某購物中心餐飲廢水處理設(shè)施改造工程

劉曉曉，趙明杰，劉曉靜，付兆興，栗勇田,*

(1. 天津大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300072；2. 河北省河道水質(zhì)凈化及生態(tài)修復(fù)重點實驗室，秦皇島天大環(huán)保研究院有限公司, 河北秦皇島 066000；3. 秦皇島市水污染監(jiān)測及治理工程技術(shù)研究中心，河北秦皇島 066000；4. 秦皇島市河道水質(zhì)凈化重點實驗室，河北秦皇島 066000；5. 嘉城環(huán)保工程有限公司博士后創(chuàng)新實踐基地，河北石家莊 050022)

餐飲業(yè)的蓬勃發(fā)展在豐富人們生活的同時，也帶來了噪聲、油煙、餐飲廢棄物、高濃度餐飲廢水等一系列環(huán)境問題[1]。其中，餐飲業(yè)所形成的餐飲廢水含有高濃度有機污染物、食物殘渣、化工洗滌劑以及油類和細菌等有毒有害物質(zhì)[2-3]。據(jù)有關(guān)資料報道，餐飲廢水是高濃度有機污染源，排放量僅占城市生活污水排放量3%，但BOD和COD的含量卻達總負荷的1/3，未經(jīng)凈化處理直接排放至市政污水管網(wǎng)將會對污水處理廠造成極大的處理壓力[4]。另外，一些高濃度餐飲廢水的無組織排放更是直接污染了河湖水質(zhì)，嚴重威脅人類健康。因而，對餐飲廢水進行有效處理和達標(biāo)排放非常必要。

河北省某購物中心重新裝修后，餐飲檔口增多，隨之產(chǎn)生的餐飲廢水也越來越多，日均產(chǎn)生量約23 m3，已超過原有廢水處理設(shè)施的處理能力。原有廢水處理方法主要是隔油法，即餐飲廢水經(jīng)隔油池進行刮油及沉淀處理后直接排入市政污水管道。處理工藝過于簡單粗糙，缺少對廢水進行生化處理及深度處理過程，不能有效降低廢水中各項污染物濃度，導(dǎo)致主要出水水質(zhì)指標(biāo)達不到《污水排入城鎮(zhèn)下水道標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 31962—2015)B級標(biāo)準(zhǔn)中排放要求[5]。因此，根據(jù)企業(yè)需求及現(xiàn)場情況，對廢水處理設(shè)施進行優(yōu)化設(shè)計和改造工程。

1 工程概況

原餐飲廢水采用隔油池進行凈化處理，設(shè)置處理規(guī)模為10 m3/d的3個隔油池分段凈化。僅能去除廢水中的大顆粒油脂、部分懸浮物及沉淀物，處理效率低下。另外，周末和節(jié)假日客流增加，餐飲廢水的排放量及污染物負荷遠大于現(xiàn)有設(shè)施處理能力。根據(jù)業(yè)主提供的資料，原廢水處理設(shè)施的進出水水質(zhì)如表1所示，表中顯示出水水質(zhì)中COD、BOD5、NH3-N、TN和動植物油濃度遠高于排入市政污水管網(wǎng)所要求達到的三級標(biāo)準(zhǔn)。

表1 平均進出水水質(zhì)Tab.1 Average Water Quality of Influent and Effluent

針對原廢水處理工藝存在的缺陷，結(jié)合業(yè)主要求及場地情況，將設(shè)計處理規(guī)模為30 m3/d的餐飲廢水處理系統(tǒng)。采用預(yù)處理系統(tǒng)+AO-MBR一體化系統(tǒng)的工藝，在原有隔油池處理工藝基礎(chǔ)上擴建預(yù)處理系統(tǒng)，并增置AO-MBR一體化系統(tǒng)，完善餐飲廢水預(yù)處理過程，增加生化處理單元。該改造工藝不僅滿足處理規(guī)模的需求，還可以有效降低餐飲廢水中污染物濃度，實現(xiàn)穩(wěn)定達標(biāo)排放，減輕對水環(huán)境的污染。

2 整改方案

整個餐飲廢水處理系統(tǒng)分為3部分：預(yù)處理部分、AO-MBR一體化系統(tǒng)、其他構(gòu)筑物及設(shè)備設(shè)施等。整改后工藝流程如圖1所示。

2.1 預(yù)處理部分

(1)隔油池入口處加設(shè)細格柵機1臺，截除大塊懸浮物、漂浮物等，格柵機所攔截的柵渣定期人工清除轉(zhuǎn)運。細格柵寬度為300 mm，格柵柵寬為2 mm，耙齒為不銹鋼材質(zhì)，安裝角度為60°。

(2)采取利舊原則，保持隔油池原有建設(shè)規(guī)模10 m3，保障餐飲廢水有效停留時間2 h以上。在隔油池池面增加刮油機除上層懸浮油脂，在池底安裝排泥管將隔油池中沉淀下來的重油及其他雜質(zhì)通過污泥管排出隔油池。隔油池上層油泥和下層沉淀物定期清除進行焚燒或無害化處理。

圖1 餐飲廢水處理工藝流程Fig.1 Technological Process of Restaurant Wastewater Treatment

(3)隔油池后加設(shè)管道混合器，用于混凝劑PAC和絮凝劑PAM的添加和混合。

(4)加藥處理后的污水含有大量絮狀物沉淀，出水進入沉淀池進行污泥沉淀，沉淀沉淀經(jīng)過脫水處理后由吸糞車運走。沉淀池有效容積為30 m3。

(5)沉淀池出水進入調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)池有效容積30 m3，保障餐飲廢水有效停留時間6～7 h。調(diào)節(jié)池為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，起到均勻水質(zhì)、提高廢水生化性以及控制流量的作用。

2.2 AO-MBR一體化系統(tǒng)

此部分整體為新增設(shè)備，該設(shè)備是該整改工程的核心部分，具有容積負荷大、占地面積小、硝化效率高、出水水質(zhì)穩(wěn)定、操作管理方便等優(yōu)點[6-8]。系統(tǒng)包括缺氧池(A池)、好氧池(O池)和MBR膜池3部分，主體采用Q235碳素結(jié)構(gòu)鋼材質(zhì)建造，處理能力為30 m3/d。

A池池內(nèi)填充型號為YTD-150的PP彈性立體填料作為厭氧菌和兼性菌的載體。調(diào)節(jié)池出水流入A池并在A池中停留2.5 h，A池的主要作用是反硝化，將O池回流液中的硝態(tài)氮通過厭氧菌轉(zhuǎn)化為N2，有效進行生物脫氮[9]。同時，反硝化作用會消耗一部分COD，起到去除COD的作用。

O池池底安裝微孔曝氣器，采用鼓風(fēng)曝氣方式充氧，DO保持2～4 mg/L。A池出水流經(jīng)O池并在O池中停留6 h以上。在O池內(nèi)的降解分兩段進行，前一段在較高的有機負荷下，好氧微生物附著在載體表面形成生物膜，吸收和氧化有機污染物，使廢水中的有機物含量大幅度降低，有效降低COD含量[10]。后一段是在有機負荷較低的情況下，在氧氣充足的條件下，硝化菌通過硝化作用將氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，通過混合液內(nèi)循環(huán)回流至A池，更好地進行反硝化作用，降低廢水中氨氮濃度，內(nèi)回流比為300%[11]。

MBR膜池中安裝MBR膜組件和曝氣器，通過膜組件的物理過濾作用，同時實現(xiàn)泥水高效分離和池內(nèi)較高的生物量的保持[12]。同時，通過池內(nèi)好氧微生物降解作用，進一步去除COD和有機物。經(jīng)過AO處理過的廢水在膜池中停留3 h，由抽吸泵將膜組件出水打入清水池，活性污泥和有機物被截留。MBR膜池被截留的剩余污泥被排入化糞池沉淀后用于漚肥等實現(xiàn)污泥資源化。較之傳統(tǒng)的活性污泥法，MBR的MLSS要大許多，提高MLSS有利于降低占地面積，但可能導(dǎo)致好氧池池供氧不足，降低膜通量。因此，采用供氣效率較高的微孔曝氣器，并增加膜的清洗頻率。膜池內(nèi)MBR膜組件型號為XY-MBR-CO-PVDF，MBR膜選用膜通量為0.012 m3/(m2·h)的中空纖維膜，使用的膜總面積為105 m2，以保證膜池的日處理能力30 m3/d。MBR池設(shè)置MLSS為10 000 mg/L，DO保持2～4 mg/L，為防止MBR膜阻塞導(dǎo)致廢水通過率降低，影響餐飲廢水處理能力，除在預(yù)處理部分采用超細格柵，MBR增加曝氣量外，還需每2周進行一次膜反向沖洗，清洗劑為0.5%檸檬酸和600 mg/L次氯酸鈉。

2.3 其他構(gòu)筑物及設(shè)備設(shè)施

其他設(shè)備及構(gòu)筑物情況如表2所示。其中，提升泵用于調(diào)節(jié)池出水，抽吸泵用于MBR池中膜的過濾與污泥回流，反洗泵用于MBR膜的清洗。配套風(fēng)機與O池中的微孔曝氣器連接，為O池提供溶解氧，促進O池中好氧微生物的繁殖與代謝。PLC自動控制柜用于污泥回流自動控制與污水排放自動控制?；S池用于濃縮污泥排放，排放的濃縮污泥經(jīng)吸糞車定期吸走。

3 運行結(jié)果

3.1 預(yù)處理系統(tǒng)出水水質(zhì)

預(yù)處理系統(tǒng)在原有隔油池工藝基礎(chǔ)上擴大了處理規(guī)模，增加了格柵和調(diào)節(jié)池等處理部分，使廢水有足夠的停留時間進行油水分離和懸浮物沉淀，較之原有隔油池工藝，處理效果有了顯著提升,預(yù)處理系統(tǒng)出水水質(zhì)如表3所示。由表3可知，通過預(yù)處理系統(tǒng)的格柵攔截和隔油池沉降作用，大部分SS得以去除，預(yù)處理系統(tǒng)出水SS濃度已經(jīng)達標(biāo)，大塊的有機物和懸浮油也被大幅度去除，較之原有隔油池工藝，COD和動植物油的去除效率也有所提升。但僅通過預(yù)處理系統(tǒng)難以實現(xiàn)大部分污染物的達標(biāo)排放，因此，有必要進行進一步的深化處理。

表2 其他設(shè)備及構(gòu)筑物列表Tab.2 List of Other Equipments and Structures

表3 預(yù)處理系統(tǒng)平均進出水水質(zhì)Tab.3 Average Influent and Effluent Water Quality of Pretreatment System

3.2 整改工程最終出水水質(zhì)分析

該工程經(jīng)優(yōu)化設(shè)計改造并進行為期2個月的調(diào)試后，污水處理設(shè)施運行穩(wěn)定，處理效果良好。該工程截取了15 d的運行數(shù)據(jù)進行了運行效果分析，分析結(jié)果如圖2～圖5所示。

圖2 改造后CODCr的去除效果Fig.2 Effect of CODCr Removal after Reconstruction

由圖2可知，進水COD濃度由于節(jié)假日或周末的關(guān)系有所波動。進水CODCr濃度為1 372～1 780 mg/L，遠遠超過《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 31962—2015)的B級標(biāo)準(zhǔn)所要求的500 mg/L。而出水CODCr濃度相對穩(wěn)定，均在100 mg/L以下，平均去除率可達95.19%。COD去除效果良好，這是因為A池內(nèi)附著于填料上的大量不同種屬的好氧微生物群落的生化降解和吸附作用，去除了污水中的各種有機物質(zhì)，使污水中的有機物含量大幅度降低。

圖3 改造后NH3-N的去除效果Fig.3 Effect of NH3-N Removal after Reconstruction

由圖3可知，進水中含有較高濃度的NH3-N，超出《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 31962—2015)的B級標(biāo)準(zhǔn)所要求的45 mg/L。出水NH3-N平均濃度為14.65 mg/L，最高不超過17 mg/L。廢水中的NH3-N通過O池的硝化作用和A池的反硝化作用分解成N2排入大氣中，使得出水NH3-N濃度均在20 mg/L以下，去除率可達73.5%。

圖4 改造后TN的去除效果Fig.4 Effect of TN Removal after Reconstruction

由圖4可知，進水TN濃度為90～110 mg/L，出水TN濃度為19～26 mg/L，平均去除率達到78.08%。TN是指廢水中各種形態(tài)無機和有機氮的總量。包括NH3-N、硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮等無機氮以及氨基酸、蛋白質(zhì)和有機胺等有機氮。有機氮在A池和O池中的厭氧和好氧條件下分解成小分子有機氮，利用微生物的降解作用去除小分子有機氮。同時，無機氮則通過O池的硝化作用和A池的反硝化作用得以去除，少量的難降解大分子有機氮則通過MBR膜池的中空纖維濾膜的過濾作用去除。

圖5 改造后SS和動植物油的去除效果Fig.5 Effect of SS and Animal and Vegetable Oil Removal after Reconstruction

由圖5可知，進水SS濃度在周末和節(jié)假日濃度略高于平時，最高可達485.83 mg/L，而出水SS平均濃度為15.07 mg/L，遠低于《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 31962—2015)中B級標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的400 mg/L。這不僅是因為隔油池的重力沉降作用和池體中微生物絮凝沉降作用，更重要的是MBR膜的過濾截留作用，廢水中的SS在3重作用下，去除率達到96.73%。餐飲廢水中含有大量的動植物油類，平均濃度可達465.84 mg/L，而出水動植物油平均濃度僅為10.09 mg/L，去除率97.83%。預(yù)處理系統(tǒng)在重力作用下去除大顆粒懸浮油和重油，小顆粒的乳化油和溶解油則通過AO-MBR一體化系統(tǒng)的生化處理得以充分降解去除。

4 經(jīng)濟分析

該廢水優(yōu)化改造工程總投資約40萬元，其中設(shè)備費27萬元，材料費3萬元，安裝工程費(包括調(diào)節(jié)池等池體建造費等)5萬元，調(diào)試費3萬元，設(shè)計費2萬元。

整改后的餐飲廢水處理設(shè)施自動化水平高,無需安排專職人員進行維護，只需配備1名兼職人員，節(jié)省了人工費用。因此，工程實際運行費用主要包括電費、藥劑費、MBR膜更換費以及膜清洗費等。工程的主要耗電包括機械格柵、提升泵、羅茨風(fēng)機以及照明用電等，總功率為5.65 kW，按0.6元/(kW·h)算，則噸水耗電成本為0.59元/m3。藥劑費PAC按照2 000元/t計算，投加量為 100 mg/L，則噸水成本為0.2元/m3。MBR膜平均每5年更換一次，更換一次需要18 000元，則膜更換費用折合到噸水費用為18 000 ÷ 5 ÷ 365 ÷ 30=0.33元/m3。MBR膜單次清洗，檸檬酸用量為0.168 kg，單價為3 000元/t，費用為0.504元，次氯酸鈉用量為0.168 kg，單價2 000元/t，費用為0.336元，兩周清洗一次，折合到噸水費用為(0.504 + 0.336)÷ 14 ÷ 30=0.002元/m3，直接運行費用為0.59 + 0.2 + 0.33 + 0.002=1.12元/m3，經(jīng)濟性較好。

5 結(jié)論

(1)采用預(yù)處理系統(tǒng)+AO-MBR一體化處理工藝處理該購物中心餐飲廢水，對廢水中的CODCr、SS、動植物油、NH3-N和TN去除率分別可達95.2%、96.7%、97.8%、73.5%和78.08%。解決了現(xiàn)有隔油池工藝處理效果不好且處理規(guī)模不足的問題。

(2)運行結(jié)果表明，不論是平時還是周末節(jié)假日，COD、SS、動植物油和NH3-N去除率均能能夠穩(wěn)定達到《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 31962—2015)B級標(biāo)準(zhǔn)，大部分污染物出水濃度甚至低于A級標(biāo)準(zhǔn),各處理單元去污效果良好。

(3)該餐飲廢水處理設(shè)施改造工程在原有廢水處理設(shè)施基礎(chǔ)上進行改造，工程建設(shè)投資少，自動化水平高，水處理成本約1.12元/m3，與同等處理效果的的其他處理工藝相比經(jīng)濟性良好。