安徽省某市40 t/d餐厨垃圾废水处理技术研究

王猛，孙玉童

（安徽省通源环境节能股份有限公司，安徽 合肥 230001）

近年来我国居民物质生活水平逐步提升，人们不再满足基本的温饱，而是追求各种美味的食物，从而导致餐饮业不断发展壮大。与此同时，餐厨垃圾产量也随之增加。据有关研究统计，餐厨垃圾每年以10%的速度增长[1]。餐厨垃圾中有机质含量高（≥85%），含水率大（70%～85%），食物残渣中重油（1%～5%）重盐（1%～3%）[2]。如果对其处置不当会对生态环境造成严重影响[3]。餐厨垃圾主要为固液混合物，处理时应将固态与液态相分离，分别进行处理处置。其中固态残渣常用的方法多是填埋或者焚烧，而液态废水水质复杂，污染物浓度高，若不经过处理直接排放将会对水环境造成严重影响[4]。餐厨废水中氨氮高达1 500～2 000 mg/L，有机物浓度高达8 000～20 000 mg/L，悬浮物浓度>8 000 mg/L[5]，如若直接排放到常规污水处理系统中，将会对其产生较大的污染负荷冲击，使系统无法正常运转。因此，餐厨废水一般需要结合预处理及深度处理后才能达到排放标准。

本研究依托安徽省某市餐厨垃圾处理项目，对餐厨废水处理工艺可行性、成本和处理效果等方面进行分析，为小体量餐厨废水处理提供思路。

1 项目设计规模及进出水水质

1.1 设计规模

安徽省某市餐厨垃圾处置项目设计规模为50 t/d，前端预处理采用制浆技术（大物质分选—固液分离—浆料加热—三相提油），分离餐厨中的固液态，餐厨废水包括冲洗水、生产用水、预处理分离出的液态以及结合粪便处理厂产生的清洗废水，整体处理规模按照40 t/d 进行设计。

1.2 设计进出水水质

本项目设计进出水水质指标如表1。

表1 设计进出水水质

结合国内餐厨垃圾厂污水水质情况和我司类似工程经验，确定本项目污水设计进水水质指标，出水严格执行《污水排入城镇下水道水质标准》（GB 31962—2015）中B级标准。

2 工艺流程

对于污水处理工艺来说，选择一个工艺的先决条件是对废水的特性进行分析，针对废水的特性选择适当的工艺或工艺组合进行设计。由于餐厨沼液浓度高和成分复杂，对于处理工艺有特殊的要求。通常而言，餐厨废水基本处理工艺在充分利用生化处理的经济优越性原则上，还需将几个不同的处理工艺单元进行优化组合，从而取得经济和社会生态的双重效益。因此，本项目餐厨废水处理主体工艺为“CSTR 反应器+预处理（离心、气浮）+二级A/O-外置式膜生化反应器（MBR）+NF+高级氧化处理系统”。工艺流程如图1所示。

图1 餐厨废水处理工艺流程

餐厨垃圾前端预处理产生的浆液带压输送至厌氧进水罐进行水量调节，之后通过进料泵将物料输送至CSTR 厌氧反应器，通过换热器和冷却塔系统对浆料进行温度调节，以达到发酵所需温度。CSTR 系统中产生厌氧反应对浆液中的有机物进行降解，降解后的厌氧沼液经离心脱水系统处理后，进入预处理系统。预处理系统包含过滤和气浮系统，该系统对厌氧出水进行除油处理及去除大量悬浮物后再进入MBR生化段。厌氧产生的沼气收集输送至火炬燃烧处理。

MBR 系统设有两级生物脱氮功能，即由一级反硝化和硝化（初级生物脱氮）、二级反硝化硝化（深度生物脱氮）和外置式超滤系统组成。带有两级生物脱氮功能的外置式膜生物反应器生物脱氮率在95%以上。

经过外置式MBR处理的超滤出水的BOD、氨氮、悬浮物等已经达到或接近排放标准，但是难生化降解的有机物形成的COD、盐分和色度仍然超标，设计采用纳滤（NF）对超滤出水进行深度处理，将MBR 出水中难降解的有机物、SS、部分高价离子等去除，最终出水达到出水水质要求。

纳滤浓缩液设计高级氧化系统进行全量化处理，产生的污泥定期排入污泥池，高级氧化清液与纳滤清液混合外排。

3 工艺设计参数

（1）CSTR厌氧工艺技术参数（表2）

表2 CSTR厌氧工艺技术参数

CSTR 厌氧系统为完全混合式厌氧反应器，无传统的三相分离器，设计为顶装式搅拌器，可有效保障物料在反应器内均匀分布，避免分层，与微生物充分接触，从而保证有效物料反应完全，同时保证产气量。除此之外，CSTR厌氧发酵系统采用高效保温措施，使得物料保持在较恒定的温度下反应，COD去除率可达80%以上。

（2）MBR生化系统工艺技术参数（表3、表4）

表3 MBR生化工艺技术参数

表4 MBR超滤工艺技术参数

针对本项目极为严格的盐分排放标准，总氮的去除对盐分的达标至关重要。因此，设计两级反硝化和两级硝化。当一级反硝化和硝化脱氮不完全时，在二级反硝化和二级硝化反应器中进行强化脱氮反应。与传统生化处理工艺相比，微生物菌体通过高效超滤系统从出水中分离，确保大于20 nm 的颗粒物、微生物和与COD 相关的悬浮物安全地截留在系统内。超滤清液进入清液储槽。由于超滤实现泥水分离，因此生化反应器中的污泥浓度可以达到10～20 g/L，见表3、表4。

（3）纳滤系统工艺技术参数（表5）

表5 纳滤工艺技术参数

由于MBR 系统处理后的出水个别指标如COD、色度等仍达不到排放标准，故我公司设计了纳滤系统。本项目采用完全生物脱氮的膜生化反应器对餐厨污水进行了预处理，超滤出水不含悬浮物和可生物降解的有机物，这在很大程度上避免了纳滤膜的无机和有机污垢的产生，从而可以降低纳滤膜的清洗频率，并且使纳滤能够在压力相对较低的情况下运行，延长了纳滤膜的寿命。

（4）高级氧化系统工艺技术参数

高级氧化系统用于处理纳滤产生的浓缩液，处理规模为10 m3/d。高级氧化系统主要包含化学软化和混凝沉淀。其基本原理是在废水中投入混凝剂，因混凝剂为电解质，在废水里形成胶团，与废水中的胶体物质发生电中和，形成绒粒沉降。混凝沉淀不但可以去除废水中的粒径为10-3～10-6mm 的细小悬浮颗粒，而且还能够去除色度、油分、微生物、氮和磷等富营养物质、重金属以及有机物等。

①进水水质参数化学需氧量（COD）：不宜大于6 000 mg/L；总氮：不宜大于200 mg/L；氨氮：不宜大于100 mg/L；氯离子不宜大于8 000 mg/L。

②氧化后出水回流系统的水质要求：化学需氧量（COD）不宜大于1 500 mg/L。

4 各工艺单元处理效果

参照以往餐厨项目的运行经验，当进水餐厨污水为设计值的情况下，各主要工艺单元实际的处理效果见表6所示。

表6 主要处理单元及处理效果一览表 （单位：mg/L）

5 工程成本分析

该项目餐厨废水处理总投资为522万元，其中设备费用474.60 万元，安装费用47.40 万元。每吨餐厨废水年运行处理成本为101.9 元，包括人工费、膜更换费用、电费、水费和药剂费等，具体成本分析见表7。

表7 主要处理单元及处理效果一览表

6 结论

本项目餐厨废水采用CSTR反应器+预处理（离心、气浮）+二级A/O-外置式膜生化反应器（MBR）+NF+高级氧化处理系统，出水水质可稳定达到《污水排入城镇下水道水质标准》（GB 31962—2015）中B 级标准，为小体量餐厨废水处理提供了借鉴。