餐厨垃圾厌氧沼液预处理的脱水药剂效果对比研究

曹永建

摘要：目前，我国餐厨垃圾一般使用湿式厌氧发酵工艺进行处理。厌氧反应器内部的总固体浓度一般控制在3%左右，厌氧发酵处理后沼液的总固体浓度一般也在3%。沼液一般含有辣椒籽和纤维等杂物，悬浮物浓度高，影响污水的深度处理，所以沼液要进行预处理，然后才能进行深度处理。沼液预处理工艺主要有物理过滤和沉淀，板框压滤和离心处理需要添加助凝剂和絮凝剂，才能取得较好的效果。实际生产过程一般选择铁盐（FeCl3）、阳离子聚丙烯酰胺（PAM）和有机调理剂，三者联合使用。本文通过开展条件试验，对餐厨垃圾厌氧沼液进行预处理，对比3种脱水药剂组合使用的效果，从而明确最佳药剂组合，实现污水的深度处理。

关键词：餐厨垃圾；湿式厌氧发酵；沼液；预处理；脱水药剂

中图分类号：X799 文献标识码：A 文章编号：1008-9500（2023）11-00-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.11.004

Comparative Study on the Dehydration Agent Effect of Anaerobic Biogas Slurry Pretreatment for Kitchen Waste

CAO Yongjian

（Guangzhou Langkun Environment Technology Co.， Ltd.， Guangzhou 510530， China）

Abstract： At present， kitchen waste in China is generally treated by using wet anaerobic fermentation process. The total solid concentration inside the anaerobic reactor is generally controlled at around 3%， and the total solid concentration of the biogas slurry after anaerobic fermentation treatment is also generally at 3%. Biogas slurry generally contains impurities such as chili seeds and fibers， and the concentration of suspended solids is high， which affects the deep treatment of sewage， therefore， biogas slurry needs to be pretreated before deep treatment can be carried out. The pretreatment process of biogas slurry mainly includes physical filtration and sedimentation， while plate and frame pressure filtration and centrifugal treatment require the addition of coagulants and flocculants to achieve good results. In the actual production process， iron salts （FeCl3）， cationic polyacrylamide （PAM）， and organic conditioners are generally used in combination. Through conducting conditional experiments， this paper conducts pretreatment of anaerobic biogas slurry from kitchen waste， compares the effect of three dehydration agent combinations， and determines the optimal agent combination to achieve deep treatment of sewage.

Keywords： kitchen waste; wet anaerobic fermentation; biogas slurry; pretreatment; dehydration agent

隨着我国垃圾分类政策的出台，餐厨垃圾处理成为环境保护领域的热点之一。餐厨垃圾具有高有机质和高含水率，国内外普遍使用中温的湿式厌氧发酵工艺进行处理。厌氧发酵处理后，沼液具有高氨氮（NH3-N）、高悬浮物（SS）和高化学需氧量（COD）的特点，使得沼液处理成本成为餐厨垃圾处理的关注重点之一。减少产水比是降低沼液处理成本的重要手段，提高进料浓度和厌氧反应器内部浓度是关键的生产工艺手段，厌氧反应器内总固体（TS）浓度一般控制在3%左右，可允许的进料TS浓度在12%左右。

餐厨垃圾预处理的常规工艺流程为：大件杂物分选，破碎制浆，除砂和提油。浆料粒径可达8 mm，餐厨垃圾中常见的辣椒籽、纤维和塑料片等都会进入后端厌氧发酵系统。沼液SS浓度高，必须经过预处理才能进行后续处理，预处理为餐厨垃圾处理的一个环节。如果处理后含水率控制在65%以下，泥饼可作为有机肥的生产原料。常见的沼液预处理工艺有物理过滤和沉淀，为了取得较好的效果，板框压滤和离心处理过程都要添加助凝剂和絮凝剂[1]。生产过程一般选择铁盐（FeCl3）、阳离子聚丙烯酰胺（PAM）和有机调理剂，三者联合使用。药剂使用对处理效果和成本有很大的影响，研究不同药剂的使用效果显得尤为重要。本文通过开展条件试验，对餐厨垃圾厌氧沼液进行预处理，对比3种脱水药剂组合使用的效果，明确最佳药剂组合，使得废水SS在1 000 mg/L以下，泥饼含水率能在65%以下，最终实现污水的深度处理。

1 试验部分

1.1 试验材料和仪器

厌氧沼液取自广州市朗坤环境科技有限公司。沼液温度为37 ℃，pH为7.62，TS浓度为2.13%，挥发性脂肪酸（VFA）浓度为470.5 mg/L，总碱度为12 437 mg/L，COD为5 290 mg/L，NH3-N浓度为3 418 mg/L。

试剂有铁盐、絮凝剂和有机调理剂。铁盐采用FeCl3，絮凝剂采用阳离子聚丙烯酰胺（PAM），有机调理剂为阳离子型。试验仪器有量杯、磁力搅拌器和板框压滤机等。

1.2 试验方法

经配制，FeCl3浓度为30%，PAM浓度为2‰，有机调理剂浓度为28%。经设计，药剂投加方案有3种。方案1的PAM添加量为6%，有机调理剂添加量为0%，FeCl3添加量分别为1%、1.5%和2%。方案2的FeCl3添加量为1.5%，有机调理剂添加量为0%，PAM添加量分别为4%、6%和8%。方案3的FeCl3添加量为0.5%，PAM添加量为6%，有机调理剂添加量分别为0.6‰、1.2‰和1.8‰。

各取300 mL厌氧沼液置于3组500 mL的量杯中，按照药剂投加方案，加入不同用量的药剂，然后放入磁力搅拌器进行搅拌，使其充分混合，再送入板框压滤机进行压滤处理，压力为1.5 MPa[2]。各药剂按次序添加，中间需要充分搅拌。所有药剂添加后，搅拌5 min，静置30 min，拍照并记录，以评定絮团情况，然后将污泥输送至板框压滤机进行压滤，取中间过程的废水测定SS，达到1.2 MPa的终点压滤压力后，卸压，取泥饼测定含水率。

根据《城市污水处理厂污泥检验方法》（CJ/T 221—2005），含水率的测定采用重量法。SS的测定采用《水质 悬浮物的测定 重量法》（GB 11901—1989）；pH的测定采用《水质 pH值的测定 玻璃电极法》（GB 6920—1986）；COD的测定采用《水质 化学需氧量的测定 快速消解分光光度法》（HJ/T 399—2007）；氨氮的测定采用《水质 氨氮的测定 蒸馏-中和滴定法》（HJ 537—2009）。

2 结果與分析

2.1 絮团情况评价

经对比试验，絮团情况评价结果如图1所示。方案1的FeCl3添加量为1.5%时，絮团情况非常好，泥水分离良好，水质透明度高；FeCl3添加量为1%时，絮团情况较好，泥水分离界面较为清晰，水质出现部分浑浊和浮泥；FeCl3添加量为2%时，添加量明显过大，水面出现FeCl3特有的棕色泡沫，絮团情况良好，泥水分离良好[3]。方案2的PAM添加量为6%时，絮团情况非常好，泥水分离良好，水质透明度高；PAM添加量为4%时，絮团情况一般，水质出现部分浑浊和浮泥；PAM添加量8%和添加量6%的基本情况一样，要结合泥饼含水率进行评价。与方案1和方案2相比，方案3的絮团情况一般，添加浓度1.2‰的调理剂时，污泥沉淀效果很好，要结合泥饼含水率进行综合评价。

2.2 水质和泥饼情况

经测定，各药剂投加方案对应的水质和泥饼含水率如表1所示。结果显示，FeCl3对降低沼液含水率有关键作用。厌氧沼液脱水与污泥脱水类似，污泥脱水有很多的影响因素，包括污泥颗粒的可压缩性、污泥结合水、污泥表面电荷和污泥胞外聚合物（EPS）等。其中，EPS约占污泥有机物总量的80%，为结合水提供黏附位点，束缚大量的结合水，阻止水从高黏度生物絮体的空隙中渗出，从而影响污泥固液分离和脱水。FeCl3能导致EPS浸出和细胞裂解，从而破坏污泥絮体结构。同时，蛋白质变性使得内部的疏水性基团暴露，增强污泥的疏水性[4]。但是，FeCl3具有很强的腐蚀性，铁离子容易与沼液中的阴离子结合生成沉淀，堵塞管道和设备。

PAM和调理剂都属于絮凝剂，可以使FeCl3分解的污泥絮体结构得到重构，通过降低过滤比阻提高污泥的过滤性能，但是泥饼颗粒在泥饼生长后的压力作用下变形，导致滤饼空隙闭合，进而降低污泥过滤能力。所以，过量添加絮凝剂反而导致泥饼含水率上升。

3 结论

经对比试验，FeCl3添加量为1.5%，PAM添加量为6%，有机调理剂添加量为0‰时，药剂投加能够获得含水率较低的泥饼，经济效益较好。为减少FeCl3对管道和设备的腐蚀和堵塞，可以使用部分调理剂替代铁盐，获得可以接受的泥饼含水率。

参考文献

1 孟伟忠.餐厨垃圾碳源资源化处置厌氧沼液的应用研究[J].广东化工，2023（11）：181-185.

2 祖 柱，李 娟，易志刚，等.餐厨垃圾厌氧发酵沼液处理技术的现状与展望[J].资源节约与环保，2023（2）：72-75.

3 曹 猛.预处理-AOAO-UF-Fenton-混凝沉淀处理餐厨废水[J].工业水处理，2022（12）：165-169.

4 汪昱昌，邹 婷，陆裕峰，等.餐厨垃圾高温厌氧消化启动和调试探究[J].环境卫生工程，2021（4）：46-51.