餐厨垃圾厌氧发酵沼液处理技术的现状与展望

祖 柱 李 娟 易志刚,＊ 谢 璨,2

（1 湖南仁和环境股份有限公司 湖南长沙 410005 2 湖南仁和环保科技有限公司 湖南长沙 410005）

引言

衣食住行一直是人们生存和生活最重要的四个方面，随着社会进步和经济高速发展，“食”这一要点对应的餐饮业得到迅猛发展，餐厨垃圾的产生量也随之急剧增加[1]。餐厨垃圾厌氧发酵沼液是指餐厨垃圾经过厌氧罐发酵后的出水，具有高有机物浓度、高氨氮含量、高总氮含量、成分复杂等特点，单一的工艺无法对其进行有效处理，目前国内通常采用“预处理+生化处理+深度处理”组合工艺[2]。餐厨垃圾厌氧发酵沼液的资源化利用技术在近年也被重点研究。本文将对餐厨垃圾厌氧发酵沼液两种处理方向已进行的探索和研究进行概括，并提出了针对餐厨垃圾厌氧发酵沼液的处理和利用技术的重点研究方向。

1 厌氧沼液达标排放处理工艺

餐厨垃圾厌氧发酵沼液参考水质情况见表1。对餐厨垃圾厌氧发酵沼液进行达标排放处理时，通常采用预处理+生化处理+深度处理的流程，使其达到污水综合排放标准三级标准。

表1 餐厨垃圾厌氧发酵沼液水质情况

1.1 预处理工艺

厌氧发酵沼液含有纤维杂质等悬浮物以及动植物油脂，预处理工艺作为餐厨垃圾厌氧发酵沼液处理的前端工艺，主要目的为去除这几类杂质，使后续生化处理环节的处理效果能被强化以及深度处理工艺能正常运行。

1.1.1 混凝法

混凝法是一种处理工业和生活废水最基础普遍的方法，具有操作简单、成本低等优势。冯一然等对取自北京市某猪场沼气工程发酵罐的沼液进行了研究。对比明矾、硫酸铝、PAC 的投加计量和价格，以及综合考虑三种混凝剂对沼液COD、浊度、SS 的处理效果和后续沉淀分离的效率，得出明矾是最适宜处理猪粪沼液的混凝剂[3]。在工程实际应用中，也将混凝法与其他方法一起结合作为预处理环节工艺。邬振江等人对河北省某餐厨垃圾处理厂进行了调研，其沼液净化工艺为：“二相固液分离→气浮→混凝沉淀→生化处理→膜处理”。预处理环节的工艺为“二相固液分离+气浮+混凝沉淀”，经过预处理后，沼液中86%以上的SS 可以被去除，28%以上的氨氮可以被去除[4]。混凝法作为一种不可或缺的废水处理技术，也是一种餐厨垃圾厌氧发酵沼液预处理工艺的恰当选择。

1.1.2 气浮法

在预处理工艺的选择中，气浮是一种常被选择的工艺，处理废水中密度接近水的悬浮颗粒、乳化油等。气浮法通常和其它方法结合一起作为预处理环节的工艺。气浮的工作原理为气浮机产生气泡携带悬浮物上升到水面，通过挡刮板实现悬浮物的去除。重庆合川350t/d 餐厨沼液处理项目中，即利用了格栅+隔油沉淀+气浮的方法对餐厨沼液进行预处理。通过预处理工艺环节去除餐厨沼液中较大的悬浮物、颗粒物、油脂[5]。

1.1.3 离心法

离心法原理为利用离心脱水机产生离心力，将物料所含水分脱离。胡鑫鑫等人在常州餐厨垃圾处理项目现有生产系统中布置一套离心脱水试验装置，用于处理沼液，根据实验数据来分析离心法对沼液的处理效果。实验结果为：厌氧出水中的COD 有一定程度下降，去除率在21%～31%左右。添加絮凝剂的情况下，整体去除SS 和COD 的效果较佳，但是离心法对于氨氮的去除能力几乎为零[6]。

1.1.4 螺旋挤压法

当餐厨垃圾厌氧沼液含固率高时，混凝沉淀和离心法等方法不再适合处理沼液，而螺旋挤压法更为适用。螺旋挤压法通过螺旋挤压脱水机实现，沼液从进料口进入，在挤压力作用下，水分和物料分别排出。云南某1500t/d 果蔬垃圾处理项目即采用格栅+螺旋挤压方法对沼液进行预处理，可大幅降低厌氧沼液的SS含量和杂物，且工艺简单经济[7]。

表2 预处理工艺的对比

1.2 生化处理工艺

1.2.1 AO 工艺

AO 工艺即厌氧-好氧法，是一种常用的建设和运行费用较低的污水处理工艺。邬振江等研究了河北省某大型餐厨垃圾处理项目中两级A/O 工艺的处理效果。发现生化单元对沼液中COD 和TP 的去除几乎没有贡献，甚至经过生化单元后，沼液中TP 的浓度反而升高。分析可能存在的原因为活性污泥中微生物的生长状况不佳。A/O 工艺法主要依赖于微生物的硝化细菌、反硝化细菌等微生物的生命活动来实现COD 和TP 的去除。在文中，作者也给出了相应的建议，可在进入生化处理池之前，降低SS 浓度，并采用比如鸟粪石结晶法、氨吹脱法等降低氨氮的浓度，避免后续抑制沼液的可生化性。同时生化池的容积可以适当增大。还可以通过高级氧化、额外添加碳源等处理方法提高沼液的可生化性，提高两级A/O 系统处理效率[4]。

1.2.2 短程硝化反硝化工艺

餐厨垃圾具有高氨氮含量和碳氮比失衡的特征，导致在全程硝化反硝化时会出现好氧区需额外补充碱度，厌氧区需额外补充碳源的情况出现。而短程硝化反硝化更适合应用于处理氨氮高、碳氮比低的污水，短程硝化反硝化对碱度要求也更低，不依赖于污水的碳氮比数值。夏一帆等即利用短程硝化反硝化过程处理餐厨垃圾沼液，最终实验结果为：当进水COD 为6944mg/L 时，去除率可达92%，对于氨氮和总氮的去除效果也是十分显著[8]。

1.2.3 UASB 工艺

UASB 是一种处理污水的厌氧生物方法。苏燚在实验室进行了中温UASB 工艺处理餐厨垃圾废水的中试研究，得出中温UASB 工艺的确有处理餐厨垃圾废水的能力，可以将废水中COD 去除90%以上[9]。刘文蓉等采用UASB+MBR+NF+RO 方法处理垃圾渗滤液和餐厨垃圾消化液。通过实验检测UASB 出水水质指标，得出UASB 对废水水样中COD 的去除效果最优，达到了16%。对于总氮和氨氮的去除也有一定效果。但是UASB 不能完全去除水样中的氮，需要与其它工艺组合。

表3 生化工艺的对比

1.3 深度处理工艺

在生化处理工艺阶段中，沼液中有机污染物及氨氮等大量被降解。在出水仍然不能达标时，需要增加深度处理单元，确保出水达标排放。深度处理工艺常选择臭氧氧化工艺、膜处理工艺等。

1.3.1 臭氧氧化工艺

臭氧氧化技术因成本低、操作便捷等优势被广泛应用于废水处理。陈海红等采用臭氧氧化法处理江西省某养猪场沼液处理后的出水，实验结果为：COD 去除率随着臭氧投加量的增加而升高。同时，随着溶液pH 值升高至10.6，COD 去除率达到最大值42.2%[10]。臭氧氧化技术可以作为深度处理技术处理餐厨沼液，进一步使沼液中各指标降低，实现达标排放。

1.3.2 膜处理工艺

膜处理是一种成熟的深度处理工艺。河北省某大型餐厨垃圾处理厂沼液净化工艺中深度处理技术采用膜处理技术，通过超滤膜的处理，使废水COD、SS、TP值都有显著降低[4]。黄祎晨对宁波某项目进行了调研，该厂将与餐厨废水与生活垃圾渗滤液处理协同处理，采用的工艺为厌氧+MBR+深度膜，膜处理系统采用“二级物料膜+高压反渗透”组合。在工艺运行的8 个月中，出水水质各项均达标，系统运行稳定[11]。

1.3.3 MBR 工艺

MBR 即膜生物反应器，是一种将膜分离技术与活性污泥法结合的新型水处理技术。膜生物反应器在污水处理领域广泛应用，并已运用于沼液处理。李保光等调研了山西省某环保公司沼液处理工艺，其采用的工艺为两级AO-MBR 工艺组合，经过两级AO 处理和MBR 处理，可去除91%以上的COD 以及95.8%左右的氨氮，其他各项指标均能达标[12]。

表4 深度处理工艺对比

1.4 小结

餐厨沼液的达标排放处理中，以长沙餐厨项目为例，采用的工艺为离心+AO+深度气浮工艺，操作简单，运行稳定，技术成熟，出水达标，是餐厨垃圾厌氧发酵沼液达标排放处理的一个良好参照和示范。

2 厌氧沼液资源化利用技术

目前国内餐厨项目中产生的厌氧沼液大部分采用“预处理+生化＋深度处理”工艺处理后排入市政管网。极少数餐厨项目产生的沼液通过资源化利用的手段后，能作为液体肥料推广或出售。然而值得注意的是，餐厨项目中厌氧沼液的处理成本成为了餐厨项目运营成本的重要组成部分[13]。餐厨沼液的资源化利用不仅能降低餐厨项目运行成本，有利于餐厨垃圾处理行业的良好发展，还能将餐厨沼液“变废为宝”，在资源化循环和可持续发展领域具有重要意义。

2.1 沼液浓缩

沼液中富含养分及活性物质，可作为液态有机肥还田，在农田承载负荷有限和运输成本居高不下的双重约束下，沼液浓缩制肥技术迅速发展。沼液浓缩不仅可以减少储存和运输成本，还可以大幅度提高单位体积沼液中的养分含量，将沼液复配成高品质有机肥，分离后的水还可回用或达标排放。

2.1.1 膜蒸馏

膜蒸馏是一种热驱动型的膜分离过程，又称为蒸发浓缩。相比于其他沼液处理技术，膜蒸馏可在低成本与低碳排放的前提下实现沼液的资源回收与减量化处理。但膜蒸馏处理沼液同样存在一些问题，蒸馏过程中，温度的升高会加剧沼液臭味的逸散，这将会对厂区以及周边环境造成污染。贺清尧等总结了膜蒸馏处理沼液的处理现状，提出了未来的研究需要采用膜蒸馏的方法进行中试，并且结合不同的膜蒸馏方法，实现优势最大化等研究[14]。

2.1.2 膜浓缩

膜浓缩的原理为利用营养物质与水的分子量的不同实现分离，达到沼液高效纯化浓缩的目的。膜浓缩法处理沼液可截留沼液中营养物质，同时减少水分，实现沼液的减量化。但是，这种方法同时具有诸多弊端，比如膜容易被侵蚀和污染，膜的使用寿命有限以及价格昂贵等。研究人员杜静等选择纳滤膜对泰兴某猪场沼液进行浓缩处理，得出最佳浓缩倍数为6 倍，氮、磷、钾浓度均得到了提高[15]。

2.2 微藻养殖法

利用生物进行污水处理也是一个备受关注的研究方向。微藻具有光合作用效率高、生物量大等优势。黄俊霖等利用经过絮凝预处理的猪场沼液进行小球藻养殖，经过ICP-AES 分析证明沼液中含有小球藻生长所必需的营养元素，经过添加絮凝剂PAC+PAM处理后的沼液用于培养小球藻，实验组生物质产量比对照组生物质产量提高了33.17%。最终出水中的COD 和TP 含量达标，NH3-N 含量未达标，需要进一步处理[16]。利用餐厨垃圾沼液微藻进行的微藻养殖处理是一种绿色环保的方法，不会产生二次污染。但微藻的培养难度高、经济性差、出水需要进一步处理等也是未来需要突破的技术难题。另外，将沼液运用于其它作物的种植也是个值得探索的方向，例如某些农作物、经济作物等。

2.3 沼液滴灌

利用滴灌技术实现沼液的还田利用，是众多研究者关注的方向。但是目前鲜有报道沼液滴灌技术的大规模应用，其中最主要的难题是滴灌灌水器易堵塞。由于沼液中含有的胶体等物质容易堵塞过滤器，因此沼液进入滴灌系统之前的预处理很重要。孙钦平等采用三级过滤工艺，结合曝气和反冲洗手段，对沼液进行预处理，实现了沼液的无堵塞过滤和滴灌利用[17]。

表5 餐厨垃圾厌氧发酵沼液资源化利用技术对比

2.4 小结

餐厨沼液的资源化利用，目前业内仍没有一种能兼具充分利用沼液中营养成分，且安全低廉的方法。餐厨垃圾发酵沼液资源化利用任重道远。

结语

本文对餐厨垃圾厌氧发酵沼液目前应用的两种处理方向进行了总结，结论为：（1）两种处理方向将沼液作为废水处理实现达标排放和利用资源化技术实现沼液的增值回收利用；（2）在对沼液进行达标处理时，通常需要通过组合工艺：预处理+生化处理+深度处理来处理。

未来需要加强研究的方面有如下。（1）在对餐厨垃圾厌氧发酵沼液进行达标排放处理方面。现有很多研究是在实验室做出的，将沼液作为污水处理的中试研究和工程化应用需加强。需针对于沼液自身高氨氮、低碳氮比、高固体含量等特性进行研究，提高各处理工艺单元的处置效率。处理每吨沼液的成本也是某种工艺方法能否应用于实践的关键。（2）在资源化利用餐厨垃圾厌氧发酵沼液方面。对餐厨垃圾厌氧发酵沼液进行资源化利用符合可持续发展的理念，将是未来的研究重心。对沼液进行二次利用时，需要重点关注的是沼液中肥效的保留、采用技术的成本、以及是否有二次污染等问题，处理沼液后形成标准化产品有利于获得经济效益这一方面也应当得到重视。另外，餐厨垃圾厌氧发酵沼液具有恶臭气味，使得沼液的资源化和无害化利用受到极大限制。有效去除沼液臭味，可以扩展沼液的利用途径，如作为有机肥出售或作为液体肥料灌溉城市绿植。受嗅阈值浓度的影响，有些嗅阈值浓度低的气体组分，即使含量很低，仍对臭味散发有很大贡献。因此，确定餐厨垃圾沼液中的臭味组分，对餐厨垃圾厌氧发酵沼液中不同组分污染物进行针对性的去除将是未来一个值得研究的方向。