厨余垃圾处理项目生化工艺设计分析

崔文静，丁 晓，陆敏博

（悉地（苏州）勘察设计顾问有限公司，江苏 苏州 215125）

根据《苏州市生活垃圾分类管理条例》，厨余垃圾包含家庭厨余垃圾和农副产品集贸市场产生的有机垃圾。2020年，苏州市辖区生活垃圾产生量约为7 300 t/d，其中，厨余垃圾产生量超过2 700 t/d。厨余垃圾的不断增长引发了一系列的环境问题和经济问题。如何有效实现厨余垃圾减量化成为解决城市生活垃圾这一重大环境问题的关键。

苏州自2020年6月1日起施行生活垃圾分类管理，厨余垃圾单独分类收集，这给厨余垃圾处理技术的研究发展提供了稳定的样本，可以根据厨余垃圾的特点应用更加有效的处理工艺。苏州某有机垃圾处理项目在这种背景下应运而生。该项目采用好氧微生物生化处理工艺，将厨余垃圾中的有机质分解转化为废水，废水经处理后达到纳管标准排放。本文分析该项目的工艺设计，以期为厨余垃圾处理提供参考。

1 项目概述

本项目用地面积约为2 220 m，总建筑面积约为2 200 m。地上有两层，其中，一层分为卸料区、预处理区和废水处理区，二层分为生化处理车间、中央控制室及办公区。另外，室外设有1 座污水调节池和1 座污泥池。本项目采用好氧微生物生化处理工艺，通过特殊驯化的微生物菌群在好氧条件下将有机垃圾中的有机质降解为水，整个工艺包括计量与预处理系统、生化处理系统、废水处理系统和除臭系统等，工艺流程如图1 所示。本项目日处理厨余垃圾100 t，其中，有机类物质含量不小于80%，含水率为60%～80%。

图1 厨余垃圾处理工艺流程

2 系统设计

2.1 计量与预处理系统

本项目设动态地磅和地磅控制室，采用双计量方式，垃圾收运车进、出站各计重一次。测量数据可直接传送至控制室记录在数据库中，方便数据研究及统计查找。预处理系统包括进料、油水分离、人工分拣和破碎分离等。

参考《生活垃圾转运站技术规范》（CJJ/T 47—2016），每日收运高峰段为4 h，高峰段垃圾量占日总量的70%。苏州住宅小区每日收集垃圾的时段为早晨2 h、傍晚2 h，一天共计4 h。本项目垃圾预处理系统的高峰时段处理量为70 t，时长为4 h，早晚各2 h，即每日早晚高峰段各处理35 t。接料斗设计容积为20 m，即每小时可接收20 t 左右的垃圾（厨余垃圾含水量高，比重接近1），其他预处理设备最大处理量为15 t/h。接料斗具有一定储存能力，其他预处理设备可按照相对小一点的设计参数取值，即可满足要求。

人工分拣平台的设置用以弥补或预防垃圾分类不完全，人工分拣将玻璃、易拉罐、瓷器和塑料等大块无机物捡出。厨余垃圾经初分、隔油、分离，最终破碎成粒径20 mm 以下的浆料。以有机质物料为主的浆料通过柱塞泵和无轴螺旋输送机输送至后续生化处理设备内；以无机质物料为主的废渣约占10%，外排处置。该项目运行中，每日分离出油脂约200 L，这与垃圾来源有关，本项目的物料均为普通居民家庭的厨余垃圾，相比餐饮垃圾，其油脂含量较小。

2.2 生化处理系统

生化处理机是好氧微生物生化处理工艺的主体，也是核心处理设备。其中含有大量经特殊驯化培育的微生物菌群和辅酶，在32 ～35 ℃的好氧环境下，24 h 内将有机质分解转化成废水。本项目运行中，有机质减量率超过90%，最高可达95%。剩余不能分解的少量物料成为残渣，排出设备，作为固废外运处理。生化处理机运行过程中需要不断补水，机内设置搅拌装置和加热装置，可以促进反应和维持设计温度。生化处理机的设计参数如表1所示。

表1 生化处理机设计参数

该工艺降解时间短，反应温度低，反应条件易于控制和维持，耗电量为20 ～40 kW·h/t。生化处理机采用环保高分子材料作为填料，微生物菌群附着在填料上，以确保微生物菌群的有效性。为保证降解效果，微生物菌群需要每年补充一次。本项目共设置20 台生化处理机，每台平均处理量为5 t/d，物料依次输送到20 台生化处理机中。最终产物为废水，包括降解后的85 t 左右的原浆料产生的废水以及生化处理机补充的100 t（最高日）左右的新鲜水，经收集后排入废水处理系统。

2.3 废水处理系统

厨余垃圾经生化处理后产生的废水采用气浮+高级氧化+生态式膜生物反应器（eMBR）组合工艺进行处理，并配有可编程逻辑控制器（PLC）自动控制系统。因本项目生化段产生的废水不大于185 m/d，废水处理工艺的设计处理水量取200 m/d。废水处理工艺流程如图2 所示。主要监测指标有化学需氧量（COD）、五日生化需氧量（BOD）、悬浮物（SS）、氨氮（NH-N）、总磷（TP）和油类。高级氧化设有絮凝沉淀单元和芬顿氧化单元，用以去除水中难降解有机物。其利用·OH自由基的强氧化能力降解有机物，反应速度快，最终产物为CO、HO 等，不会产生二次污染。

图2 废水处理工艺流程

根据已有项目的监测数据，厨余垃圾生化处理后产生的废水COD 为15 000 ～22 000 mg/L，BOD为3 000 ～13 000 mg/L，SS 为12 000 ～18 400 mg/L，NH-N 为200 ～530 mg/L，油类小于100 mg/L，TP少量检出。设计时适当考虑余量，废水处理工艺设计进水水质如表2 所示，出水执行《污水排入城镇下水道水质标准》（GB/T 31962—2015）的纳管标准。

表2 废水处理工艺设计进水水质

本项目采用一体化废水处理设备，各个主要处理段的设备参数如表3 所示。生化水解设备含有混凝沉淀单元、强氧化单元等。本项目运行以来，2021年7月7日监测的COD 和SS 均最高，其余基本都维持在均值左右。以COD 最高值水样为例，各个处理阶段水质参数如表4 所示。从表4 可以看出，运行阶段COD 浓度达到最高值时，出水COD、SS、NH-N 等均满足《污水排入城镇下水道水质标准》 （GB/T 31962—2015）的纳管标准。另外，该项目污泥排入室外污泥池，最终外运处置。

表3 废水处理设备参数

表4 废水处理工艺运行结果

2.4 除臭系统

厨余垃圾异味重，在整个处理过程中，尤其是生化处理阶段会产生大量恶臭气体。本项目各区除臭设计风量如表5 所示。换气频率的取值参照《餐厨垃圾处理技术规范》（CJJ 184—2012），根据前期调研结果，适当提高。本项目采用3 套系统进行除臭，改善作业环境。

表5 除臭设计风量

2.4.1 末端臭气收集与洗涤处理系统

该系统采用两级植物液洗涤+光催化组合工艺。在垃圾收运车卸料装置上方、料坑上方、湿垃圾分拣设备上方、生化处理区上方和废水处理区上方均布置风口，有重点地集中收集垃圾处理设备产生的臭气。被收集的臭气输送至植物液洗涤除臭设备进行处理，最终被分解或吸收，脱臭效率可超过99%。处理后的废气最终通过高度在15 m 以上的排气筒排放至大气中，排放量满足《恶臭污染物排放标准》（GB 14554—1993）的二级标准。

2.4.2 空间雾化除臭系统

该系统对除臭系统起到辅助加强作用，可以改善本项目的工作环境，降低空间内的臭气浓度。在垃圾预处理区、生化处理区及废水处理区房间四周墙面布置雾化喷嘴，喷嘴间距为2 ～3 m。

2.4.3 离子送新风系统

该系统从源头上降低臭气浓度，改善作业环境。本项目设置2 套离子送新风系统，单台设备设计新风量为20 000 m/h。

3 结论

好氧微生物生化处理工艺虽然有效地实现了厨余垃圾的减量化，但是无附属产品可以资源化利用，菌种需要定期补充。实现菌种的持续自然增长和附属菌剂产品的开发有待进一步研究。生化处理机运行过程中需要大量补水，若可以利用回流污水，则可降低新鲜水的补水量，利于节水节能。生化处理阶段会产生大量臭气，生化处理机能否集除臭于一体有待开发，这样不仅可以改善作业环境，而且利于后续除臭。

好氧微生物生化处理工艺的运行效果依托于前期的垃圾分类，分类程度高，进料杂质少，生化处理效果就好。该工艺应用灵活，适用规模范围广，从几吨到几百吨都可以处理。垃圾可以就地处理，也可以收运后集中处理。废水处理采用气浮+高级氧化+ 生态式膜生物反应器组合工艺，出水满足《污水排入城镇下水道水质标准》（GB/T 31962—2015）的纳管标准；臭气处理采用两级植物液洗涤+光催化组合工艺，最终废气排放满足《恶臭污染物排放标准》 （GB 14554—1993）的二级标准。此处理工艺对厨余垃圾的含水率没有要求，适合处理厨余垃圾这种含水率高、有机质含量高的废物。同时，将厨余垃圾从填埋处理中分流出来，可以减轻填埋场的负担，延长填埋场的使用年限。该项目运营人员为4 人。平均处理成本约为200 元/t，耗电量为70 ～100 kW·h/t，耗水量为1.3 t/t。其中，除臭系统用电量较大，占总用电量的一半左右。