安徽理工大学，地球与环境学院，安徽 淮南

收稿日期：2023年3月20日；录用日期：2023年4月18日；发布日期：2023年4月25日

摘要

餐厨垃圾废液是餐厨垃圾处理中最重要且复杂的环节。餐厨垃圾废液包含大量油脂、淀粉类有机物，并具有高COD、SS、氨氮、富营养化潜势等特点。选取的EGSB串联A²O-AO工艺，具有操作简单，占地面积小，投入成本低，减少二次污染。EGSB反应器在常温下对餐厨垃圾废液的COD去除率在80%~90%，对SS的去除率在62%~75%。AAO-AO一体化设备对进水废液COD的去除率在89.75%~93.13之间，对进水废液NH₃-N的去除率在92.51%~97.34%之间，对进水废液TN的去除率在91.42%~97.75%之间，对进水废液TP的去除率在87.50%~98.25%之间。最终出水满足《污水排入城镇下水道水质标准》(GB/T 31962-2015)。

关键词

餐厨垃圾渗滤液，EGSB，A²O-AO

Study on EGSB Series AAO-AO Treatment of Kitchen Garbage Waste Liquid

Zhaoyu Zeng, Youbiao Hu

School of Earth and Environment, Anhui University of Science and Technology, Huainan Anhui

Received: Mar. 20^th, 2023; accepted: Apr. 18^th, 2023; published: Apr. 25^th, 2023

ABSTRACT

Kitchen waste water is the most important and complex part of food waste disposal. The kitchen waste water contains a large amount of fat, starch organic matter, and has the characteristics of high COD, SS, ammonia nitrogen and eutrophication potential. The selected EGSB tandem A²O-AO process has simple operation, small footprint, low input cost and reduced secondary pollution. The COD removal rate of kitchen waste water reached 80%~90% and 62%~75% of SS in EGSB reactor at room temperature. The removal rate of COD of influent waste water was between 89.75% and 93.13%, the removal rate of NH₃-N of influent waste water was between 92.51% and 97.34%, the removal rate of influent waste water TN was between 91.42% and 97.75%, and the removal rate of influent waste water TP was between 87.50% and 98.25%. All of these indicators could meet “Wastewater Quality Standards for Discharge to Municipal Sewers” (GB/T 31962-2015).

Keywords:Kitchen Waste Leachate, EGSB, A²O-AO

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1. 工程背景及概述

1.1. 设计背景

随着时代的发展，国家的倡导，人类环保意识也越来越高 [1] ，近年来伴随着生活水平的提高，餐饮行业愈发繁荣，随之带来的餐厨垃圾也逐年扩增。餐厨垃圾因其成分复杂，目前的处理模式还是比较单一，甚至处理工艺依旧难以突破。垃圾只是放错地方的资源 [2] ，也同样适用于餐厨垃圾，对于餐厨垃圾的可遵循：

(一) 有利于发展循环经济，推动建设资源节约型和环境友好型社会，餐厨垃圾也是一种不合理的资源，有机物质含量高。

(二) 切实保障食品安全和人的健康，通过对餐厨垃圾进行无害化处理，可以有效地减少地沟油的产生 [3] ，有效防止有害物质从源头进入市场，为保证食品安全奠定基础。

(三) 餐厨垃圾集中处理设施作为生活垃圾的一部分，其直接影响城市形象。建设现代化的餐厨垃圾收集、运输和处理工程，对于改善城市的居住环境、功能和面貌，具有重要意义。

(四) 建设餐厨垃圾处理厂，既可以有效地节约土地资源，消除对环境的二次污染，保护市政设施和周围的水体，又可以消除餐厨垃圾乱倾倒、乱收购的现象。

1.2. 设计规模

合肥市长丰县某小型餐厨垃圾处理中心，属于试运行项目，占地约120 m²，设计日处理餐厨垃圾废液5 t。前期处理餐厨垃圾量较少，后期将逐渐扩大规模，能为未来餐厨垃圾小型化处理提供参考研究价值。

1.3. 餐厨垃圾废液来源及主要特性

表1. 餐厨垃圾主要特征

收集的餐厨垃圾主要来源于周围几个居民区，每个居民区均实行垃圾分类制度，并配有垃圾分导专员协助居民进行垃圾分类。餐厨垃圾通过餐厨垃圾运输车直接运送到餐厨垃圾处理站。

从居民区收集的餐厨垃圾成分复杂，多为菜叶 [4] ，剩饭，碎肉屑，果皮，骨头 [5] 等。不同地区因饮食习惯差异，所产生的餐厨垃圾也有较大差异。根据在合肥市长丰县所在区域，对餐厨垃圾的主要特性进行测定，所得结果见表1。

该小型餐厨垃圾处理厂所产生的餐厨垃圾废液来源主要分为三种，见表2。

表2. 餐厨垃圾废液主要来源

1.4. 设计目标及参数

餐厨垃圾渗滤液处理系统的进、出水设计指标见表3。

表3. 餐厨垃圾渗滤液设计进、出水指标

2. 工艺流程与设计参数

从表1中可知，餐厨垃圾的总固体含量(TS)平均为14%，再经由压滤冲洗后，最终产生的废液TS约为7%，属于低固化状态 [6] ，再结合本项目的实际需求，即处理废液量少，产生的少量气体无需回收的特点，选取EGSB反应器用于预处理后废液的厌氧消化。由表3可知：COD/TN = 10 > 8，TP/BOD5 = 0.05 < 0.06，可选取A²O工艺，它具有建设、运营成本低，处理负荷量大的优点。针对餐厨垃圾渗滤液污染物难度高的特点，为保证生化系统不受破坏，在A²O基础上串联AO形成A²O-AO。最终采取EGSB/A²O-AO复合工艺处理餐厨垃圾渗滤液。

综合工艺及设备的选取

图1. 餐厨垃圾渗滤液的生物处理工艺

本项目餐厨垃圾废液的处理包括EGSB，A²O-AO一体化设备，具体工艺见图1。

所需设备见表4。

表4. 餐厨垃圾压滤液处理工艺的主要设备及参数

3. 餐厨垃圾废液的处理

3.1. EGSB反应器选取与启动

EGSB具有较高的高径比和占地面积小 [7] ，是在传统UASB反应器基础上开发的第三代高效厌氧反应器，除兼具UASB反应器的优点外还具有抗冲击负荷能力强，高水力负荷和高产气负荷，厌氧反应速率快，运行稳定等优点 [8] 。EGSB反应器是在UASB反应器基础上研制的第三代高效厌氧反应器。除了EGSB采用较高的液体表面上升流速和回流之外，EGSB反应器在结构形式、污泥形态等方面与UASB反应器非常相似。UASB反应器是目前运用最广泛的厌氧反应器，其工艺条件及技术参数相对EGSB反应器来说更趋成熟 [9] ，因此，本实验中EGSB反应器的启动运行可以参考UASB反应器的启动及运行。厌氧废水处理过程是由微生物完成的，细胞的生长和维持需要一定数量的养分，但有些养分过量会抑制厌氧系统的启动。一般而言，营养比约为C:N:P = 75:5:1，如以C为COD的化学计量关系推算，则COD:N:P = 200:5:1。在厌氧生物处理中，除了C、N、P等营养物是微生物细胞合成所必需的外，某些无机盐类虽然在微生物细胞体内存在甚微，但对维持微生物的生长、繁殖及反应器中微生物培养阶段的稳定运行都极为重要。

本项目中EGSB反应器尺寸为φ2 × 7 m，采用碳钢防腐，处于常温下运行。废液、污泥和剩余有机物通过污水泵注入EGSB底部布水器，在生成气体和上升水流的带动下继续升流，废液、废气、污泥在EGSB顶部三相分离器作用下实现分离。塔外配有循环泵，连接EGSB上层和底层，部分废液从上至下通过循环泵，实现外循环。既能降低进水浓度，也能加速水流上升速度，使EGSB内颗粒污泥膨胀效果更好。

(一) EGSB反应器的启动：EGSB反应器是否能有效稳定运行，很大程度取决于其内部的污泥性能。污泥最好能达到颗粒状，说明内部的厌氧菌群活跃且有效 [10] 。污泥的接种来自合肥市一家污水处理厂，通过专业运输车辆拉入项目现场。在接种好污泥后，需等待一段时间至EGSB反应器内部系统趋于稳定后进行EGSB的调试。

(二) EGSB反应器的调试：对于EGSB的调试主要考察其COD、SS、pH的去除效果。每隔一周检测其进水口和出水口的COD、SS、pH等各项参数。

3.2. EGSB反应器对餐厨垃圾废液的处理效果

本项目检测了自2022年2月17日至5月26日各项污染物经EGSB餐厨垃圾废液的数据如表5。

表5. 2022年2月17日至5月26日各项污染物经EGSB餐厨垃圾渗滤液监测数据表

图2. EGSB反应器进水、出水COD浓度及去除率

由图2，图3可看出，EGSB反应器在常温下接种城市污水处理厂污泥后能正常启动运行，对于COD，SS的去除有十分优秀且稳定的效果，其中EGSB反应器在常温下对餐厨垃圾废液的COD去除率在80%~90%，对SS的去除率在62%~75%。

图3. EGSB反应器进水、出水SS浓度及去除率

EGSB反应器内pH的变化：由表5可知，餐厨垃圾废液由调节池经污水提升泵导入EGSB反应器后，pH值会有一个降低的过程，这是因为EGSB反应器内产乙酸菌的繁殖和有机酸的积累导致。日常检测中需要及时掌握EGSB反应器内pH值得变化，EGSB反应器内水解菌和产酸菌对pH值有较大的适应范围，大多数这类细菌可在pH值为5.0至8.5范围内生长良好，但产甲烷菌对pH值较为敏感，适宜的生长pH环境在6.5至7.8范围内 [11] 。所以对EGSB反应器内pH值的控制应该在此范围内，保证其正常生长繁殖。为保证EGSB反应器内pH值保持稳定状态，可向其内添加Na₂CO₃，NaHCO₃，NaOH等。

3.3. AAO-AO一体化设备选取与启动

图4. AAO-AO结构示意图

表6. 2022年2月17日至5月26日各项污染物经AAO-AO餐厨垃圾渗滤液监测数据表

AAO-AO一体化设备总尺寸(L × B × H)为7 m × 2 m × 3 m，见图4。依次分为厌氧池、缺氧1池、好氧1池、缺氧2池、好氧2池、沉淀1池，沉淀2池、清水池。厌氧池(DO < 0.2 mg/L)有利于聚磷菌的生长繁殖，并进行厌氧释磷作用。接着进入缺氧池(0.2 mg/L < DO < 0.5 mg/L)进行反硝化，脱氮并生成氮气。废液进入好氧池，在异养菌等作用下进行硝化作用，废液中大量氨氮被转化为NO²⁻和NO³⁻。好氧1，2池至缺氧1，2池配有内回流管，形成内循环作用，沉淀1池至缺氧1池也配有回流管，形成污泥回流循环(外循环)。

对于AAO-AO一体化设备的接种同样选取来自合肥市污水处理厂的污泥，污泥的培养方式选择闷曝+ 静沉 + 进水 [12] ，该方法可以为污泥中的细菌微生物等提供缓冲适应能力，使其尽快适应AAO-AO一体化设备中的污水环境。其体系中的污泥会由多减少再增多，污泥的状态也会由絮状慢慢转化为颗粒状，即代表体系中的污泥已适应新体系并能提高处理能力。此套AAO-AO一体化设备 [3] 设定进水流量Q = 5 m³/d，污泥回流比为80%，内回流比为200%，好氧池混合液浓度MLSS为4000 mg/L，MLVSS为2800 mg/L，AAO-AO池中水力停留时间(HRT)为14 h。经对AAO-AO进水污染物浓度和出水污染物浓度在2022年2月17日至5月26日的监测，得到表6。其中除BOD两周一测外，其余COD，NH3-N，TN，TP，SS，pH均为一周一测。

图5. AAO-AO一体化设备反应器进水、出水COD浓度及去除率

图6. AAO-AO一体化设备反应器进水、出水NH₃-N浓度及去除率

图7. AAO-AO一体化设备反应器进水、出水TN浓度及去除率

图8. AAO-AO一体化设备反应器进水、出水TP浓度及去除率

图5~图8分别为自2022年2月17至5月26日AAO-AO一体化设备反应器COD，NH₃-N，TN，TP进水、出水浓度及去除率，其中AAO-AO一体化设备对进水废液COD的去除率在89.75%~93.13之间，对进水废液NH₃-N的去除率在92.51%~97.34%之间，对进水废液TN的去除率在91.42%~97.75%之间，对进水废液TP的去除率在87.50%~98.25%之间。

AAO-AO一体化设备中不同的水池对于餐厨垃圾废液中污染物的去除也不同，主要可划分为好氧池对NH3-N的去除，缺氧池对TN，TP的去除，整体对于废液中COD的去除。各水池内部占优生长的细菌也不同，但由于整个AAO-AO一体化设备内部是联通的，也就意味着，其内部适宜细菌的生存条件达到了动态平衡，这一点是十分重要的。在动态平衡下，各缺氧池，厌氧池，好氧池内部优势细菌虽不同，但对于餐厨垃圾废液的处理却带来了各自的优势。

4. 成本经济分析

本项目每天处理餐厨垃圾废液为5 m³，项目总投资105万，包括设备投资80万，厂房25万。平均日耗电240度，维修费为1.2万/年。投加的PAC为0.012元/m³ (PAC单价为2.4元/kg)，PAM为0.07元/m³ (PAM单价为10元/kg)。日常运行人员2名，负责垃圾运输，分拣与日常餐厨垃圾处理站的管理。

5. 存在问题及展望

在整个工艺处理过程中，会出现餐厨垃圾进料种类差异大，导致各种污染物浓度起伏较大；季节变化，温度差异影响个处理单元内细菌的活性；人工操作不规范等等。基于此类问题，未来仍需重点做好以下几点：

(一) 需对收集的餐厨垃圾产生的废液定时抽检，如若污染物浓度过大，需及时进行稀释，防止其对后续生化处理造成破坏性影响。

(二) 对管理人员需进行机器操作培训，规范日常操作，及时发现问题。

(三) 调节池中需要调节废液的pH和温度。pH和废液温度均会影响EGSB和A²O-AO一体化设备中细菌和酶的活性。从而造成后续生化处理系统的不稳定性。对关键性处理单元如EGSB，A²O-AO一体机做好保温措施，为其内部细菌营造适宜温度条件。

(四) 可通过PLC系统控制EGSB与A²O-AO一体化设备的进、出废液量和曝气时间的调控，直至达到处理最优效果，从而提升整个系统的稳定性。

(五) 定期对A²O-AO一体化设备中的厌氧池、缺氧池、好氧池，进行取样检测，查看各水池状态包括水温，pH，气味变化、污泥沉降比、污泥龄、DO等。

6. 结论

此小型餐厨垃圾处理厂采用EGSB/A²O-AO生化强化处理的方式，此套工艺为餐厨垃圾分布式小型化处理，相较于大型餐厨垃圾处理厂具有占地面积小，投资及运行成本较低及减少运输过程中二次污染等特点，适用于公司，机关单位，学校食堂就地快速解决餐厨垃圾渗滤液。对餐厨垃圾渗滤液处理效果明显，EGSB反应器在常温下对餐厨垃圾废液的COD去除率为80%~90%，对SS的去除率为62%~75%。AAO-AO一体化设备对进水废液COD的去除率在89.75%~93.13之间，对进水废液NH₃-N的去除率在92.51%~97.34%之间，对进水废液TN的去除率在91.42%~97.75%之间，对进水废液TP的去除率在87.50%~98.25%之间。最终出水满足《污水排入城镇下水道水质标准》，且最终出水满足《污水排入城镇下水道水质标准》(GB/T 31963-2015)。

文章引用

曾兆宇,胡友彪. EGSB串联AAO-AO处理餐厨垃圾废液的研究
Study on EGSB Series AAO-AO Treatment of Kitchen Garbage Waste Liquid[J]. 环境保护前沿, 2023, 13(02): 395-404. https://doi.org/10.12677/AEP.2023.132050

参考文献