浅谈国内厨余垃圾厌氧消化沼液提氨工艺选择

邹锦林

上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司

1.前言

厨余垃圾是指易腐烂、含有质的生活垃圾，包括餐厨垃圾、家庭厨余垃圾和其他厨余垃圾等，具有含水率高、易被微生物降解的特点。国内厨余垃圾超过70%以上采用厌氧消化工艺，而厌氧消化产生的沼液由于污染物浓度高，国内基本采用污水处理方式将其处理后达标排放。然而，厌氧消化后的沼液碳氮比低，一方面需要外加碳源才能满足污水处理总氮达标排放的需求，昂贵的碳源导致国内厨余垃圾厌氧消化处理厂污水处理成本居高不下，另一方面沼液中的营养元素氮素被作为污染物处理，导致资源的极大浪费。总之，过高的沼液处理成本成为国内厨余垃圾厌氧消化处理厂运营的一大负担，亟需需求将低成本的污水处理和沼液资源化相结合的技术，以破解国内厨余垃圾厌氧消化处理厂的降本增效难题。解决沼液碳氮中碳氮不平衡的关键是如何原位实现氮素的分离转化，使后续污水处理碳氮平衡，从而提高现有污水处理效率，并降低碳源投加成本。

2. 沼液特性分析

表1 国内典型沼液特性表

项目	pH	COD（mg/L）	SS（mg/L）	总碱度（mg/L）	总氮（mg/L）	氨氮（mg/L）
设计进水	7.8-8.2	5000-12000	3000-8000	6000-15000	2500-4000	2000-3500

国内厌氧消化以湿式厌氧为主，其典型沼液特性详见表1，pH通常在7.8-8.2的碱性环境，COD在5000-12000mg/L，SS值3000-8000mg/L；水中氨氮以混合铵盐、及少量游离氨为主，碳氮比通常在3-5左右。

3. 沼液提氨工艺适用性分析

目前，国内外相对成熟的脱氨处理工艺中，主要分为生物脱氮法和物理脱氮法。生物脱氮法往往只能处理低浓度氨氮废水，加之其占地面积和投资相对较大，并且不能回收氨氮资源化，在高浓度氨氮废水资源化处理的案例几乎没有；物理脱氮法又分为吹脱法、沸石脱氨法和化学氧化法等。

沸石脱氨法是利用沸石中的阳离子与废水中的NH4+进行交换以达到脱氮的目的。但应用沸石脱氨法必须考虑沸石的再生问题，通常有再生液法和焚烧法。再生液法成本较高，不适合大规模应用；采用焚烧法时，产生的氨气必须进行处理，加之需要频繁进行沸石再生，所以工艺复杂，操作难度大，也不适合沼液脱氨工程应用。

化学氧化法利用强氧化剂将氨氮直接氧化成氮气进行脱除的一种方法。折点加氯是利用在水中的氨与氯反应生成氨气脱氨，这种方法还可以起到杀菌作用，但是产生的余氯会对鱼类有影响，故必须附设除余氯设施。因为系统需要持续投入高剂量的强氧化剂和还原剂，运行成本很高，往往应用在给水工程的消毒工序，不适合高浓度沼液的处理。

用吹脱加吸收工艺脱氨氮，水中氨氮以弱酸盐形式存在，需把氨氮转化成游离氨才能脱除。调节PH需加大量碱，运行费用高，且该工艺受气温影响大, 补温不够很难保证去除率,且回收不到铵盐晶体，易产生二次污染。且原水在处理运行中，会产生大量的泡沫量，用常规吹脱工艺氨气难透过泡沫层，脱氨效率低。用化学药剂辅助消泡，添加后原水COD上升，大大增加后续处理COD的难度。

常规低压蒸氨工艺脱氨回收氨水，原水中含一定量的碳酸根和碳酸氢根，碳酸氢铵易分解及溶解的特性，往往无法回收到较纯的氨水，且原水氨氮浓度高，产生的氨蒸汽浓度低需大量回流，导致蒸汽用量大，运行费用较大。

负压蒸汽提氨工艺，由于沼液中钙镁离子含量高，且含有大量碳酸氢根，应先分解原水铵盐，产生的碳酸根和原水钙镁离子结合，降低硬度，使后续设施得以正常运行；结合负压汽提脱氨与吸收结合的工艺，利用负压状态下液相沸点大大降低的原理，使得整个汽提过程中温度得到降低，能耗减少，同时负压状态下游离氨更易挥发，氨氮去除率高而稳定。通过回收氨气和真空装置优化组合，回收率可达到99%以上，把原水中氨氮直接回收成碳酸氢氨晶体，脱氨的同时回收氨资源。但该工艺也存在一定问题，主要是塔板堵塞，特别是换热器、塔板等堵塞问题较为严重，负压虽然节省蒸汽，但一定程度上也增加了电耗。

4. 结论

经过以上分析，结合沼液中氨氮废水特性，其水中氨氮以混合铵盐(碳酸氢铵、氯化铵)为主，氨氮含量高，用生化法、吸附法、离子交换、强氧化、吹脱加吸收等方法都不适宜。低压蒸氨工艺脱氨和负压蒸汽提氨工艺是目前相对较适合的沼液脱氨工艺，但其均存在一定问题，今后需要在高效抗堵塞塔板、高效抗堵塞换热器等核心设备中进一步深入研究。从而实现厨余垃圾厌氧消化沼液将氨回收的同时提高碳氮比，实现沼液的低成本处理和资源化的双重目的。

1