污泥和餐廚垃圾協(xié)同厭氧發(fā)酵沼液脫氮工藝的選擇——以九江市城鎮(zhèn)污泥和餐廚垃圾處理處置工程為例摘要：在城鎮(zhèn)污泥與餐廚垃圾協(xié)同處理處置工程中，常選用“厭氧消化”工藝作為主工藝步驟。由于餐廚垃圾的加入，導(dǎo)致厭氧消化沼液脫水清液具有總氮氨氮濃度很高的特征。為保障沼液的下一步處理工藝有效、經(jīng)濟(jì)，避免碳源的過度投加，需在生化反應(yīng)前加入脫氮工藝。經(jīng)工藝比較，選用原位pH脫氨技術(shù)作為前置脫氮工藝。關(guān)鍵詞：污泥處置；消化沼液；高氮廢水；脫氮處理；原位pH脫氨技術(shù)1工程簡介九江市城鎮(zhèn)污泥和餐廚垃圾處理處置工程設(shè)計規(guī)模為150t/d污泥（含水率80%）和200t/d餐廚垃圾。涉及的主要處理工藝流程有：預(yù)處理、厭氧消化、沼渣脫水及干化、濾液處理、沼氣利用等。痕處片!初Q星卷JS誹擠軸Ji相br-^KMMJL-di汗*申5W低制「化痕處片!初Q星卷JS誹擠軸Ji相br-^KMMJL-di汗*申5W低制「化弒凹收i?篩??-r—榔r戎屯ft焙"爐■—水處用牛產(chǎn)席MBRIR.WS圖1總體工藝流程圖在濾液處理工藝環(huán)節(jié)中，由于餐廚垃圾中蛋白質(zhì)含量較高，經(jīng)過厭氧消化后轉(zhuǎn)化為氨氮，沼液脫水清液總氮、氨氮濃度較高，氨氮濃度一般在1500mg/L以上，要求處理工藝具備較高的脫氮能力。2污水處理規(guī)模由物料平衡計算，本工程經(jīng)厭氧發(fā)酵后，產(chǎn)生沼渣147.74t/d、沼液404.16t/d；沼渣經(jīng)干化處理產(chǎn)生的冷凝水一并納入沼液進(jìn)行污水處理。因此本工程污水設(shè)計規(guī)模為500t/d，包括調(diào)節(jié)池、混凝沉淀預(yù)處理、氣浮預(yù)處理及氨汽提預(yù)處理等單元。除此之外，本工程生產(chǎn)廢水還包括車間地面及設(shè)備沖洗水、廢氣洗滌廢水等，因此本工程生物處理單元后設(shè)計規(guī)模均為600t/d，包括兩級A/O、MBR、超濾系統(tǒng)等處理單元。綜上，本工程水處理預(yù)處理單元設(shè)計規(guī)模500t/d，預(yù)處理單元后設(shè)計規(guī)模600t/d。3、設(shè)計進(jìn)水水質(zhì)由類似工程項目運行數(shù)據(jù)可知，鎮(zhèn)江市餐廚廢棄物及生活污泥協(xié)同處理一期項目沼液COD范圍在1100~9820mg/L之間、氨氮在522~1250mg/L之間、總氮在951~2000mg/L之間、總磷在17.1~50.9mg/L之間。浙江桐廬縣餐廚垃圾資源化和無害化處置項目水質(zhì)數(shù)據(jù)如下：COD范圍在5210~16833mg/L之間、氨氮在1165~1370之間、總氮在1319~2020之間。因此根據(jù)以往項目運行情況及相關(guān)數(shù)據(jù)，確定本項目的濾液水質(zhì)如下：表1濾液水質(zhì)指標(biāo)TNSS指標(biāo)NH-CODBOD 3TNSSmg/L) 51200數(shù)值600015002000200004高氨氮沼液處理的問題在初始方案論證中，污水處理擬采用“預(yù)處理+兩級A/0生化+超濾”工藝，考慮到實際水質(zhì)特點，混凝、氣浮對原水中懸浮物去除效果較好，但是難以去除氨氮，后端生化池的氨氮負(fù)荷仍然很高，去除高氨氮需額外消耗大量碳源，加藥成本高昂。因此，本工程廢水處理的難點主要在與脫氮。脫氮工藝主要有傳統(tǒng)的生物硝化-反硝化工藝、厭氧氨氧化工藝或氨汽提+銨鹽回收的工藝。傳統(tǒng)的生物脫氮由硝化和反硝化兩部分組成。硝化過程是在好氧條件下，亞硝化菌和硝化菌將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮或硝態(tài)氮；反硝化過程是通過異養(yǎng)反硝化細(xì)菌在缺氧環(huán)境下以有機(jī)氮源為電子供體將硝化過程中產(chǎn)生的亞硝態(tài)氮或硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為N。25沼液脫氮工藝的比選目前脫氮去除工藝包括生物法和物理化學(xué)法。5.1厭氧氨氧化法厭氧氨氧化是一種創(chuàng)新型生物脫氮工藝技術(shù)，該工藝是在氧限制條件下，先由亞硝化細(xì)菌將氨氧化為亞硝酸鹽，再通過厭氧氨氧化細(xì)菌利用已生成的亞硝酸鹽去氧化氨，直接生成氮氣，以達(dá)到脫氮的目的。厭氧氨氧化技術(shù)是二十一世紀(jì)最具創(chuàng)新力的污水脫氮技術(shù)之一，其脫氮成本與其他技術(shù)相比具有極大的優(yōu)勢。脫氮過程的反應(yīng)機(jī)理如下：NH++1.32N0-+0.066HC0-+0.13H+—1.02N+0.26N+4 2 3 2O-+0.066CHON+2.03HO

與傳統(tǒng)生物脫氮工藝相比，厭氧氨氧化工藝具有以下優(yōu)點：反應(yīng)只消耗CO和HCO-,無需外加有機(jī)碳源作為電子供體，在節(jié)約成本23的同時，防止了投加碳源產(chǎn)生的二次污染；只需將進(jìn)水中部分氨氮氧化為亞硝酸氮，節(jié)省了供氧動力消耗，比傳統(tǒng)硝化反硝化工藝可節(jié)約60%的能耗；反應(yīng)過程中幾乎不產(chǎn)生NO，避免了其他工藝中產(chǎn)生的溫室氣體排放;2污泥產(chǎn)生量降低90%;脫氮效率高，氨氮去除效率可達(dá)到90%，總氮去除效率可達(dá)到80%。■USE圖1厭氧氨氧化原理示意圖8”1t仙g1molNOij0.5阿他40IDOSO■USE圖1厭氧氨氧化原理示意圖8”1t仙g1molNOij0.5阿他40IDOSO8070」60-50Kon^nhoineilenenevifcH?metbanoli卬潯tludlfiO冷g傳址工莒 oatofiXi圖2厭氧氨氧化工藝與傳統(tǒng)工藝消耗品對比厭氧氨氧化工藝的主要形式包括一體式和兩段式。一體式是指通過控制溶解氧，在一個反應(yīng)器內(nèi)實現(xiàn)好氧氨氧化菌和厭氧氨氧化菌的富集，好氧氨氧化菌將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮的同時厭氧氨氧化菌利用亞硝氧化氨氮為氮氣。兩段式指通利用SBR工藝或Sharon工藝氧化50%的氨氮為亞硝態(tài)氮，其出水進(jìn)入?yún)捬醢毖趸磻?yīng)器，氨氮和亞硝酸鹽被厭氧氨氧化菌轉(zhuǎn)化為氮氣。一體式的優(yōu)點在于操作運行方面，啟動時間迅速，亞硝酸鹽濃度可控。一體式釋放的氧化亞氮可能高于常規(guī)的硝化反硝化工藝，但是由于節(jié)省了曝氣能耗和反硝化碳源，整個工藝的溫室氣體排放較常規(guī)處理工藝減少。兩段式的厭氧氨氧化反應(yīng)中，AOB和厭氧氨氧化菌各自生存條件適宜，可以達(dá)到很高的負(fù)荷，但是氧化亞氮的釋放要多于一體式厭氧氨氧化工藝。厭氧氨氧化工藝也存在一定缺點：啟動周期長，購買接種菌液單價高昂；工藝運行對水質(zhì)和設(shè)備穩(wěn)定性、自控系統(tǒng)精度和技術(shù)人員的要求較高，且一旦出現(xiàn)意外導(dǎo)致氨氧化菌量受到較大影響，重新恢復(fù)穩(wěn)定運行需要的周期較長；必須精確調(diào)控，保證嚴(yán)格的反應(yīng)條件，控制氨氮與亞硝酸鹽比例；氨氧化菌對亞硝酸鹽抑制較敏感，嚴(yán)格控制亞硝酸鹽濃度；兩段式工藝調(diào)控難度小，但需投加酸堿藥劑，一體式工藝無需投加酸堿藥劑但調(diào)控難度大。此外，雖然厭氧氨氧化用于污泥厭氧消化沼液處理已有工程化案例，但本工程處理物料餐廚廢棄物的比例較高，沼液中含鹽量將高于傳統(tǒng)污泥厭氧消化沼液的含鹽量，厭氧氨氧化工藝的穩(wěn)定性存在一定的風(fēng)險。5.2物理化學(xué)法目前，國內(nèi)外可應(yīng)用于厭氧消化液的化學(xué)脫氨技術(shù)包括：吹脫法、常規(guī)蒸氨法、膜分離法、化學(xué)沉淀法、氧化還原法等；其中膜分離法主要適用于較清潔廢水，不適用于厭氧消化液這樣復(fù)雜渾濁的廢水；化學(xué)沉淀法主要利用化學(xué)藥劑與氨氮形成沉淀，其運行成本較高，且容易產(chǎn)生二次污染；氧化還原法主要利用氧化還原的原理，將水中氨氮形成氮氣去除，其會造成資源的浪費，運行成本高，且高級氧化還原法仍未完全成熟；生物法主要利用硝化與反硝化細(xì)菌實現(xiàn)氨氮的分解去除，但厭氧消化液中氨氮濃度過高，不利于細(xì)菌的生長。故目前，能應(yīng)用于厭氧消化液的簡單、高效、成熟的脫氨技術(shù)主要為厭氧消化液原位pH脫氨技術(shù)、吹脫法、常規(guī)蒸氨法。現(xiàn)將各方法進(jìn)行簡單的對比。5.2.1厭氧消化液原位pH脫氨技術(shù)厭氧消化液原位pH脫氨技術(shù)表現(xiàn)為雙塔負(fù)壓汽提塔的形式，利用氣液相分離系數(shù)的不同，使厭氧消化液中的氨氮及二氧化碳傳遞至氣相中，從而實現(xiàn)去除厭氧消化液中氨氮的目的。其主要特點為：1.負(fù)壓狀態(tài)下運行，強(qiáng)化氣液相的分離平衡，厭氧消化液中氨氮及二氧化碳更易脫出，蒸汽耗量50-90kg/t；水2.原位pH脫氨，無需添加任何堿液，不增加厭氧消化液的鹽濃度，氨氮去除率80-98%；3.后續(xù)生化無需添加碳源，大大降低運行成；4.減少后續(xù)生化周期，在后續(xù)采用生處理的條件下，生化處理能力可提高35%以上；5.厭氧消化液經(jīng)處理后，電導(dǎo)率下降，總硬度下降，可將最終產(chǎn)水率從85%提升至95%左右；回收合格品碳酸氫銨，純度高，便于儲存、運輸，增加額外收益；7.由于厭氧消化液中含有大量總硬度，脂肪酸、有機(jī)物等，在脫氨過程中會形成沉淀析出，厭氧消化液原位pH脫氨技術(shù)采用自清潔塔板，防止塔板堵塞，保證雙塔的高效穩(wěn)定運行，運行周期10-30天清洗一次。5.2.2吹脫法吹脫法是將空氣作為氣相，利用氣液相的分離平衡，通過空氣與厭氧消化液的接觸，實現(xiàn)厭氧消化液中氨氮和二氧化碳的脫出。其主要特點為：1.吹脫法常規(guī)參數(shù)為PH9.5以上，溫度40°C以上，氣液比±2000:1；2.吹脫塔常采用填料塔或板式塔，但對于厭氧消化液高SS,易沉淀析出的特性,極易產(chǎn)生堵塞；3.不消耗蒸汽，僅耗電；4.僅能回收銨鹽溶液，如硫酸銨，無法回收氨水、碳酸氫銨。5.2.3常規(guī)蒸氨法常規(guī)蒸氨法是在常壓條件下，利用蒸汽熱量及氣液相的分離系數(shù)，實現(xiàn)消化液中氨氮的去除。其主要特點為：常壓或微正壓下運行，蒸汽耗量130-150kg/t；塔板極易堵塞，運行周期約0.5-2天需清洗一次；3.需添加堿液，且由于消化液中堿度極高，加堿量增加，運行成本高；4.回收氨水，但氨水中含有碳酸氫根離子，消化液中易揮發(fā)組分，純度低，儲存、運輸不易。通過上述各技術(shù)的說明對比，厭氧消化液原位pH脫氨技術(shù)針對餐廚垃圾厭氧消化液具有獨特的優(yōu)勢，為了能更清晰、直觀的進(jìn)行對比，各脫氨技術(shù)的特點總結(jié)如下表：表2脫氨技術(shù)對比表項目原位pH脫氨技術(shù)吹脫法常規(guī)蒸氨法規(guī)雙塔（解析塔、脫單塔（吹脫單塔（蒸氨塔）格形式氨塔）塔）內(nèi)自清潔塔板板式塔板或填板式塔板或其他部結(jié)構(gòu)料塔板性工作壓力：-工作壓力：微工作壓力：正壓能參數(shù)0.05?-0.08MPa正壓或微正壓工作溫度：60-工作溫度：工作溫度：85-

氣相介質(zhì)蒸汽、70-100kg/t水空氣、氣液比2000:1蒸汽、130-150kg/t水回收物質(zhì)合格品碳酸氫銨（雜質(zhì)＜0.5%、水W2%）、易儲存、運輸、外銷硫酸銨溶液等強(qiáng)酸溶液、儲存、運輸、外銷困難，且為酸性溶液氨水（含有碳酸氫銨、易揮發(fā)組分等）、儲存、運輸、外銷困難運行周期10-30天、清洗簡單1-2d、清洗困難0.5-2天、清洗簡單回流方式全回流，不受水質(zhì)影響部分回流，受水質(zhì)影響氨氮去除率原位脫氨去除率85-96%,加少量堿時氨氮降至5mg/L以下需加堿、±95%需加堿、三99%氣液相分離平衡氣液相分離平衡氣液相分離平衡

氣液相分離平衡氣液相分離平衡氣液相分離平衡綜上所述，通過對比發(fā)現(xiàn)厭氧消化液原位pH脫氨技術(shù)（簡稱“氨汽提”）針對餐廚垃圾厭氧消化液的脫氨處理具有極大的先進(jìn)性。本工程濾液為污泥和餐廚垃圾厭氧消化后的濾液，氨氮含量極高，含鹽率較高，運行維護(hù)穩(wěn)定性存在較大風(fēng)險，最終選擇采用氨汽提工藝進(jìn)行預(yù)處理，降低氨氮負(fù)荷后通過傳統(tǒng)硝化反硝化工藝進(jìn)行脫氮。本工程污水處理規(guī)模600m3/d，其中氨汽提規(guī)模按照500m3/d進(jìn)行設(shè)計。6結(jié)語在城鎮(zhèn)污泥與餐廚垃圾協(xié)同厭氧發(fā)酵工程中，由于餐廚垃圾的加入使得厭氧消化后的沼液具有高氮、高鹽等特征。對于沼液有必要先行實施脫氮處理，以保障后續(xù)生化處理單元的正常運行。經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，原位pH脫氨技術(shù)(簡稱“氨汽提”)具有運行成本低、穩(wěn)定性高、自動化高、不易堵塞等技術(shù)特點，且相較于厭氧氨氧化法可避免污水高含鹽量帶來的運行穩(wěn)定性風(fēng)險。參考文獻(xiàn)陳恒寶,許立群,