使用餐厨浆液作为沼液处理碳源的方案设计与应用研究
摘要：本文以“上海某湿垃圾处理厂”为例，介绍了该企业在沼液处理过程中因C/N比失调，原先采取的外加碳理方案，评价外加碳源的综合效果，出不足点并使用现有预处理餐厨浆液进行替代，通过对比分析改进前后的技术参数及经济效益确定改进方案的优缺点。
关键词：沼液处理；C/N比失调；餐厨浆液；经济效益
引言
沼液处理系统为湿垃圾资源化处理工程的主要工艺段之一，主要处理对象为经厌氧发酵后的沼液、除臭系统废水及生产辅助用水等除生活用水外的其他所有废水。其采用“外置式MBR+纳滤+两级高压反渗透”的主体工艺路线，MBR又称膜生物反应器（Membrane Bio-Reactor），是一种由膜分离单元与生物处理单元相结合的新型水处理技术。按照膜的结构可分为平板膜、管状膜和中空纤维膜等 ，按膜孔径可划分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜、反渗透膜等。纳滤系统浓缩液和两级高压反渗透浓缩液经减量后输送至焚烧厂进行焚烧处理，污泥脱水后至含水率60%泥饼外运处置(图1)。
外置式MBR为沼液处理系统的核心工艺段，其主要工艺为：沼液进入调节池，均匀水质、调节水量后由提升泵提升进入均质池，在均质池内补充碳源，出水进入二级A/O生化池，在池内通过其中微生物的新陈代谢作用去除其中大部分的有机物及氨氮、硝态氮。出水进入UF系统进行泥水分离，UF浓液回流至A/O生化池内，以保持池内较高的污泥浓度，UF清液进入深度处理系统进一步处理后达标排放。剩余污泥采用高压板框进行脱水，上清液回流至反硝化池处理。
图1 沼液处理工艺流程图
因餐厨垃圾浆液竞厌氧系统发生氨化反应后，沼液氨氮含量高（本项目实测3500mg/L）,而沼液中的有机质经厌氧消耗后，COD浓度较低，约为5000mg/L，采用厌氧-好氧耦合工艺处理沼液，当进水C/N比为7时，系统出水的COD和NH-ND达到《污水综合排放标准》（DB31/199-2018）表2三级标准。
1 沼液分析
沼液是餐厨浆液经氧消化系统对其中的浆料中可生物降解的有机物进行分解转化后产生的残留液体，仍属高总固体含量，高COD、高氨氮、高盐分，如果未经合理处理和利用而直接排放到环境中，将会造成二次污染。本项目中的沼液经消化液脱水系统后，液相送至沼液处理系统中进行二次处理。
根据实验室测定，进入沼液处理系统中的污水其COD含量约为5000mg/L,NH4-N含量约为2500mg/L,TN含量约为2800mg/L，SS含量约为4500mg/L，并含有磷及其他重金属离子等。
2 外加碳源使用情况及经济效益分析
由于沼液经厌氧系统消化产沼气后，沼液中的有机物含量大大降低，在MBR的硝化和反硝化过程中，由于有机物的含量偏低，已无法满足生化反应对有机物的需求。异养好氧菌的成长不足，活性降低。极大的影响了脱单效果，造成反硝化池内硝氮富集。所以在实际运行过程中，必须外加碳源以弥补沼液中有机物不足的现象。
本项目在实际运行过程中，为调节反硝化水C/N比，在反硝化段添加了大量碳源，来源为废弃葡萄糖溶液，消耗量为约为23.9kg/m³沼液（65万COD碳源），单价约2000元/吨。其使用成本约为47.8元/m³沼液。
具体使用量为：月度总处理水量为12119m³，共使用65万COD碳源239.1t和110万COD碳源30t，经折算，每处理1m³沼液，使用65万COD碳源23.9kg。
3 使用餐厨浆液作为碳源的方案研究与实施
3.1 餐厨浆液
餐厨浆液为餐厨垃圾经分拣、破碎、制浆、提油后以淀粉类、食物纤维类等有机物质为主要成分的混合液相物质。其不能直接作为碳源投加至沼液处理生化反应池中，需进行预处理，
去除掉餐厨浆液中的杂质、油脂等影响沼液生化效果的物质。其水质具有含水率高，有机物含量高等特性，特点如下：
1）氨氮浓度高。餐厨浆液氨氮浓度一般在2000-4000mg/L左右，也需在生化处理系统一并去除。
2）重金属离子与盐分含量高。由于垃圾中有较多的重金属离子和盐分，造成餐厨浆液中的重金属离子和盐分含量也较高，其电导率高达25000-35000μs/cm。
3）混合液成酸性（PH值较低）。餐厨浆液中含有大量的有机酸，PH值较低，一般在4-6左右。
4）餐厨浆液比较新鲜，未经厌氧发酵、水解、酸化过程，富含有机污染物，污染物种类较多，且浓度季节波动和长期变化的复杂性。reactor的特点
5）有机污染物浓度高（CODcr浓度高）。餐厨浆液CODcr浓度一般在100000-120000mg/L左右。
3.2 餐厨浆液预处理方案
3.2.1 沼液和餐厨浆液水质
在该项目的沼液处理系统的调试以及后续的运行过程中发现，当进生化池的沼液C/N比值为7时，生化效果较好，经生化处理过后的产水总氮和COD均可降至《污水综合排放标准》范围内。由于沼液进水的水质有一定波动，对进水水质设计为CODCr 含量为5000mg/L、NH4-N含量为3000mg/L、TN含量为3500mg/L。
于浆液池中取得的餐厨浆液，由于含固率较高，不能直接进入沼液处理生化系统，需经浆液预处理设备，去除大部分固体物质，故滴加PAM后小试取得上清液。经测定餐厨浆液上清液水质为CODCr 含量为80000 mg/L、NH4-N 含量为2000mg/L、TN含量为3000mg/L。
3.2.2 沼液与餐厨浆液用量计算
由于该项目总的餐厨浆液量为500m3/d，当C/N比为7时，令沼液进水为a，餐厨浆液用量为b，得计算公式：
通过计算可得当沼液生化系统进水为餐厨浆液130m3/d，厌氧出水370m3/d时，进水C/N满足生化进水条件。
餐饮浆液预处理采用“沉淀+曲面格栅+气浮”组合工艺，处理后餐饮浆液进入均质池，与沼液混合后入沼液处理系统生化池，同时沼液预处理采用“曲面格栅+气浮”组合工艺，餐饮浆液与沼液共用气浮。
3.3 预处理系统设计
3.3.1 餐厨浆液预处理设计规模
用作外加碳源的餐厨浆液规模为130m3/d， 根据湿垃圾处理厂实际运行状态，夜间无餐厨垃圾进厂，餐厨垃圾预处理生产线开启时间为早7点至晚7点，故餐厨浆液可使用时间约为12小时。故碳源预处理系统处理规模设定为10m3/h，可24h运行，根据现有水质及餐饮浆液用量，按13h运行设计。

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