餐廚沼液處理總氮提標(biāo)改造工程實(shí)踐研究

王磊，孫建亭，黃格*，李凱，李武，蔣穩(wěn)

（1.中鋼集團(tuán)武漢安全環(huán)保研究院有限公司，湖北武漢 430081；2.武漢環(huán)投千子山環(huán)境產(chǎn)業(yè)有限公司，湖北武漢 430100）

餐廚垃圾處理方式較為多樣，目前常用的有填埋、焚燒、厭氧消化、堆肥、熱解、微生物資源化等。從目前運(yùn)行來(lái)看，厭氧消化技術(shù)具有污染物排放少、經(jīng)濟(jì)效益好等特點(diǎn)，對(duì)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展都具有重要的意義。目前國(guó)內(nèi)已建成或在建的餐廚垃圾處理工程中，厭氧消化工藝所占的比例高達(dá)60%以上[1]。

厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣除滿足廠內(nèi)用熱外，剩余沼氣可用于發(fā)電。餐廚垃圾中的油脂進(jìn)行分離后外賣給第三方有資質(zhì)的企業(yè)生產(chǎn)生物柴油，產(chǎn)生的沼渣經(jīng)脫水達(dá)到填埋場(chǎng)要求的標(biāo)準(zhǔn)后，運(yùn)至附近的衛(wèi)生填埋場(chǎng)進(jìn)行填埋處理。但厭氧消化后的剩余沼液仍含有很高的污染物，若不及時(shí)處理，會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成很大影響[2]。

深圳市某餐廚沼液處理廠采用“AO+AO+MBR+NF”工藝處理餐廚沼液廢水。該污水處理廠處理后產(chǎn)水水質(zhì)滿足《廣東省污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 44/26—2001）[3]第二時(shí)段排放標(biāo)準(zhǔn)。隨著深圳市環(huán)保執(zhí)法程度越來(lái)越嚴(yán)格，要求該餐廚沼液處理廠其他指標(biāo)滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，排水總氮濃度小于70 mg/L。為滿足新的總氮排放要求，業(yè)主單位聯(lián)合設(shè)計(jì)單位和運(yùn)營(yíng)單位對(duì)該污水處理廠進(jìn)行了提標(biāo)改造。

1 改造前運(yùn)行現(xiàn)狀

1.1 運(yùn)行工藝

該餐廚沼液處理廠處理餐廚沼液500 t/d，采用的工藝流程見(jiàn)圖1。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)見(jiàn)表1。

圖1 改造前工藝流程圖

表1 進(jìn)出水水質(zhì)表（單位：mg/L）

1.2 處理效果

本項(xiàng)目在運(yùn)行期間，其處理效果見(jiàn)表2。本項(xiàng)目除總氮外，其他指標(biāo)均可滿足排放標(biāo)準(zhǔn)，但在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)存在以下的問(wèn)題。

表2 處理效果統(tǒng)計(jì)表（單位：mg/L）

（1）大量懸浮物進(jìn)入系統(tǒng)。由于無(wú)預(yù)處理系統(tǒng)、原液中大量的懸浮物（SS）未經(jīng)處理直接進(jìn)入到兩級(jí)AO 系統(tǒng)。這些SS 并不能被微生物降解，導(dǎo)致生化污泥活性變差，經(jīng)常堵塞板式換熱器及超濾膜，給生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)帶來(lái)了不便。

（2）生化污泥變差。生化污泥變差主要有兩個(gè)原因：①大量SS 進(jìn)入生化系統(tǒng)，這些SS 難以被微生物利用，SS 懸浮于污泥混合液中，一方面會(huì)導(dǎo)致生化的曝氣量增加，進(jìn)而導(dǎo)致污泥解體，影響微生物處理難降解有機(jī)物的效果，另一方面SS 會(huì)阻礙污泥絮凝抱團(tuán)，影響污泥的活性；②硝酸鹽的積累、反硝化運(yùn)行不能經(jīng)過(guò)正常的工作去除硝態(tài)氮。同時(shí)，進(jìn)水中的有機(jī)物在好氧階段去除會(huì)導(dǎo)致污泥負(fù)荷太高，細(xì)菌將大量有機(jī)物吸入體內(nèi)，無(wú)法在體內(nèi)進(jìn)行正常代謝，使細(xì)菌向體外分泌出過(guò)量的多聚糖類物質(zhì)，這些物質(zhì)具有親水性，會(huì)使污泥結(jié)合水大大增加，從而形成粘性膠團(tuán)狀，污泥活性變差，進(jìn)而影響微生物處理難降解有機(jī)物的效果[4]。

（3）二級(jí)AO 基本不起效果。從前期實(shí)驗(yàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)來(lái)看，二級(jí)AO 對(duì)COD 以及總氮基本沒(méi)有去除效果。這主要是由于一級(jí)AO 出水以混合液的形式進(jìn)入中間水池后再進(jìn)入二級(jí)AO，導(dǎo)致一級(jí)AO 和二級(jí)AO 的污泥濃度基本接近，而污染物負(fù)荷基本在一級(jí)AO 去除，二級(jí)AO 長(zhǎng)期處于C/N 不均衡的狀態(tài)，導(dǎo)致其處理效果差，起不到處理的作用。

（4）耗藥量大。由于進(jìn)水中含有大量的氨氮，氨氮在生化曝氣階段與氧氣結(jié)合生成硝態(tài)氮需要消耗大量的堿度。另一方面反硝化反應(yīng)不能正常工作產(chǎn)生堿度，現(xiàn)階段每噸水約需要6 kg 氫氧化鈉來(lái)補(bǔ)充堿度。

（5）系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定。由于活性污泥長(zhǎng)期處于不正常狀態(tài)，當(dāng)進(jìn)水有波動(dòng)時(shí)，出水氨氮等指標(biāo)偶有超標(biāo)現(xiàn)象，給運(yùn)行管理帶來(lái)麻煩。

2 污水廠工藝改造

2.1 工藝調(diào)整

AO 工藝采用前置反硝化工藝，可以充分利用進(jìn)水中的可降解有機(jī)物，這樣保證了缺氧段所需碳源的目的[5]；硝化過(guò)程中產(chǎn)生的硝態(tài)氮可以通過(guò)硝化液回流的方式在A 池充分去除。將反硝化過(guò)程前置的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以借助于反硝化過(guò)程中產(chǎn)生的堿度來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)硝化過(guò)程中對(duì)堿度消耗的內(nèi)部補(bǔ)充作用[6]。序批式活性污泥法（SBR）是一種按間歇曝氣方式運(yùn)行的活性污泥污水處理技術(shù)，與其他生化運(yùn)行方式相比，SBR 集好氧、缺氧、沉淀于一體，可以充分利用池容降解有機(jī)物和氨氮。實(shí)踐表明，SBR 對(duì)化學(xué)需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）有90%以上的去除率，對(duì)氨氮也有95%以上的去除率。因此，SBR工藝在垃圾滲濾液、印染廢水、化工園區(qū)廢水等領(lǐng)域得到普遍應(yīng)用。SBR 集反應(yīng)、沉淀于一體，節(jié)省了沉淀池和污泥、污水回流系統(tǒng)，所以具有占地小、運(yùn)行費(fèi)用低、設(shè)備簡(jiǎn)單以及維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)[7]。SBR 工藝的另一個(gè)明顯優(yōu)勢(shì)是耐沖擊負(fù)荷比較強(qiáng)，對(duì)進(jìn)水具有很強(qiáng)的稀釋作用，可以充分緩釋進(jìn)水中難降解有機(jī)物以及氨氮的負(fù)荷沖擊[8]。

本次改造充分考慮了AO 工藝的A 池前置特點(diǎn)，充分利用進(jìn)水中的有機(jī)碳源可節(jié)省外部碳源補(bǔ)充，同時(shí)保留了SBR 池的特點(diǎn)。工藝調(diào)整為A-SBR 后，相比于AO工藝，A-SBR 工藝更耐負(fù)荷沖擊，對(duì)污水具有稀釋和緩沖作用，且能有效抵抗進(jìn)水量和有機(jī)負(fù)荷的沖擊。

2.2 管道改造

2.2.1 生化管道改造

為加大一級(jí)A 池的脫氮效率，本項(xiàng)目增加SBR池末端回流管至A 池。在SBR 進(jìn)水及曝氣階段使其混合液回流至A 池，回流量控制在20 ～30 m3/h。當(dāng)SBR 處于沉淀階段時(shí)，停止回流。此外，為加大二級(jí)AO 的脫氮效率，本項(xiàng)目在二級(jí)AO 中增加O 池回流A 池的管道，控制回流比為8 ∶1 左右。

2.2.2 超濾回流管道改造

為了避免將過(guò)多的溶解氧帶到A 池，影響A 池的脫氮效率，本項(xiàng)目將超濾回流管道更改到二級(jí)O 池及二級(jí)A 池，回流到O 池。在保證二級(jí)A 池的溶解氧低于0.5 mg/L 的情況下，回流到A 池可以提高脫氮效率。超濾回流管道回流到二級(jí)A 池及O 池之間設(shè)置有閥門(mén)切換，可根據(jù)A 池的在線監(jiān)測(cè)DO 數(shù)據(jù)以及化驗(yàn)數(shù)據(jù)調(diào)整閥門(mén)開(kāi)度。

2.3 啟動(dòng)預(yù)處理

污水中含有大量懸浮物、膠體物質(zhì)和油類，采用氣浮除油+化學(xué)絮凝沉淀預(yù)處理，能去除大部分懸浮固體、油類及膠體污染物，COD去除率可達(dá)10%左右，能夠減輕后續(xù)處理單元的運(yùn)行壓力。

2.4 污泥更換

一方面現(xiàn)有污泥活性差，其處理總氮幾乎沒(méi)有效果；另一方面污泥因粘性膨脹導(dǎo)致其沉淀效果差也不利于后續(xù)的污泥脫水處理，且再次馴化需要時(shí)間比較長(zhǎng)。因此，本項(xiàng)目從附近污水處理廠重新接種污泥進(jìn)行培養(yǎng)。

2.5 藥劑投加量調(diào)整

在污泥培養(yǎng)及運(yùn)行階段，根據(jù)水質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果，為滿足微生物對(duì)主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)C ∶N ∶P=100 ∶5 ∶1的濃度比例需求，在進(jìn)水A 池以及二級(jí)A 池投加乙酸鈉作為碳源，加強(qiáng)反硝化處理總氮的效果。本項(xiàng)目在改造后的工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 改造后工藝流程圖

3 改造后運(yùn)行效果

3.1 COD 去除效果

該污水處理廠完成總氮提標(biāo)改造后運(yùn)行1 年多以來(lái)，出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，在2022 年3－9 月運(yùn)行期間COD 去除效果見(jiàn)圖3。預(yù)處理系統(tǒng)主要靠混凝沉淀作用去除COD[9]，其對(duì)COD 的去除率[去除率=（原液COD 濃度-預(yù)處理水COD 濃度）/原液COD 濃度×100%]僅有10%，A-SBR 以及二級(jí)AO 對(duì)COD 的去除率達(dá)到90%以上。相比提標(biāo)改造前，二級(jí)AO 平均出水COD 濃度下降了33%。這主要是得益于預(yù)處理系統(tǒng)的開(kāi)啟，其去除的COD 基本上是難被微生物利用的大分子難降解有機(jī)物，降低了后續(xù)生化系統(tǒng)及膜系統(tǒng)的運(yùn)行壓力。

圖3 改造后COD 處理運(yùn)行效果

3.2 氨氮、總氮去除效果

預(yù)處理系統(tǒng)通過(guò)混凝沉淀對(duì)氨氮的去除率僅為8%，氨氮的去除主要通過(guò)A-SBR 和二級(jí)AO 系統(tǒng)的硝化作用完成。A-SBR 和二級(jí)AO 系統(tǒng)對(duì)氨氮的去除率可達(dá)99.6%以上（圖4）。

圖4 運(yùn)行期間氨氮變化

預(yù)處理系統(tǒng)通過(guò)混凝沉淀對(duì)總氮的去除率僅為7%，總氮的去除主要通過(guò)A-SBR 和二級(jí)AO 系統(tǒng)的反硝化作用完成。A-SBR 系統(tǒng)對(duì)總氮的去除率達(dá)到85%以上，二級(jí)AO 系統(tǒng)對(duì)總氮的去除率達(dá)到90%以上（圖5），二級(jí)AO 出水總氮基本維持在40 mg/L 左右。A-SBR 系統(tǒng)和二級(jí)AO 系統(tǒng)對(duì)總氮的去除效率都很高，這主要是由于A-SBR 與二級(jí)AO 的處理污染物負(fù)荷不同的情況下，兩者均保持相對(duì)獨(dú)立的污泥處理系統(tǒng)。A-SBR 系統(tǒng)的上清液進(jìn)入二級(jí)AO 系統(tǒng)，極大程度上避免了兩者污泥濃度的混合，提高了兩者的總氮去除效率。

圖5 運(yùn)行期間總氮變化

3.3 SS、總磷去除效果

總磷和SS 主要通過(guò)預(yù)處理系統(tǒng)的混凝沉淀作用去除，預(yù)處理系統(tǒng)對(duì)總磷和SS 的去除率分別在80%和75%以上（圖6），極大降低了后續(xù)生化系統(tǒng)及膜系統(tǒng)的運(yùn)行壓力。另外，預(yù)處理系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)需要添加聚合氯化鋁（PAC）、聚合硫酸鐵（PFS）等混凝劑。生化系統(tǒng)因反硝化系統(tǒng)產(chǎn)生了一定量的堿度，其基本上不需要額外添加堿以維持系統(tǒng)的pH 運(yùn)行環(huán)境，但需要再添加一定量的乙酸鈉作為碳源用于生物脫氮。

圖6 運(yùn)行期間總磷和SS 變化

結(jié)合圖3 ～6，本項(xiàng)目總氮提標(biāo)工程改造后，總氮在改造后生化階段也可以滿足排放要求，二級(jí)AO出水COD 濃度下降了33%，極大降低了后續(xù)膜系統(tǒng)的運(yùn)行壓力。

4 結(jié)論

本項(xiàng)目總氮提標(biāo)改造后，A-SBR 系統(tǒng)對(duì)總氮的去除率達(dá)到85%以上，二級(jí)AO 系統(tǒng)對(duì)總氮的去除率達(dá)到90%以上；二級(jí)AO 出水總氮基本維持在40 mg/L左右，二級(jí)AO 出水總氮可以滿足新的排放要求；預(yù)處理系統(tǒng)對(duì)總磷和SS 的去除率分別在80%和75%以上，降低了后續(xù)生化系統(tǒng)及膜系統(tǒng)的運(yùn)行壓力。COD、氨氮、總磷以及SS 均滿足《廣東省污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 4426—2001）第二時(shí)段排放標(biāo)準(zhǔn)。本項(xiàng)目的改造內(nèi)容和工藝運(yùn)行方式，可以為其他類似總氮提標(biāo)改造項(xiàng)目提供參考。