厨余垃圾处理厂污水处理系统关键问题探讨

来源：《CE碳科技》微信公众号

作者：中城环境 丁西明

近年来，我国垃圾分类工作取得积极进展，逐步建立垃圾分类投放、分类收集、分类运输、分类处理的垃圾处理系统。目前大部分城市将生活垃圾划分为4类：可回收物、厨余垃圾（又称湿垃圾）、其他垃圾（又称干垃圾）和有害垃圾。垃圾分类收集与处理是垃圾合理处置和资源回收的重要基础，是实现资源化、减量化和无害化的必经之路。厨余垃圾处理厂作为与垃圾分类相衔接的终端处理设施，在全国范围内逐渐普及推广。

目前国内厨余垃圾的处理方式有好氧堆肥，厌氧发酵产沼气、与垃圾焚烧厂协同处理等方式。厌氧发酵处理工艺目前已逐渐成为厨余垃圾处理的主流工艺。

厨余垃圾处理厂污水来源广，污染物成分复杂，水质波动大，有机物和氨氮浓度高，含杂含油量大，处理难度大，随着环保部门对垃圾处理设施产生的二次污染监管越来越严，厨余垃圾处理厂的污水处理已成为整个处理环节中较为重要的一环，也引起了行业内各相关方高度重视。

目前国内厨余垃圾处理厂的污水处理主体工艺均是参照垃圾焚烧厂和垃圾填埋场渗滤液处理工艺，大部分采用两级A／O＋MBR生化工艺＋深度处理工艺。

实际运行案例有：

1）唐山餐厨废弃物资源化利用和无害化处理项目污水处理规模240m3／d，采用“预处理＋两级A／O＋MBR＋臭氧高级氧化”处理工艺，处理出水达到《污水综合排放标准》（GB8978－1996）中的三级标准，且COD＜350mg／L；

2）无锡惠联餐厨废弃物处理项目污水处理规模650m3／d，采用“厌氧氨氧化＋两级A／O＋MBR”处理工艺，处理出水达到《污水综合排放标准》（GB8978－1996）中的三级标准。通过同类项目调研，部分厨余垃圾处理厂的污水处理系统照搬了垃圾渗滤液处理，没有考虑自身的水质特性，造成污水处理系统存在膜污堵严重，生化系统水温过高，脱氮效果差，以及很难满负荷运行等问题。

本文结合厨余垃圾处理厂的污水来源和水质特性分析，对污水处理系统相关关键问题进行分析探讨，以期为同类项目的设计和建设提供借鉴和参考。

一、污水来源及水质分析

1． 污水来源分析

1）厨余垃圾干式厌氧脱水沼液

厨余垃圾经过预处理后进入干式厌氧系统，干式厌氧消化残余物含水率约为80％，且含有未被厌氧微生物发酵降解的纤维物和未被预处理去除的砂石、玻璃、陶瓷、金属颗粒等，经过螺旋挤压脱水机＋振动筛＋离心脱水后产生的沼液。这部分沼液COD和SS浓度高，含杂量大，沼液产生量通常按照厨余垃圾量的30％～40％计算。

2）餐饮垃圾湿式厌氧脱水沼液

餐饮垃圾经过预处理后进入湿式厌氧系统，湿式厌氧消化残余物含水率约为97％，经过离心脱水后产生的沼液。这部分沼液相对于干式厌氧脱水沼液，水质较好，但是同样属于高浓度有机污水，沼液产生量通常按照餐饮垃圾量的80％～90％计算。国内餐饮垃圾湿式厌氧处理起步较早，成功运行案例较多，但是不同厌氧工艺实际运行结果差异较大，导致产生的沼液水质差异较大。沼液中总氮含量受来料垃圾成分影响较大，有的城市厌氧沼液总氮高达4000 mg／L，增加了沼液处理的难度。

3）沼渣干化产生的冷凝水

国内目前厨余垃圾和餐饮垃圾厌氧后的沼渣资源化利用成功案例少，大部分厨余垃圾处理厂的沼渣均外运至垃圾焚烧厂或填埋场处置。有的项目由于其沼渣外运含水量要求较高，同时为了尽量减少沼渣外运量，厂内设置沼渣干化系统，将沼渣含水率从80％降至40％。沼渣中的水分转化为蒸汽，然后通过冷却系统转化为污冷凝水，排至污水处理系统。这部分污冷凝水可生化性较差，温度偏高，SS较低。

4）厂区其他低浓度污水

厂区其他低浓度污水主要包含厂区生活污水、初期雨水、除臭系统排水以及低污染区地面冲洗水。这部分污水污染物浓度较低、水质较好、水量较少。

2． 污水水质分析

结合污水来源，厨余垃圾处理厂污水水质特点分析如下：

1）污水来源种类多，水质波动大

厨余垃圾处理厂污水来源种类多，有厌氧系统的脱水沼液、沼渣干化冷凝水以及厂区部分低浓度污水。每种来源的污水水质差异比较大，厌氧系统运行效果等诸多因素影响，污水水质波动很大，即使一种厌氧形式在运行的不同时段，其产生的沼液水质也会有所变化，这些都增加了污水处理工艺选择的难度。

2）污染物成分复杂，工艺选择难度大

由于餐饮和厨余垃圾组分复杂，造成污水中污染物成分复杂，含有多种有机物、无机物、含氮类物质，各种溶解态的阳离子、酚类、可溶性脂肪酸及其它难降解有机污染物。餐饮和厨余垃圾厌氧脱水后沼液含杂量很大。此外餐饮垃圾中含有大量油脂，前端提油预处理工艺除油不彻底，会造成部分浮油进入污水处理系统中，增加污水处理的难度。

3）有机物和氨氮浓度高

厨余垃圾处理厂污水同垃圾填埋场和垃圾焚烧厂渗滤液类似，含有大量腐殖酸类有机物质，CODCr和BOD5浓度高，并且还有部分难降解类有机物。污水中的氮大部分以氨氮形式存在，还有部分有机氮，总氮含量和当地居民生活习惯和厌氧停留时间等因素有关。

厨余垃圾在厌氧消化过程中，随着蛋白质和氨基酸的发酵及其他含氮有机物的降解，系统中氨氮浓度持续升高。近年来根据各地实测数据，氨氮和总氮含量有升高趋势，有个别地方总氮达到4000 mg／L，这就要求污水处理工艺必须具备高效降解有机污染物和高效脱氮的能力。

根据同类项目调研，厨余垃圾处理厂高浓度污水水质预测如表1所示。

表1    厨余垃圾处理厂高浓度污水水质预测表

二、关键问题分析探讨

1． 排放标准的合理确定

目前国家尚未出台专门针对厨余垃圾处理厂的污染控制标准，厨余垃圾处理厂污水处理后执行的排放标准各地不一样，有的地方参照执行《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889）表2或表3标准，有的地方参照执行《城市污水再生利用 工业用水水质》（GB／T 19923），也有的地方当地市政污水处理厂同意接纳厨余垃圾处理厂处理后出水，要求污水经过处理后达到《污水排入城镇下水道水质标准》（GB／T 31962）和《污水综合排放标准》（GB8978），并且满足污水处理厂纳管标准要求。

根据国内同类项目调研，厨余垃圾处理厂大多靠政府补贴维持正常运营，经济效益不理想，造成厂内污水处理等配套设施运行困难。此外国内渗滤液处理行业，深度处理工艺过于依赖膜分离，而厨余垃圾处理厂无法消纳浓缩液。因此，从污水处理系统稳定运行，节省投资和运行成本的角度，在满足项目环评要求的前提下，厨余垃圾处理厂在制定污水处理出水排放标准时应优先考虑达到当地市政污水处理厂纳管标准要求后外排至市政污水处理厂。

2． 预处理工艺的合理选择

根据厨余垃圾处理厂污水水质分析，厨余垃圾处理厂厌氧沼液和焚烧厂渗滤液水质既有相同点，又有不同点，相同点有污染物成分复杂，水质波动大，有机物即CODCr和BOD5浓度高，氨氮浓度高，不同点是厨余垃圾处理厂厌氧沼液SS含量高，浮渣和油脂含量大，并且干式厌氧脱水沼液含固率一般在2％～3％之间，因此须设置有效的预处理系统，确保去除大部分的SS，浮渣和油脂，有利于后续生化系统稳定运行，减少膜污堵的风险。

预处理工艺如图1所示。

图1    预处理工艺流程图

预处理工艺系统在前期设计时应注意以下几点：

1）整个预处理工艺设计参数应与前端厌氧消化液脱水系统运行时间相匹配，脱水系统大部分是间歇性的，因此预处理系统应以最大小时流量进行设计，避免设计规模偏小，影响后期运行效果。

2）预处理工艺系统根据沼液实际水质情况可以设置多个超越管，有的项目实际运行情况反馈预处理效果很好的情况下，有机物损失严重，造成后端生化系统碳源缺失，因此预处理各个工段设置超越管，后续运行根据水质实际情况灵活调整。

3）格栅是预处理工艺系统中一个重要环节，设备选型应避免选择冲洗水量大的格栅，否则冲洗水会进入污水处理系统，增加污水处理系统的水力负荷，致使超滤膜等系统选型要增大。

4）预处理工艺系统大多属于敞开式设备或构筑物，该区域臭味比较大。臭味一直是厨余垃圾处理厂关注的重点和难点，针对预处理系统的设备或构筑物，应做好封闭和臭气负压收集系统，收集臭气送厂区除臭系统处理，避免臭气外溢。

3． 对于干式厌氧处理厂，污水处理系统内部是否需要单独设置厌氧系统

对于干式厌氧处理厂，厨余垃圾接收料仓／坑产生的沥液其有机负荷浓度较高，这部分污水如果不经厌氧处理直接进入污水两级A／O＋MBR生化系统，对污水处理系统冲击很大，影响后续出水达标排放。那么对于单一的厨余垃圾干式厌氧处理厂，污水处理系统应根据水质情况确定是否设置厌氧反应器，若设置其型式可以采用常规的UASB，UBF和IC反应器等。

4． 生物池冷却系统

水温对生化处理影响很大，温度适宜，能够促进微生物的生理活动，温度过高或者过低，会减弱甚至破坏微生物的生理活动，影响微生物的活性，降低反硝化速率。参与活性污泥处理的微生物，多属嗜温菌，其适宜温度介于10～45 ℃之间，最佳温度范围一般在20～30 ℃。对于垃圾渗滤液处理系统而言，如果不对生物池内水温进行控制，池内水温可达40 ℃以上。因此，设置冷却系统，控制生物池内水温在30～35℃之间。

生物池冷却系统设计中，总的放热量主要由进水的冷却作用，水泵的热效应，生化反应放热（硝化反应，反硝化反应以及COD降解反应），热传导，热辐射，鼓风曝气热传导和蒸发热损失等组成。

其中对放热量贡献比较大的是生化反应放热，水泵和鼓风曝气所产生的热量。进水的冷却作用一般是负值，有助于生物池降温，但是对于厨余垃圾处理厂生物池冷却系统设计时应重点关注进水温度。

厨余垃圾厌氧，尤其是高温厌氧，经过脱水后的沼液温度会比较高，另外沼渣干化产生的污冷凝水，进入污水处理站温度约为50°左右。有的项目在进入调节池之前设置冷却系统，污堵和腐蚀比较严重，冷却效果不佳，因此在生物池冷却系统设计选型时要重点考虑进水温度的影响。

5． 深度处理工艺的合理选择

厨余垃圾处理厂污水处理系统中深度处理工艺一般参照垃圾填埋场和焚烧厂渗滤液处理，国内目前常用的有以下三种：

1）NF／RO膜深度处理工艺

适应于出水标准比较严格，对出水TDS有严格要求的项目，NF／RO膜处理出水稳定达标，出水水质好，对受纳水体和下游接收污水厂环境影响小，环境效益好，运行管理简单，但是投资和运行成本高，是目前国内渗滤液处理行业用的最多的深度处理工艺。

但是其产生的浓缩液需要妥善处理，厨余垃圾处理厂不同于生活垃圾焚烧厂，浓缩液厂区内无法消纳，结合目前的环保形势和浓缩液很难处理的现实问题，应重点关注浓缩液外运或其他处理去向，首要解决浓缩液问题。

因此厂区内必须有浓缩液处理设施，针对NF浓缩液采用物料膜减量化，后端增加高级氧化系统；针对RO浓缩液采用蒸发处理工艺，但是最终的蒸发残液或者残渣，厂内同样无法消纳，必须外运处理。浓缩液处理设施增加了整个项目的运行成本和投资，同样占地面积也会增加很多。

2）芬顿高级氧化＋BAF深度处理工艺

适应于处理出水对TDS没有要求的项目，如果出水对总氮要求比较严，可以采用两级芬顿＋两级BAF工艺。该工艺最大的优势是没有浓缩液产生，但是也存在加药量大，污泥产量大以及占地大等缺陷。

相对于NF／RO膜深度处理工艺，最终出水TDS比较高，对下游接收污水厂仍然存在不利影响，环境效益略差，运行成本偏高，尤其是药剂耗量比较大。如果深度处理采用芬顿高级氧化＋BAF工艺，须最大限度地发挥前端MBR系统对污染物的去除能力，尽量减少对深度处理系统的冲击负荷，从而减少加药量和污泥产量。

3）臭氧氧化处理工艺

适应于处理出水对TDS没有要求，但是对CODCr要求比较低的项目，有些项目要求CODCr达到300 mg／L，MBR处理出水的CODCr很难稳定维持在300 mg／L，这也和当地餐饮或厨余来料垃圾成分有关系。

MBR处理出水的CODCr大部分都是难降解有机物，采用常规工艺很难去除，只有采用高级氧化工艺。臭氧是强氧化剂，氧化能力强，对难降解有机物去除效果好。如果出水对TN有要求，该深度处理工艺还需要增加TN的去除设施。

相对而言，该工艺处理出水水质较前两种工艺略差，需要排至市政污水厂进一步处理。

综合以上三种深度处理工艺的优缺点，结合厨余垃圾处理厂实际情况和项目出水排放标准要求等择优选择深度处理工艺。

6． 污水处理中碳源的问题

厨余垃圾处理厂厌氧沼液中总氮含量和当地居民生活习惯有关，并且厨余垃圾在厌氧消化过程中，氨氮浓度持续升高，前期设计时，氨氮浓度一般取值2000～3000 mg／L，如此高的氨氮对MBR生化系统稳定达标运行增加了难度。

MBR生化系统实现高效脱氮需要充足的碳源，厨余垃圾处理厂厌氧系统为了达到较高的沼气产量，尽量延长其停留时间，将出水COD控制的比较低，但是氨氮很难控制，氨氮有时达到3000 mg／L以上，C／N比失调，需要补充碳源。

厨余垃圾处理厂主要处理有机质含量高的垃圾，可用做补充碳源的原料很多，厨余垃圾经过除杂除油预处理后的浆料，以及餐厨垃圾酸性发酵混合物等，这些厂内自有碳源的使用可以降低污水处理系统的运行成本。

厂内自有碳源一般只能投加在一级A池中，不能投加在二级A池中，因为这部分碳源含有高COD的同时，还携带大量氨氮和总氮，如果投加在二级A池，二级A／O系统未设置内回流系统，导致出水TN仍然超标，因此二级A池中投加的碳源仍然建议采用葡萄糖，乙酸钠等不含“氮”的外部碳源。

三、结论

1． 预处理和深度处理工艺应结合厨余垃圾处理厂沼液水质特点和项目出水排放标准要求等择优选择。

2． 污水处理系统内部是否需要单独设置厌氧系统，应结合厨余垃圾处理厂的来料成分及具体工艺情况协同考虑。

3． 生物池冷却系统设计时应重点考虑进水温度的影响。

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