調節(jié)池產水的臭氣經臭氣收集設施輸送至垃圾庫生物除臭設施合并處理。厭氧罐臭氣主要為厭氧沼氣，經三相分離器、沼氣管路收集后經火炬焚燒進行無害化處理。

3.測試指標與分析方法

項目主要檢測指標為pH、CODCr、BOD5、NH3-N、SS等指標。具體檢測方法如下：

4.運行效果分析

該餐廚垃圾廢水處理站建成投運后，各項出水指標達標，且運行效果穩(wěn)定、抗沖擊能力強。結合實際檢測數據統(tǒng)計，各單元處理效果見表3。

表3 各單元運行處理效果

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

5.存在問題與思路

本工程在實際運行過程中仍然會存在一些問題，如膜污染、濃水累積等。

（1）膜污染。由于餐廚垃圾廢水成分復雜，有機污染物濃度高，且含有一定的動植物油，極易對MBR及NF膜元件造成污堵，造成頻繁反沖洗、化學清洗，影響系統(tǒng)的有效運行時間，且頻繁的化學清洗易造成膜使用壽命縮短，造成運行成本的升高。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，建議保證前端預處理及生化等單元的處理效果，盡量降低進膜的動植物油、有機污染物等濃度，減緩膜的有機污染。此外，一旦膜出現污染堵塞等情況，應盡快做好化學清洗工作。

（2）濃水消納。濃水主要來源于NF系統(tǒng)產生的膜濃縮液，具有難降解有機物濃度高、含鹽量高、可生化性極差等特點[6]。雖然本系統(tǒng)中NF僅作為應急設施，但仍會有不少濃水產生。在前端廠區(qū)內部無法有效消納濃水的情況下，過多產生的濃水將回流進入垃圾庫，造成濃水富集，從而造成難降解有機物及鹽分累積，影響系統(tǒng)運行。建議根據情況增加濃水減量化設備用于減少濃水量，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產水進行強氧化處理，降解殘留污染物確保水質達標，從而替代NF工藝[3,7]。但由于餐廚廢水成分復雜且因地而異，具體仍需要進行試驗確定，同時考慮其經濟性。

6.結論

采用“預處理+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去除率可分別達到99.88%、99.95%、99.60%、100%，出水污染物指標滿足《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）中的一級標準水質要求。該工藝具有占地面積小，適應性高，穩(wěn)定性強，污染物去除效率高、能耗低等特點。該工藝剩余污泥初步脫水后外運填埋或焚燒處置，臭氣經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、餐廚垃圾行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。