餐廚垃圾厭氧沼液離心脫水效果分析
行業(yè)動態(tài)
隨著2017年餐廚廢棄物資源化利用和無害化處理試點城市終期驗收工作的開展，此前獲發(fā)改委批準的五批試點項目已有百座。據(jù)統(tǒng)計，在這些項目中，處理工藝選擇厭氧消化技術的占據(jù)了七成以上，厭氧消化的形式基本以全混合厭氧反應器（CSTR）為主。由于餐廚垃圾預處理產生的有機漿液污染物濃度極高，導致在厭氧消化后，出水的污染物濃度依然很高，后續(xù)仍然需要進行污水處理設計，以進一步降低污染物濃度進而達標排放。但是，另一方面，由于厭氧采用的是全混形式，厭氧反應器的出水懸浮物（簡稱SS）濃度比較高。根據(jù)工程經驗及相關資料顯示，以MBR為例，常規(guī)的進水SS濃度要求以1000～2000mg/L為宜。并且由于原料是餐廚垃圾，其產生的有機廢液特性有別于一般污水，比如SS的濃度就非常高，如果不對該出水進行預處理，將無法滿足后續(xù)污水系統(tǒng)的處理要求。目前，國內常規(guī)的做法是在厭氧反應器后再設置出水罐或豎流式沉淀池，通過水力沉淀作用，將出水中污泥懸浮物大部分收集下來，再通過污泥回流或脫水后無害化處置。本次試驗將依托常州餐廚垃圾處理項目的現(xiàn)有生產系統(tǒng)，利用生產車間預留位置臨時布置一套離心脫水試驗系統(tǒng)，用于處理厭氧反應器的出水，其目的是通過物理式的高速離心分離作用，去除其中的懸浮物等污染物質，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)來分析離心處理方式對厭氧出水的處理效果優(yōu)劣。
1 試驗對象與內容
1.1 試驗對象與材料
試驗對象：常州餐廚垃圾處理項目的中溫濕式厭氧沼液，COD濃度：16000～21600mg/L，TS含量：2.75%～3%，SS濃度：16100～19000mg/L，氨氮濃度：1620mg/L。
脫水設備：W系列臥式螺旋卸料沉降離心機，轉速3500r/min，分離因數(shù)3000，電機功率30～37kW，外形尺寸3800×1200×1500mm。
試驗藥劑：藥劑一：FeCl3溶液（濃度38%）；藥劑二：PAM（聚丙烯酰胺）（濃度0.1%～0.3%）。
1.2 試驗內容及檢測方法
1.2.1 試驗內容
通過依托常州餐廚處理項目，在現(xiàn)場空余車間安裝進水管道、W系列臥式螺旋沉降離心機、臨時接料斗及相關儀表等試驗裝置。進料流量的測量將通過現(xiàn)有的E+H電磁流量計進行統(tǒng)計。整個試驗周期為15天。試驗總共分為三個階段，每個階段試驗時長為5天，分別包括：
第一階段，在無藥劑添加的情況下，使用臥式螺旋沉降離心機對厭氧沼液進行離心脫水，通過不同的進水流量，測試懸浮物與污水的分離效果，同時尋找離心設備理想的處理量。
第二階段，通過在進水中添加不同比例的FeCl3溶液（濃度38%），測試懸浮物等與污水的分離效果。
第三階段，通過在進水中添加不同比例的PAM溶液（濃度0.1%～0.3%），測試懸浮物與污水的分離效果。
通過上述三種工況的測試，從處理污水量、藥劑添加量、出水清液SS濃度、出水濃液TS含量等多方面綜合評估離心脫水方式對于厭氧沼液的處理效果強弱。
1.2.2 檢測方法
污水中懸浮物的測定按照國標法《水質 懸浮物的測定 重量法》GB11901-1989進行測定，COD的測定按照國標法《水質 化學需氧量的測定 重鉻酸鹽法》GB11914-1989進行測定。
2 試驗結果與數(shù)據(jù)分析
2.1 無藥劑添加離心試驗數(shù)據(jù)分析
第一階段，在無藥劑添加的情況下，直接使用臥式螺旋沉降離心機對厭氧沼液進行離心脫水，通過選擇不同的處理進料量，測試其對SS、COD等污染物的去除率、清水產率，以及處理成本等的影響。對于脫水清液SS濃度的變化，隨著處理量的逐步增加，SS呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢。
離心脫水后，隨著懸浮物的去除，清液中的COD濃度有一定程度下降，根據(jù)統(tǒng)計，其去除率的幅度基本維持在21%～31%之間。
脫水產生的污泥表觀上呈糊狀，通過跟蹤化驗，其固含量隨著處理量的增加，反而呈下降趨勢。從含水率的角度分析，該污泥含水率較大，基本在80%以上。按照目前CSTR厭氧的特點，可以設計將此部分污泥再次回流至厭氧系統(tǒng)，補充其污泥濃度，提高厭氧效率。但如果需要外運無害化處理，還需要進一步降低其含水率，以符合相關的規(guī)定。
隨著進水量的增加，清液產出率也發(fā)生了相應的變化。當進水流量在5～7之間時，清液產率較高，達到了95%以上。
整個試驗裝置運行過程中，從運行成本考慮，主要的消耗為水和電。人工費及設備維保等固定費用暫不統(tǒng)計。按照市場價格對運行期間的生產成本做了統(tǒng)計。隨著處理量增大，單位處理成本呈現(xiàn)下降趨勢。
2.2 添加藥劑一離心試驗數(shù)據(jù)分析
第二階段，在進料管道設置靜態(tài)混合器，添加藥劑一（濃度38%的FeCl3溶液）作為絮凝劑，測試在加藥的情況下，臥式螺旋沉降離心機對進水混合液的分離效果，連續(xù)測試時間為5天。通過調整加藥量，測得清液出水SS濃度隨著加藥量的逐步提高而迅速下降，幅度明顯。測得的濃度約為1100mg/L，該值可以滿足污水處理的進水要求。
通過添加了FeCl3藥劑作為絮凝劑后，懸浮物的去除有了明顯的增大，清液中的COD濃度也同步有了明顯下降，根據(jù)藥劑添加量不同，去除率維持在50%～75%之間。此時脫水污泥的TS含量有所下降，即含水率進一步增大，基本在85%～90%之間。此種濃度的污泥，可以滿足厭氧回流的要求。并且投加的FeCl3藥劑，并不會對厭氧反應過程造成負面影響，據(jù)以往污水項目的運行經驗，添加一定量的FeCl3至厭氧反應器，會有利于抑制H2S的生成，對厭氧反應有利。
整個試驗過程中，清液產率液發(fā)生了相應的變化。當噸進水加藥量在0.012噸以下時，清液產率可以穩(wěn)定在85%之上。
同樣，在暫不考慮人工費及設備維保等固定費用時，裝置運行過程中，主要的消耗為水、電及藥劑。按照先前同樣的價格條件，在運行期間的生產成本隨著加藥量的增加而增大。藥劑投加的噸進水加入量在0.011噸時，對應的成本折合為每噸進水約13.42元。
在對上述指標進行分析的同時，根據(jù)每天的試驗，還對離心脫水的清液中氨氮含量做了取樣。經過檢測，進水氨氮在1620mg/L的情況下，離心脫水后的清液其氨氮濃度基本維持在1620～1650mg/L之間。去除SS等污染物的過程對該指標基本不產生影響。
2.3 添加藥劑二離心試驗數(shù)據(jù)分析
按照第二階段的試驗步驟，通過調整了藥劑的種類，測試離心的效果。經過試驗發(fā)現(xiàn)，對于SS的去除，投加PAM的離心脫水效果并不是很好，在不斷調整噸進水加藥量的情況下，清液的SS濃度在5720～8280mg/L，并且很難再有所下降。由于SS含量去除率較低，污水COD濃度的下降幅度也不大，清液產率基本維持在85%左右，而濃泥的TS含量也在8%～14%之間。進、出水的氨氮指標也沒有發(fā)生變化。
可以說上述各項數(shù)據(jù)，均沒有比投加FeCl3溶液要有更突出表現(xiàn)。從成本角度而言，投加PAM核算至單位進水量，其處理單價要高出投加FeCl3溶液很多。這是由于PAM藥劑本身單位價值較高，并且一般都是粉劑，還需要設置一套制備裝置。而FeCl3溶液成本較低，并且可以直接采購溶液進行投加，較為方便。所以本文對于添加藥劑二的試驗情況只做簡單描述，不再作深入分析。
3 結論
（1）餐廚項目目前國內已經投運很多，但是據(jù)調研，真正穩(wěn)定和高效運行的項目卻屈指可數(shù)，大部分項目或多或少都存在各自的難題。有的因為原料限制，垃圾量不足的或者垃圾質量太差，也有因為工藝設計的不完善，正處于整改期?？傊?，在餐廚行業(yè)還處于發(fā)展初期的時候，有很多事情值得大家去探索。正如本文所講的厭氧出水污染物濃度較高的問題，也是目前行業(yè)內普遍現(xiàn)象。中國的餐飲特征有別于世界上其它國家，甚至于本國內各地差異性都較大，導致預處理產生的有機廢水也有其特殊性。所以即使國外餐廚垃圾處理做的成功的，其經驗也沒有辦法照搬照套，因為處理對象不一樣了。并且CSTR的技術應用在中國的餐廚厭氧處理中，也是新的嘗試，其真正效果還有待時間的檢驗。本文所分析的試驗過程，就是在項目運行過程中，發(fā)現(xiàn)問題，探討解決途徑，進而尋求新的出路。
（2）對于離心脫水系統(tǒng)，在污水處理中應用的很多，但在餐廚厭氧出水的處理上，不失為一種嘗試，通過選擇合適的藥劑，增強其處理效果，脫水目的旨在降低厭氧出水的污染物濃度，將清污分離，以方便后續(xù)的污水系統(tǒng)處理。同時，對于離心分離出來的濃泥，在實際項目中，可以回流補充厭氧反應器的活性污泥量，增強CSTR厭氧反應器的消化能力，提高其處理負荷。
（3）通過在離心脫水過程中，添加FeCl3溶液，可以起到較好的絮凝作用。SS濃度得到大幅下降，清液產率、運行成本等也都在可接受范圍內，一定條件下，可以在正式的項目中進行推廣和試用。但是也有不容忽視的問題，在整個離心脫水過程中，雖然去除SS的效果較好，但同時厭氧出水也被去除了大量的COD。而氨氮指標在整個處理過程中，沒有發(fā)生明顯的變化，可以說離心脫水對于脫除氨氮起不到任何作用。而此時COD的大幅下降，會容易造成后續(xù)污水系統(tǒng)的碳氮比失調。降低污水的可生化性。所以從技術角度和經濟角度考慮，采用全量脫水處理厭氧出水時，可以考慮設置一路超越管線，定期將少量的厭氧出水超越離心脫水系統(tǒng)，直接進入污水系統(tǒng)的均質池。在保證污水系統(tǒng)的總進水指標滿足要求的前提下，利用厭氧出水作為碳源對污水處理系統(tǒng)進行補充，增強污水的可生化性，同時節(jié)約運行成本。
