CN110092536A - 一种餐厨厌氧消化沼液组合处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种餐厨厌氧消化沼液组合处理工艺，主要包括预处理系统、高效生物脱氮处理系统、MBR处理系统；通过本发明，以解决现有技术存在的餐厨厌氧消化沼液处理工程的投资和运行成本高，出水水质波动性大，出水难以稳定达标的问题。本发明工艺优点是同时高效低能耗的去除碳、氮等污染物，对于餐厨垃圾沼液具有良好的处理效果，抗餐厨沼液废水水质水量冲击负荷能力强，且运行能耗和运行费用低。本组合工艺不仅适合于餐厨厌氧消化沼液的处理，而且同样可适用于其他高氨氮、高浓度有机废水的处理。

Description

一种餐厨厌氧消化沼液组合处理工艺

技术领域

本发明涉及餐厨垃圾处理技术领域，具体涉及一种餐厨厌氧消化沼液组合处理工艺。

背景技术

随着生活水平的提高，餐厨垃圾的污染问题日渐突出。餐厨垃圾的处理也悄然兴起，但也随之带来了餐厨垃圾厌氧消化产生的沼液问题。

餐厨厌氧消化沼液的特点：(1)污染物成份复杂多变；(2)有机污染物浓度高：COD浓度可达10000mg/L～30000mg/L左右；(3)氨氮浓度高：氨氮浓度一般在1500mg/L～3000mg/L左右；(4)重金属离子与盐份含量高：餐厨沼液的盐分高达0.5～1％；(5)油脂含量高：一般动植物油脂含量在500mg/L～1000mg/L。

餐厨厌氧消化沼液常见的处理工艺：由于餐厨废水的浓度高和成分复杂，所以所选工艺必须具备能同时有效去除高COD，高氨氮和高油脂的能力。本餐厨废水含油脂较高，故需在常规工艺前增加除油处理。一般采用混凝—气浮工艺进行隔油处理。经过调节池+混凝气浮等预处理后，废水中的油脂和有机物浓度大幅度降低，其后废水需要进行生物脱氮处理工艺以去除废水中大部分氮类污染物和残余有机物。生物脱氮工艺包括传统反硝化/硝化(An/O)工艺和其他新型生物脱氮工艺(如厌氧氨氧化工艺、短程硝化-反硝化工艺、同时硝化反硝化技术等)。而生物脱氮处理需要微生物保持较长的污泥龄，而膜处理工艺具有截留污泥，增大污泥浓度，提高污泥龄等优势，所以生物脱氮处理工艺的经济性和膜技术的高标准的出水水质促使了近年来膜技术和好氧微生物处理的结合，在去除氮类污染物方面显示出了强劲的市场竞争能力，如MBR反应器工艺。综上所述，餐厨厌氧消化沼液处理工艺为“除油+预处理+生物脱氮处理+膜过滤”工艺。目前预处理+生物脱氮处理工艺一般采用“UASB+两级A/O”，其工艺存在一些缺陷，主要表现在如下几个方面：

1)两级A/O生化池占地面积大，土建投资较大。

由于餐厨厌氧消化沼液中氨氮和有机物浓度均较高，所有采用传统的两级A/O生化池需要设计较大的池容(面积)，导致项目占地面积较大，土建造价较高。

2)运行成本高：由于餐厨沼液中氨氮浓度高达2500mg/L，采用传统的两级A/O生化池需要设计功率较大的鼓风机以满足硝化池的曝气需要，鼓风机需要同时满足讲废水中几千乃至上万mg/L的有机物曝气去除到500mg/L的排放标准,同时需要讲废水中2500mg/L的氨氮曝气变成硝酸根，同时由于好氧池需要强力曝气以去除大部分有机物和氨氮，导致回流至反硝化中的2500mg/L的硝酸根反硝化时碳源不足，此时需要投加大量的外加碳源，导致运行成本增高。此外，系统有机物和氨氮曝气反应产生的污泥量，增大了污泥处理系统的负担和费用。

3)出水水质波动性大，出水难以稳定达标：传统工艺采用UASB+两级A/O-MBR工艺或者两级A/O-MBR工艺，系统经过预处理后经过两级A/O-MBR一道工艺就直接排放，在系统进水水质水量波动较大的情况下，难以抵抗系统冲击负荷，且缺少必要的工艺调控手段。

4)厌氧沼气安全问题：在部分地区，餐厨垃圾中有机质含量较高，导致厌氧消化沼液中有机物浓度可能达到1万-3万mg/L，此时需要先采用UASB等厌氧反应器进行预处理，由此会带来沼气处理的安全性问题，部分餐厨处理项目不允许现场设置沼气储柜，沼气锅炉，厌氧反应器等危险源。这也限制了传统的UASB+两级A/O-MBR工艺在餐厨沼液处理中的应用。

发明内容

本发明提供一种餐厨厌氧消化沼液组合处理工艺，以解决现有技术存在的餐厨厌氧消化沼液处理工程的投资和运行成本高，出水水质波动性大，出水难以稳定达标的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种餐厨厌氧消化沼液组合处理工艺，主要包括预处理系统、高效生物脱氮处理系统、MBR处理系统；

所述的预处理系统包括调节池和混凝气浮池，在调节池中对餐厨厌氧消化沼液进行水质、水量的调节；调节池停留时间12h；调节池出水由水泵泵入混凝池，投加PAC和PAM药剂形成絮凝体，其出水进入一体化气浮设备处理，以去除餐厨沼液中的大多数悬浮物和油脂，以避免对后续生化池和膜系统造成不利影响，混凝池停留时间为1.5h，气浮设备停留时间为48min；

所述高效生物脱氮处理系统包括高曝进水罐、高负荷曝气池、辐流式沉淀池和厌氧氨氧化进水罐、厌氧氨氧化反应器，气浮池出水进入高曝进水罐，水力停留时间1.5h，高曝进水罐内设机械搅拌器，其出水由泵提升进入高负荷曝气池，高负荷曝气池的出水重力进入辐流式沉淀池，泥水分离后，污泥部分回流到高负荷曝气池底部，部分排至污泥浓缩池，清液进入厌氧氨氧化进水罐，停留时间1.5h，厌氧氨氧化进水罐内设机械搅拌器，所述厌氧氨氧化进水罐内投加NaOH碱液调节pH和微营养盐以满足厌氧氨氧化反应器内的氨氧化红菌的生长繁殖要求；厌氧氨氧化进水罐的出水由泵提升进入厌氧氨氧化反应器，在厌氧氨氧化反应器内，餐厨沼液中的氨氮在好氧曝气条件下，部分硝化生成亚硝基氮，生成的亚硝基氮与氨氮在ANAMMOX微生物的作用下直接反应生成氮气实现氨氮的去除，其出水重力流入MBR处理系统前端；

MBR处理系统由反硝化系统、硝化系统和内置式超滤系统组成，其中反硝化系统和硝化系统采用两级工艺，MBR处理系统包括依次连接的一级反硝化池、一级硝化池、二级反硝化池、二级硝化池和一个内置式超滤膜池。

所述高负荷曝气池采用高塔式钢罐结构，设计停留时间为30h，所述高负荷曝气池内设置专用曝气器，设计有效水深8m。

所述厌氧氨氧化反应器设计脱氮负荷不低于1.6kgNH4-N/(m3.d)，厌氧氨氧化反应器出水TS<1000mg/L。

所述MBR处理系统分别设一级硝化池至一级反硝化池的混合液回流系统、二级硝化池至二级反硝化池的混合液回流系统和超滤膜池至一级反硝化池的污泥回流系统，其回流比分别为600％，350％和350％。具体来说，一级硝化池通过管道与一级反硝化池连接，二级硝化池通过管道与二级反硝化池连接，用于实现硝酸盐回流，超滤膜池通过管道与一级反硝化池连接，用以实现污泥回流，同时将不达标的污水回流送至反硝化池进行反硝化处理。

还包括污泥处理系统，所述污泥处理系统包括污泥浓缩池和离心脱水机，气浮产生的浮渣、沉淀池及MBR处理系统产生的污泥排入污泥浓缩池，经浓缩后的污泥通过污泥进料泵泵入离心脱水机进行脱水处理，污泥浓缩池产生的上清液和离心脱水机产生的压滤液一起排入调节池中，回到系统重新进行处理，压滤后的泥饼外运焚烧处置。所述污泥浓缩池设计浓缩时间为20h。

本发明带来的有益效果：本发明提供一种新型餐厨厌氧消化沼液处理工艺，运用新型生物脱氮(厌氧氨氧化)工艺，大大降低了餐厨厌氧消化沼液处理工程的投资和运行成本，同时也大幅度提升出水水质，采用该系统的出水水质大大优于排放标准水质要求。

附图说明

图1是本发明工艺的流程示意框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步地详细说明。

实施例一

本发明成功应用于无锡市惠联餐厨废弃物处理工程，处理工艺采用如图1所示的方法。

本发明提供的餐厨厌氧消化沼液组合处理工艺，主要包括预处理系统、高效生物脱氮处理系统、MBR处理系统；

所述的预处理系统包括调节池和混凝气浮池，在调节池中对餐厨厌氧消化沼液进行水质、水量的调节；调节池停留时间12h；调节池出水由水泵泵入混凝池，投加PAC和PAM药剂形成絮凝体，其出水进入一体化气浮设备处理，以去除餐厨沼液中的大多数悬浮物和油脂，以避免对后续生化池和膜系统造成不利影响，混凝池停留时间为1.5h，气浮设备停留时间为48min；

所述高效生物脱氮处理系统包括高曝进水罐、高负荷曝气池、辐流式沉淀池和厌氧氨氧化进水罐、厌氧氨氧化反应器，气浮池出水进入高曝进水罐，水力停留时间1.5h，高曝进水罐内设机械搅拌器，其出水由泵提升进入高负荷曝气池，高负荷曝气池采用高塔式钢罐结构(设计停留时间为30h)，内设专用曝气器，设计有效水深8m。本反应器的主要特征是通过优化设计和精确控制，使得高负荷曝气反应池主要发挥高效去除有机物的功能，而对氨氮几乎不起去除效果。为了保证后续高效脱氮反应器高负荷进水中有足够的氨氮浓度，高负荷曝气反应池对氨氮的去除率不得超过10％，且确保高负荷曝气系统出水COD<3000mg/L。为控制泥龄，避免在高负荷曝气反应器内发生硝化反应，高负荷曝气反应器内污泥浓度(MLSS)不得超过8g/L。高负荷曝气池的出水重力进入辐流式沉淀池，由于高负荷曝气池的强烈曝气搅拌作用，所以其出水的泥水混合物需要较长的停留时间去沉淀泥水分离，辐流式沉淀池设计表面水力负荷为0.6m³/(m².h)，泥水分离后，污泥部分回流到高负荷曝气池底部，部分排至污泥浓缩池，清液进入厌氧氨氧化进水罐，停留时间1.5h，厌氧氨氧化进水罐内设机械搅拌器，所述厌氧氨氧化进水罐内投加NaOH碱液调节pH和微营养盐以满足厌氧氨氧化反应器内的氨氧化红菌的生长繁殖要求；厌氧氨氧化进水罐的出水由泵提升进入厌氧氨氧化反应器，在ANAMMOX反应器内，餐厨沼液中的氨氮在好氧曝气条件下，部分硝化生成亚硝基氮，生成的亚硝基氮与氨氮在ANAMMOX微生物的作用下直接反应生成氮气实现氨氮的去除。这一过程由于没有反硝化反应的发生，因此不需要投加任何碳源，同时曝气量较硝化/反硝化工艺也明显降低，使得运行成本大幅度下降。氨氧化反应器可以实现80％以上的TN去除率及90％以上的NH4-N去除率。氨氧化反应器设计脱氮负荷不低于1.6kgNH₄-N/(m³.d)，反应器出水TS<1000mg/L。其出水重力流入MBR处理系统前端。

MBR处理系统由反硝化系统、硝化系统和内置式超滤系统组成，其中反硝化系统和硝化系统采用两级工艺，MBR处理系统包括依次连接的一级反硝化池、一级硝化池、二级反硝化池、二级硝化池和一个内置式超滤膜池。硝化池内曝气采用专用设备射流鼓风曝气，通过高活性的好氧微生物作用，污水中的大部分有机污染物在硝化池内得到降解，同时氨氮在硝化微生物作用下氧化为硝态氮、亚硝态氮。硝态氮、亚硝态氮回流至反硝化池内在缺氧环境中还原成氮气排出，达到生物脱氮的目的。微生物菌体通过高效超滤系统从出水中分离，确保悬浮物和大分子有机物完全地截留在系统内，超滤膜采用浸没式PTFE材质帘式膜，超滤设计膜通量为10L/(m²·h)。两级A/O生化系统各工艺段的水力停留时间为缺氧池1：20h，好氧池1：40h，缺氧池2：12h，好氧池2：24h。所述MBR处理系统分别设一级硝化池至一级反硝化池的混合液回流系统、二级硝化池至二级反硝化池的混合液回流系统和超滤膜池至一级反硝化池的污泥回流系统，其回流比分别为600％，350％和350％。具体来说，一级硝化池通过管道与一级反硝化池连接，二级硝化池通过管道与二级反硝化池连接，用于实现硝酸盐回流，超滤膜池通过管道与一级反硝化池连接，用以实现污泥回流，同时将不达标的污水回流送至反硝化池进行反硝化处理。

还包括污泥处理系统，所述污泥处理系统包括污泥浓缩池和离心脱水机，气浮产生的浮渣、沉淀池及MBR处理系统产生的污泥排入污泥浓缩池，经浓缩后的污泥通过污泥进料泵泵入离心脱水机进行脱水处理，污泥浓缩池产生的上清液和离心脱水机产生的压滤液一起排入调节池中，回到系统重新进行处理，压滤后的泥饼外运焚烧处置。所述污泥浓缩池设计浓缩时间为20h。

进一步来说，无锡市餐厨垃圾处理项目配套污水处理系统，处理物料包括250吨/天餐厨垃圾、150吨/天易腐垃圾、50吨/天废弃油脂。污水处理系统包括厌氧消化系统后脱水的沼液、冲洗车辆及地面产生的废水、车间冲洗废水等。废水统一收集进入调节池，由调节池提升泵提升进入后续污水处理系统。设计污水处理系统处理量为650m³/d。

设计进出水水质如表1：

水质指标	单位	原水水质	排放限值
				COD	(mg/l)	15000	500
BOD5	(mg/l)	6000	300
				TN	(mg/l)	3000	70
NH4-N	(mg/l)	2500	45
				TSS	(mg/l)	6000	400
pH	—	6～9	6.5～9.5
				动植物油	(mg/l)	1000	30

处理工艺各单元设计去除效果如下表2：

工程设计

(1)调节池及事故池：钢砼结构，调节池尺寸10.0×5.0×6.5m，有效水深6.0m，有效容积300m3，地下式，配套提升泵和潜水搅拌机；事故池尺寸10.0×10.0×6.5m，有效水深6.0m，有效容积600m3，配套提升泵和潜水搅拌机。

(2)混凝气浮池：包括混凝反应池和组合气浮设备。其中混凝反应池采用钢砼结构，尺寸2.0m×3.0m×6.5m，有效水深5.0m，有效容积30m3，内设1台快速搅拌器和1台慢速搅拌器；组合气浮设备采用碳钢防腐材质，尺寸6.0m×3.0m×2.1m。

(3)高负荷曝气池：碳钢防腐材质，有效容积830m3，尺寸Φ11.5m×9.0m，有效水深8.0m。停留时间为1.17d，标准需氧量为2400kgO2/d。主要配套污泥排放泵、微孔曝气器和鼓风机。

(4)沉淀池：辐流式沉淀池，尺寸Φ8.0m×4.5m，有效容积200m3。

(5)厌氧氨氧化反应器：采用碳钢防腐材质，尺寸Φ12.0×9.0m，有效容积915m3。设计脱氮负荷1.6kgN/(m3.d)，设计水温30～38℃，ANAMMOX污泥量(红菌)100吨，标准需氧量为3000kgO2/d。主要设备包括进水泵、污泥排放泵、鼓风机、微孔曝气器、板式换热器、冷却塔、蒸汽喷射器、冷水水泵、冷却污泥泵，微营养盐投加泵等。

(6)MBR系统：MBR系统总的有效容积为3140m3，总停留时间115.8h。其中，一级反硝化池尺寸9.0m×10.0m×7.0m，HRT＝21.6h；一级硝化池尺寸17.0m×10.0m×7.0m，HRT＝40.8h；二级反硝化池尺寸9.0m×7.0m×7.0m，HRT＝15.1h；二级硝化池尺寸17.0m×7.0m×7.0m，HRT＝28.6h；膜池尺寸13.5m×3.0m×7.0m，HRT＝9.7h。水池合建，采用钢筋砼结构，有效水深6.5m。

生化池设计污泥浓度8kg/m3，反硝化速率0.065kgNO3-N/(kgMLSS·d)，日剩余污泥量710kgSS/d，生化需氧量908.2kgO2/d；膜通量10L/(m2·h)，膜面积2900m2，膜孔径0.1μm，采用PTFE材质。污泥排放量24m3/d。

主要设备包括一二级反硝化池搅拌器、射流曝气器、射流循环泵、一二级硝化液回流泵、抽吸泵、反洗泵、污泥回流泵、鼓风机、MBR膜组件、板式换热器、冷却水泵、冷却污泥泵等。

(7)污泥处理系统：。厌氧氨氧化反应器产生的菌种(红菌)直接通过污泥排放泵泵入水力筛上进行分离，筛出的红菌可以对外出售。气浮产生的浮渣，沉淀池和MBR系统排放的剩余污泥均排入污泥浓缩池，浓缩池上清液排入地下调节池，浓缩污泥通过污泥进料泵输送到污泥离心脱水机进行脱水处理。浓缩池上清液及污泥脱水产生的滤液回流到调节池。主要设备包括离心脱水机、加药系统、污泥进料泵等。

投资与运行成本分析

无锡市惠联餐厨废弃物厌氧消化沼液处理工程总投资为3000万元，其中土建费用800万，设备及安装调试部分2200万元，投资费用大大低于市场同类项目。本项目运行期运行费用如表3：

综上可知，无锡市餐厨垃圾处理项目配套污水处理系统具有以下优点：

(1)投资少：本项目总投资和土建、设备及安装调试部分投资均大大低于采用“UASB+MBR(两级A/O)或MBR(两级A/O)工艺”等处理同类废水的传统工艺。

(2)占地面积小：由于采用高塔式高负荷曝气池和厌氧氨氧化技术，MBR池进水的有机物和氨氮均较低，大大减轻了两级A/O生化池的池容和面积。

(3)采用该系统的出水水质大大优于排放标准水质要求：由于本项目设计多套保障系统的组合工艺，可以使得出水水质优于排水标准限值，系统出水COD为300mg/L(排放值500mg/L)，出水总氮在不投加碳源情况下可以做到50mg/L(排放值70mg/L)，若投加碳源后可以做到30mg/L的低值，出水氨氮为30mg/L(排放值45mg/L)。

(4)系统具有较强的抗冲击负荷能力：由于系统出水水质低于排放限制，使得系统进水可以承受一定的水量和水质的波动，且系统中高负荷曝气系统，厌氧氨氧化系统，MBR系统均设计了超越系统和液位自控连锁系统，MBR系统内，一级硝化池设计了直接接通膜池的超越管，在进水水量不大时，可以不经过第二级A/O生化处理，系统可以根据水质和水量要求，控制各反应器内的液位和切换水流运行途径，保证系统可以可靠稳定达标排放，且经济节能。

(5)厌氧氨氧化系统产生的剩余污泥(红菌)可以对外出售取得收益，污泥产量较低：本项目厌氧氨氧化红菌收益达到4.615元/m3废水；由于大部分氨氮在厌氧氨氧化反应器内去除，而厌氧氨氧化反应器产生的菌种(红菌)直接通过污泥排放泵泵入水力筛上进行分离，筛出的红菌可以对外出售，不需要排入污泥浓缩池去处理，所以大大减轻了系统的污泥排放量和脱水后污泥处置量。

(6)系统运行成本较低：直接运行成本仅为9.50元/m3，算上设备折旧及更新费用后为15.8元/m3，这两项运行成本也同样大大低于“UASB+MBR(两级A/O)或MBR(两级A/O)工艺”等处理同类废水的传统工艺。

综上所述，本发明提供一种新型餐厨厌氧消化沼液处理工艺，运用新型生物脱氮(厌氧氨氧化)工艺，大大降低了餐厨厌氧消化沼液处理工程的投资和运行成本，同时也大幅度提升出水水质，采用该系统的出水水质大大优于排放标准水质要求。该组合工艺不仅适合于餐厨厌氧消化沼液的处理，而且同样可适用于其他高氨氮、高浓度有机废水的处理。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (6)

1.一种餐厨厌氧消化沼液组合处理工艺，其特征在于：主要包括预处理系统、高效生物脱氮处理系统、MBR处理系统；

所述的预处理系统包括调节池和混凝气浮池，在调节池中对餐厨厌氧消化沼液进行水质、水量的调节；调节池停留时间12h；调节池出水由水泵泵入混凝池，投加PAC和PAM药剂形成絮凝体，其出水进入一体化气浮设备处理，以去除餐厨沼液中的大多数悬浮物和油脂，以避免对后续生化池和膜系统造成不利影响，混凝池停留时间为1.5h，气浮设备停留时间为48min；

所述高效生物脱氮处理系统包括高曝进水罐、高负荷曝气池、辐流式沉淀池和厌氧氨氧化进水罐、厌氧氨氧化反应器，气浮池出水进入高曝进水罐，其出水由泵提升进入高负荷曝气池，高负荷曝气池的出水重力进入辐流式沉淀池，泥水分离后，污泥部分回流到高负荷曝气池底部，部分排至污泥浓缩池，清液进入厌氧氨氧化进水罐，所述厌氧氨氧化进水罐内投加NaOH碱液调节pH和微营养盐以满足厌氧氨氧化反应器内的氨氧化红菌的生长繁殖要求；厌氧氨氧化进水罐的出水由泵提升进入厌氧氨氧化反应器，在厌氧氨氧化反应器内，餐厨沼液中的氨氮在好氧曝气条件下，部分硝化生成亚硝基氮，生成的亚硝基氮与氨氮在ANAMMOX微生物的作用下直接反应生成氮气实现氨氮的去除，其出水重力流入MBR处理系统前端；

MBR处理系统由反硝化系统、硝化系统和内置式超滤系统组成，MBR处理系统包括依次连接的一级反硝化池、一级硝化池、二级反硝化池、二级硝化池和一个内置式超滤膜池。

2.如权利要求1所述的餐厨厌氧消化沼液组合处理工艺，其特征在于，所述高负荷曝气池采用高塔式钢罐结构，设计停留时间为30h，所述高负荷曝气池内设置专用曝气器，设计有效水深8m。

3.如权利要求1所述的餐厨厌氧消化沼液组合处理工艺，其特征在于，所述厌氧氨氧化反应器设计脱氮负荷不低于1.6kgNH₄-N/(m³.d)，厌氧氨氧化反应器出水TS<1000mg/L。

4.如权利要求1所述的餐厨厌氧消化沼液组合处理工艺，其特征在于，所述MBR处理系统分别设一级硝化池至一级反硝化池的混合液回流系统、二级硝化池至二级反硝化池的混合液回流系统和超滤膜池至一级反硝化池的污泥回流系统，其回流比分别为600％，350％和350％。

5.如权利要求1所述的餐厨厌氧消化沼液组合处理工艺，其特征在于，还包括污泥处理系统，所述污泥处理系统包括污泥浓缩池和离心脱水机，气浮产生的浮渣、沉淀池及MBR处理系统产生的污泥排入污泥浓缩池，经浓缩后的污泥通过污泥进料泵泵入离心脱水机进行脱水处理，污泥浓缩池产生的上清液和离心脱水机产生的压滤液一起排入调节池中，回到系统重新进行处理，压滤后的泥饼外运焚烧处置。

6.如权利要求5所述的餐厨厌氧消化沼液组合处理工艺，其特征在于，所述污泥浓缩池设计浓缩时间为20h。