兩級AO-MBR組合工藝處理餐廚垃圾厭氧沼液的工程應用

文_李保光 張愛軍 戴小東 梁洪植 楊吉祥 北京首創環境科技有限公司

隨著經濟發展和人口增長，我國城市餐廚垃圾的產量也不斷增加。據估計，我國城市每年餐廚垃圾產量不低于7000 萬t。目前國內大多數餐廚垃圾與生活垃圾混合處理，以傳統的填埋、焚燒為主。但由于餐廚垃圾含水率高、熱值低、容易腐敗變質、含鹽量高等特點，不適宜傳統的填埋和焚燒，且其蘊含的營養成分無法得到資源化利用，部分地區已將餐廚垃圾進行單獨處置。

目前餐廚垃圾主流處理技術為厭氧消化，本文介紹的是餐廚垃圾經厭氧消化后的沼液的處理工程實例。

1 工程概況

山西省某環保能源有限公司是一家主要從事餐廚垃圾的集中收運、處理以及副產物油脂、生物肥料銷售的企業。本項目餐余垃圾處理總規模60t/d。

餐廚垃圾經過預處理及厭氧消化系統處理以及脫水后產生沼液，沼液具有水質成分復雜、有機濃度高、鹽分含量高等特點,若得不到及時的處理,必然會造成極大的環境污染。

2 設計水質

厭氧消化后的沼液經脫水后產生沼渣和脫水后的液體，沼渣進入填埋場填埋；脫水后的液體與廠區進入污水處理站進行處理，設計規模72m3/d，采用“預處理+兩級硝化反硝化+內置超濾膜系統”的處理工藝，達到《污水排入城鎮下水道水質標準》（GB/T31962-2015）中表A 級中的部分排放標準，相關排放因子詳見表1 。

表1 設計進出水水質 mg/L

3 工藝流程

結合餐廚沼液的特性,當前國內外較先進的技術，以及已運行的成功經驗和相關標準,本項目采用“預處理+兩級硝化反硝化+內置超濾膜系統”的處理工藝，處理工藝流程如圖1 所示。

圖1 工藝流程圖

沼渣脫水產生的濾液自流進入地下緩沖池，經泵提升至自清洗過濾器和氣浮裝置，餐廚廢水經過隔油池去除廢水中懸浮物和動植物油后進入調節池，以均衡水質水量，調節池內設潛水攪拌機，以防止池內污泥沉降。

調節池廢水經提升泵送入進入硝化反硝化系統，廢水先進入一級反硝化池，在反硝化菌的作用下去除廢水中亞硝態氮；反硝化池中設有攪拌裝置，保證池內污泥與餐廚廢水充分接觸混合；一級反硝化池出水進入一級硝化池，池中供入一定量的氧，將氨氮轉化為亞硝態氮；一級硝化池出水進入二級反硝化池，在反硝化菌的作用下去除廢水中亞硝態氮；二級反硝化池中同樣設有攪拌裝置；二級反硝化池出水進入二級硝化池。

硝化池的泥水混合液自流進入浸沒式超濾膜系統，對混合液進行泥水分離。膜池內的污泥濃度可達8000 ～20000mg/L，超濾膜產水達到《污水排入城鎮下水道水質標準》（GB/T31962-2015）中表A 級部分排放標準后外運至污水處理站處理。污泥回流進入前端生化處理池或污泥濃縮池。

4 構筑物及相關工藝參數

根據該項目的工程實踐，將兩級硝化反硝化-MBR 在工程應用的相關參數作如下設計：

4.1 主要組成單元

該工程的主要組成單元包括兩級硝化反硝化池和內置MBR，設計參數見表2。

表2 主要單元設計參數

生化系統設置冷卻系統及水力消泡系統。

MBR 系統設置1 套超濾膜系統，包括有內置超濾膜組件、超濾膜自吸泵、膜池污泥回流泵、羅茨風機、反洗系統、清洗系統和檢測儀表系統。

4.2 輔助系統

輔助系統主要包括地下緩沖池、自清洗過濾器、隔油氣浮裝置、調節池、污泥處理系統等。

4.2.1 預處理系統

預處理系統包括餐廚沼液的過濾地下緩沖池、自清洗過濾器、隔油氣浮裝置等。餐廚沼液自流進入地下緩沖池，經泵提升至自清洗過濾器和隔油氣浮裝置，去除廢水中懸浮物和動植物油。其中自清洗過濾器材質SS316L，過濾精度5μm，隔油氣浮裝置配備PAC、PAM 加藥裝置。

4.2.2 調節池

調節池1 座，有效容積為700m3，用于調節水量、水質。調節池配套設備包括提升泵、除臭風機和攪拌系統，分別用于出水提升、調節池除臭和防止懸浮物沉積。

4.2.3 污泥處理系統

污泥脫水系統用于處理厭氧發酵產生沼渣和該餐廚沼液污水處理裝置生產的污泥，含水率約 98%～99%。 污泥濃縮系統包括污泥濃縮池，備有污泥螺桿泵；脫水系統采用臥式離心脫水機，附屬設備包括螺旋輸送機、PAM 一體化加藥裝置、電動葫蘆等。 離心脫水機分離出的沼渣和污泥外運填埋處置，一期產生的脫水沼渣和污泥量為3.6t/d，分離液進入調節池處置。

5 運行效果

采用附近污水處理廠脫水污泥為接種污泥馴化培養，約90d 左右達到設計負荷，進入穩定運行階段，A/O 池控制混合液回流比700%，污泥回流比200%～300%。該系統連續三個月（2019年3 ～5 月）運行結果如圖2、圖3 所示。從圖2 中可知，餐廚沼液進水COD 在4040 ～5664mg/L 之間，內置MBR 出水保持在500mg/L 以下，COD 平均去除率為91.8%。從圖3 中可知，餐廚沼液進水氨氮在988～1189mg/L 之間，最終出水氨氮保持在45mg/L 以下，NH3-N 平均去除率為95.8%。COD、BOD5、NH3、SS 各項出水指標均達到《污水排入城鎮下水道水質標準》（GB/T31962-2015）中表A 級排放標準 ，為后續處理提供有利條件，并于2019年6 月順利通過驗收。

圖2 COD 去除效果

圖3 NH3-N 去除效果

6 經濟分析

6.1 投資成本分析

本工程總投資為635 萬元，其中建筑工程費用為220 萬元，設備購置費為270 萬元，安裝工程費為110 萬元，其他工程費用（含設計費、調試費等)為35 萬元。

6.2 運行費用估算

人工費：每日3 班，每班各配備1 名操作人員。員工年工資平均按4 萬元計，則 3 人工資總額為12 萬元/a。

電 耗：電 價 按0.80 元/kWh，電 耗 費 用 為110×24×330×0.8=69.695 萬元/a。

水費：0.5 萬元/a。

藥耗：4.5 萬元/a，其中包括絮凝劑、消泡劑2 萬元/a；MBR 清洗劑 2 萬元/a；液態；化驗藥劑0.5 萬元/a。

MBR 更換費：每3年更換一次MBR 膜，故損耗費為 5.4萬元/a。

維修費用：約3 萬元/a。

7 結語

兩級AO-MBR 組合工藝處理餐廚沼液的工程應用中效果良好，對COD 和NH3-N 的去除率分別可達91.8% 和95.8%。COD、BOD5、NH3、SS 等相關出水指標均達到《污水排入城鎮下水道水質標準》（GB/T31962-2015）中表A 級排放標準 。項目運行成本為30.6 元/m3。該項目為兩級AO-MBR 工藝處理其他高濃度污水的工程應用提供了參考。