餐廚垃圾厭氧沼液離心脫水效果分析
行業(yè)動(dòng)態(tài)
隨著2017年餐廚廢棄物資源化利用和無害化處理試點(diǎn)城市終期驗(yàn)收工作的開展，此前獲發(fā)改委批準(zhǔn)的五批試點(diǎn)項(xiàng)目已有百座。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在這些項(xiàng)目中，處理工藝選擇厭氧消化技術(shù)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(yīng)器（CSTR）為主。由于餐廚垃圾預(yù)處理產(chǎn)生的有機(jī)漿液污染物濃度極高，導(dǎo)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(jìn)行污水處理設(shè)計(jì)，以進(jìn)一步降低污染物濃度進(jìn)而達(dá)標(biāo)排放。但是，另一方面，由于厭氧采用的是全混形式，厭氧反應(yīng)器的出水懸浮物（簡(jiǎn)稱SS）濃度比較高。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)資料顯示，以MBR為例，常規(guī)的進(jìn)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(chǎn)生的有機(jī)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(duì)該出水進(jìn)行預(yù)處理，將無法滿足后續(xù)污水系統(tǒng)的處理要求。目前，國(guó)內(nèi)常規(guī)的做法是在厭氧反應(yīng)器后再設(shè)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(yàn)將依托常州餐廚垃圾處理項(xiàng)目的現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)，利用生產(chǎn)車間預(yù)留位置臨時(shí)布置一套離心脫水試驗(yàn)系統(tǒng)，用于處理厭氧反應(yīng)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(zhì)，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)來分析離心處理方式對(duì)厭氧出水的處理效果優(yōu)劣。
1 試驗(yàn)對(duì)象與內(nèi)容
1.1 試驗(yàn)對(duì)象與材料
試驗(yàn)對(duì)象：常州餐廚垃圾處理項(xiàng)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(shè)備：W系列臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)，轉(zhuǎn)速3500r/min，分離因數(shù)3000，電機(jī)功率30～37kW，外形尺寸3800×1200×1500mm。
試驗(yàn)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(yàn)內(nèi)容及檢測(cè)方法
1.2.1 試驗(yàn)內(nèi)容
通過依托常州餐廚處理項(xiàng)目，在現(xiàn)場(chǎng)空余車間安裝進(jìn)水管道、W系列臥式螺旋沉降離心機(jī)、臨時(shí)接料斗及相關(guān)儀表等試驗(yàn)裝置。進(jìn)料流量的測(cè)量將通過現(xiàn)有的E+H電磁流量計(jì)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。整個(gè)試驗(yàn)周期為15天。試驗(yàn)總共分為三個(gè)階段，每個(gè)階段試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)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(jī)對(duì)厭氧沼液進(jìn)行離心脫水，通過不同的進(jìn)水流量，測(cè)試懸浮物與污水的分離效果，同時(shí)尋找離心設(shè)備理想的處理量。
第二階段，通過在進(jìn)水中添加不同比例的FeCl3溶液（濃度38%），測(cè)試懸浮物等與污水的分離效果。
第三階段，通過在進(jìn)水中添加不同比例的PAM溶液（濃度0.1%～0.3%），測(cè)試懸浮物與污水的分離效果。
通過上述三種工況的測(cè)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(píng)估離心脫水方式對(duì)于厭氧沼液的處理效果強(qiáng)弱。
1.2.2 檢測(cè)方法
污水中懸浮物的測(cè)定按照國(guó)標(biāo)法《水質(zhì) 懸浮物的測(cè)定 重量法》GB11901-1989進(jìn)行測(cè)定，COD的測(cè)定按照國(guó)標(biāo)法《水質(zhì) 化學(xué)需氧量的測(cè)定 重鉻酸鹽法》GB11914-1989進(jìn)行測(cè)定。
2 試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)分析
2.1 無藥劑添加離心試驗(yàn)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(jī)對(duì)厭氧沼液進(jìn)行離心脫水，通過選擇不同的處理進(jìn)料量，測(cè)試其對(duì)SS、COD等污染物的去除率、清水產(chǎn)率，以及處理成本等的影響。對(duì)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(shì)。
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(jì)，其去除率的幅度基本維持在21%～31%之間。
脫水產(chǎn)生的污泥表觀上呈糊狀，通過跟蹤化驗(yàn)，其固含量隨著處理量的增加，反而呈下降趨勢(shì)。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(diǎn)，可以設(shè)計(jì)將此部分污泥再次回流至厭氧系統(tǒng)，補(bǔ)充其污泥濃度，提高厭氧效率。但如果需要外運(yùn)無害化處理，還需要進(jìn)一步降低其含水率，以符合相關(guān)的規(guī)定。
隨著進(jìn)水量的增加，清液產(chǎn)出率也發(fā)生了相應(yīng)的變化。當(dāng)進(jìn)水流量在5～7之間時(shí)，清液產(chǎn)率較高，達(dá)到了95%以上。
整個(gè)試驗(yàn)裝置運(yùn)行過程中，從運(yùn)行成本考慮，主要的消耗為水和電。人工費(fèi)及設(shè)備維保等固定費(fèi)用暫不統(tǒng)計(jì)。按照市場(chǎng)價(jià)格對(duì)運(yùn)行期間的生產(chǎn)成本做了統(tǒng)計(jì)。隨著處理量增大，單位處理成本呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。
2.2 添加藥劑一離心試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析
第二階段，在進(jìn)料管道設(shè)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(cè)試在加藥的情況下，臥式螺旋沉降離心機(jī)對(duì)進(jìn)水混合液的分離效果，連續(xù)測(cè)試時(shí)間為5天。通過調(diào)整加藥量，測(cè)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(cè)得的濃度約為1100mg/L，該值可以滿足污水處理的進(jìn)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(shí)脫水污泥的TS含量有所下降，即含水率進(jìn)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(huì)對(duì)厭氧反應(yīng)過程造成負(fù)面影響，據(jù)以往污水項(xiàng)目的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，添加一定量的FeCl3至厭氧反應(yīng)器，會(huì)有利于抑制H2S的生成，對(duì)厭氧反應(yīng)有利。
整個(gè)試驗(yàn)過程中，清液產(chǎn)率液發(fā)生了相應(yīng)的變化。當(dāng)噸進(jìn)水加藥量在0.012噸以下時(shí)，清液產(chǎn)率可以穩(wěn)定在85%之上。
同樣，在暫不考慮人工費(fèi)及設(shè)備維保等固定費(fèi)用時(shí)，裝置運(yùn)行過程中，主要的消耗為水、電及藥劑。按照先前同樣的價(jià)格條件，在運(yùn)行期間的生產(chǎn)成本隨著加藥量的增加而增大。藥劑投加的噸進(jìn)水加入量在0.011噸時(shí)，對(duì)應(yīng)的成本折合為每噸進(jìn)水約13.42元。
在對(duì)上述指標(biāo)進(jìn)行分析的同時(shí)，根據(jù)每天的試驗(yàn)，還對(duì)離心脫水的清液中氨氮含量做了取樣。經(jīng)過檢測(cè)，進(jìn)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(duì)該指標(biāo)基本不產(chǎn)生影響。
2.3 添加藥劑二離心試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析
按照第二階段的試驗(yàn)步驟，通過調(diào)整了藥劑的種類，測(cè)試離心的效果。經(jīng)過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于SS的去除，投加PAM的離心脫水效果并不是很好，在不斷調(diào)整噸進(jìn)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(chǎn)率基本維持在85%左右，而濃泥的TS含量也在8%～14%之間。進(jìn)、出水的氨氮指標(biāo)也沒有發(fā)生變化。
可以說上述各項(xiàng)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(jìn)水量，其處理單價(jià)要高出投加FeCl3溶液很多。這是由于PAM藥劑本身單位價(jià)值較高，并且一般都是粉劑，還需要設(shè)置一套制備裝置。而FeCl3溶液成本較低，并且可以直接采購(gòu)溶液進(jìn)行投加，較為方便。所以本文對(duì)于添加藥劑二的試驗(yàn)情況只做簡(jiǎn)單描述，不再作深入分析。
3 結(jié)論
（1）餐廚項(xiàng)目目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)投運(yùn)很多，但是據(jù)調(diào)研，真正穩(wěn)定和高效運(yùn)行的項(xiàng)目卻屈指可數(shù)，大部分項(xiàng)目或多或少都存在各自的難題。有的因?yàn)樵舷拗?，垃圾量不足的或者垃圾質(zhì)量太差，也有因?yàn)楣に囋O(shè)計(jì)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(shí)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(nèi)普遍現(xiàn)象。中國(guó)的餐飲特征有別于世界上其它國(guó)家，甚至于本國(guó)內(nèi)各地差異性都較大，導(dǎo)致預(yù)處理產(chǎn)生的有機(jī)廢水也有其特殊性。所以即使國(guó)外餐廚垃圾處理做的成功的，其經(jīng)驗(yàn)也沒有辦法照搬照套，因?yàn)樘幚韺?duì)象不一樣了。并且CSTR的技術(shù)應(yīng)用在中國(guó)的餐廚厭氧處理中，也是新的嘗試，其真正效果還有待時(shí)間的檢驗(yàn)。本文所分析的試驗(yàn)過程，就是在項(xiàng)目運(yùn)行過程中，發(fā)現(xiàn)問題，探討解決途徑，進(jìn)而尋求新的出路。
（2）對(duì)于離心脫水系統(tǒng)，在污水處理中應(yīng)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(qiáng)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(shí)，對(duì)于離心分離出來的濃泥，在實(shí)際項(xiàng)目中，可以回流補(bǔ)充厭氧反應(yīng)器的活性污泥量，增強(qiáng)CSTR厭氧反應(yīng)器的消化能力，提高其處理負(fù)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(chǎn)率、運(yùn)行成本等也都在可接受范圍內(nèi)，一定條件下，可以在正式的項(xiàng)目中進(jìn)行推廣和試用。但是也有不容忽視的問題，在整個(gè)離心脫水過程中，雖然去除SS的效果較好，但同時(shí)厭氧出水也被去除了大量的COD。而氨氮指標(biāo)在整個(gè)處理過程中，沒有發(fā)生明顯的變化，可以說離心脫水對(duì)于脫除氨氮起不到任何作用。而此時(shí)COD的大幅下降，會(huì)容易造成后續(xù)污水系統(tǒng)的碳氮比失調(diào)。降低污水的可生化性。所以從技術(shù)角度和經(jīng)濟(jì)角度考慮，采用全量脫水處理厭氧出水時(shí)，可以考慮設(shè)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(jìn)入污水系統(tǒng)的均質(zhì)池。在保證污水系統(tǒng)的總進(jìn)水指標(biāo)滿足要求的前提下，利用厭氧出水作為碳源對(duì)污水處理系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)充，增強(qiáng)污水的可生化性，同時(shí)節(jié)約運(yùn)行成本。
