上海市湿垃圾就近就地处置模式分析及思考
发布时间：2021-10-25
摘要：本文通过实地考察上海市部分区域的湿垃圾就地就近处置设施，摸清目前市面上现有的前都端大部分湿垃圾处置模式及后端污水处理设施的搭配情况，并对相应的排污现状进行了采样与监测分析，系统地分析了目前现有工艺搭配下的水质及臭气的排污优劣情况，同时针对文中所出现的问题进行了探讨与总结，对以后类似项目的工艺选取及搭配具有一定的参考价值。
关键词：湿垃圾;处理工艺;处置模式
0引言
湿垃圾就近就地处置指的是生活垃圾分类责任主体，在其责任区范围内单独对湿垃圾垃圾收集后自行开展就地处理的行为，其应用场景主要包括住宅小区、企事业单位食堂、农贸市场、街道以及村镇等。相对集中规模化的处理方式，该类型技术具有操作简单、占地小、节约收运成本、能减少收运过程中的污染排放等优点，对于推进源头生活垃圾减量化、资源化具有较好的示范意义。
上海市近年来出台的一系列关于湿垃圾政策都积极支持就近就地处置技术的发展，如《关于建立完善本市生活垃圾全程分类体系的实施方案》、《上海湿垃圾处理规划(2016~2020)》都明确了上海市湿垃圾处置要形成大型集中处理和小型就地、就近处理相结合的格局，《上海市农贸市场、标准化菜市场湿垃圾就地处理设施配套标准》的通知(沪绿容〔2019〕267号)中规定，湿垃圾日产量达到10桶/日及以上的(以240L标准型垃圾桶计)农贸市场、标准化菜市场应当配置湿垃圾就地处理设施。《上海市生活垃圾管理条例》也提出农村地区应当就地就近对湿垃圾进行资源化利用。
目前市场上湿垃圾就近就地处置的主流工艺包括资源型生化处理机技术、减量型生化处理机技术(粉碎发酵)和物理减量技术(粉碎压榨脱水、高温烘干)3种，此外也有非常少量的厌氧发酵产沼、湿垃圾处理工艺及湿垃圾出水水质情况，评估了部分处理工艺的臭气排放水平、资源化产品品质现状，以期为其他类似项目落地提供借鉴支持。
1湿垃圾就地处理工艺出水水质研究分析
本文采用现场实地调研与采样分析相结合的模式。其中现场调研覆盖上海市7个行政区共40座设计能力为0.7~200t/d的分散性湿垃圾处理设施，采样分析主要针对处理设施排水水质。
主要工作内容为：(1)实地调研处理设施的运行情况，包含湿垃圾处理设备工艺、设计处理量、是否配有污水处理设施等要素;(2)对部分正常运行的设备进行水质监测，为后续分析提供依据。处理水质评估标准参考《上海污水综合排放标准DB31/199—2018》第一类污染物及第二类污染物三级排放限值要求。
1.1湿垃圾就近就地处置工艺、污水处理工艺分析
本文探讨对象集中在设计能力为200t/d以下的“一镇一站”等分散型处理设施共40处，设计能力共计770.7t/d，其中包括处理厨余类的设计能力为598t/d，餐厨类的设计能力为142.7t/d，果蔬类的设计能力为20t/d。40处设施中，正在运营的水热氧化制腐殖酸肥料等技术的应用。虽然就近就地处置模式有一定优势，但是在实际推广应用中发展并不是十分顺利，除了投资运营成本较高、资金补偿和环评土地政策扶持等方面的缺失外，污水、臭气控制水平、资源化产品品质都还存在较大的改善空间。
因此，各种就近就地处置工艺运行状况及后续污染物排放情况均亟待厘清。本文对上海市湿垃圾就近处置工艺的总体运行状况，分析了不同的3处(设计能力共663.7t/d)，33处收集到排放污水并采样检测(设计能力共600t/d)(图1和图2)。涉及的工艺按照湿垃圾处理工艺的不同，具体可分为资源型生化处理机技术、减量型生化处理机技术(粉碎发酵)和物理减量技术(粉碎压榨脱水、高温烘干)等三种处理工艺大类(图3)。
为使生产污水达标排放要求，在运营的37座设施中有31座配有污水处理设备，配置的水处理设备中主要分为好氧、直接纳管、微生物厌氧处理等多种方式。接下来对主要三种湿垃圾处理工艺、设计规模、多种水处理技术搭配的效果等进行探讨与分析。
根据前文所述，本次抽样涵盖的湿垃圾处理设置根据其设计处理量，可以分为小型(0~5t/d)，中型(5~20t/d)，大型(20~50t/d)，特大型(50t/d以上)。调研发现，在配有尾端水处理的设置中，好氧工艺运用最多，约占整体数量的46%;其次是无处理工艺(约25%)，而微生物厌氧处理仅占10%左右。
(1)生化处理：一般使用微生物在处理生化处理机器内通过好氧发酵湿垃圾制成有机肥料，发酵物一般在发酵舱内留存时间为3~8d。目前上海市“一镇一站”等相对集中的处理设施一般采用该技术。生化处理大类根据是否产生副产物及二次污染物细分为资源型生化处理以及减量型生化处理。该工艺主要集中运用在0~20t/d的区间内，应用面广泛，数量达到本次抽查数的60%，如图3所示。
同时，本次调研结果显示生化处理机大部分与好氧水处理技术搭配，该工艺处理效果好，但是运行费用高，设备维护复杂，同时，需要跟进因好氧曝气衍生的气味问题。
(2)粉碎脱水：属于物理型减量技术，仅使用物理手段处理湿垃圾，如粉碎，压榨脱水使其减量。由于仅采用相对简单的处理方式，往往容易导致生产污水处理量大且难达标等问题，此次调研发现粉碎脱水处理规模主要运用是10t/d以上且数量较少，只占到本次抽查总数的10%。本文抽选了5处采用了粉碎脱水技术的设施，设计规模分别是100t/d两座，20t/d两座，18t/d一座。使用该工艺的设施部分有配套水处理设备，部分经简易处理后直接纳管排放，另有一处配套反渗透装备，总体来说废水处理率不高。
(3)粉碎发酵则是属于物理与生化处理相结合的湿垃圾处理工艺。该工艺存在着占地面积需求大，运行成本较高的问题。粉碎发酵主要集中运用在5~20t/d的区间，占总抽查数的30%(图4)，大部分使用该技术设施的生产污水直接纳管排放，小部分采用了厌氧处理或混凝、沉淀过滤的污水处理方式(图5)。
1.2湿垃圾设施出水水质情况分析
本文根据不同的前后端搭配选取了占调查总数最多的几种工艺(生化处理+好氧、粉碎脱水+直接纳管、粉碎脱水+好氧、粉碎发酵+微生物、粉碎发酵+简易沉淀等)进行比较。经过调查发现所有工艺的出水水质中第一类污染物均符合要求，第二类污染物根据工艺不同上下浮动。
第一类污染物为重金属污染物，其浓度含量不随设备前端的挤压脱水等工艺发生变化，其浓度会随着污水液体的流向发生转移。得益于上海市完善的垃圾分类体系，各处理设施进料的主要成分为菜市场湿垃圾及居民区餐厨垃圾，进料纯净度相对较好，成分单一，湿垃圾前端出水自身所含重金属污染物浓度低，后端对其处理压力不大。
生化处理+好氧污水处理技术在本次调研中应用数量占比最大，占比为37.8%。从处理效果上来看，处置规模小于20t/d，好氧技术对污水中二类污染物的去除效果能达到排放要求。处置规模大于20t/d的设施出现了化学需氧量、生化需氧量、氨氮、总氮和总磷等超标的问题，这可能与曝气时间，污泥活性，实际处理量等因素有关，需要持续跟进。
粉碎脱水相较于生化处理技术，脱水快，用时短，减量率高(可达80%以上)。但是该工艺污水产生量较大。在未采用后续水处理设备的设施中，超标现象普遍存在，需要持续关注。安装了水处理设备设施的，除部分生物指标如粪大肠菌群出现超标外，均满足评价标准。
粉碎发酵技术本次共抽取相关设施10座。调研发现由于前端使用了物理型脱水技术，使其面临与前文提到的粉碎脱水技术相同的污水产生量较大的问题，且由于有机物浓度大、组分复杂，故本次调研选取的设施中现有的简易沉淀池无法对污染物有较好的去除率。
2湿垃圾就近就地处置设施臭气排放测试
由于湿垃圾就近就地处理设施一般靠近居民区，而居民对臭气排放非常敏感，因此对设备的除臭要求非常高。但实际应用中，受到投资、场地等因素限制，许多就近设施无法像集中处理设施配备类似“化学洗涤+植物液洗涤+生物除臭+活性炭”等完善的除臭组合系统，运行过程中臭气控制效果稳定性差。本文对上海某区域较典型的资源型生化处理站点(20t/d)在调试运行期内的臭气排放进行了取样分析。
由于测试地点项目还处于调试期间，目前只配备了植物喷淋除臭工艺，通过测试结果初步分析发现堆肥过程原始臭气浓度和特征物均较高，只配备单一的除臭工艺，较难稳定达标。从结果来看，排气筒臭气浓度(无量纲)(5459)排放均高于国标(2000)和上海地标(800)，特征污染物中氨气、乙醇浓度最高，平均达到15mg/m3和7.7mg/m3，其他检出的污染物还包括丙酮、甲硫醇、2-丁酮、甲硫醚、二甲二硫、乙酸乙酯和丙烯等，但检出的特征污染物中仅甲硫醇超标。总体来说，堆肥过程中，臭气浓度、特征污染物浓度都较高，因此后续除臭要加强和优化各种工艺，必要时也要进行多种组合工艺才能确保臭气控制保持在较好水平。
3湿垃圾就近就地处置设施资源化产品品质测试
在生化处理机器内通过好氧发酵将湿垃圾制成。初级有机肥料是目前就近处理设施采用较多的技术，一般发酵产生的肥料在15%~30%左右。按照《有机肥料标准》，许多就近就地处理设施产生的初级肥料产品，都能满足其对有机质、含水率、总养分、重金属含量以及粪大肠菌群和蛔虫死亡率等指标的限值要求。但由于停留时间较短，从目前测试部分产品来看，腐熟度都不能完全达标，后续利用都还需要进一步二次深度腐熟。
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本研究中选取了2个比较典型的采用高温好氧发酵工艺案例，分别用于处理菜场垃圾和家庭厨余垃圾，产生的肥料腐熟度基本特征如表2所示。可以看出，2种初级肥料的发芽指数均较低，表明腐熟度并未达到可直接利用的要求，需要进行深度腐熟。
4结论与思考
(1)本次调研发现污水好氧处理技术在中小型湿垃圾处理设备(5~20t/d)的污水处理过程中基本能满足相关的排污要求，但是好氧处理工艺具有运行成本大、污泥产出量大等问题，此外好氧水处理技术的达标与是否稳定供氧，选择适当污泥指数等直接相关。建议编制完善的操作手册及湿垃圾处理台账，对驻场人员进行规范培训能延长设备使用寿命，增加处理设备的污染物去除率。推荐A/O+超滤+纳滤的处理工艺，出水纳管。如达到回用循环水，增加反渗透装置，预计会产生40%左右的需要外排的浓缩液。
(2)若出水有机物、氮磷等指标基本达标，而粪大肠杆菌严重超标，则建议在出水端新增消毒处理装置，保证粪大肠杆菌达标。同时建议加强现场仪器维护，增加设备反冲频率，控制处理量及废水在设备内的处理停留时间，以保证出水稳定。
(3)对于烘干工艺，虽然没有渗滤液排放，但是一般处理仪器内会带有气体除臭的活性炭，对其进行反冲产生的废水是否满足要求也需要持续关注，同时烘干产生的大量水汽高空排放时是否会产生臭味扰民的问题也需要同步关注。
(4)湿垃圾在好氧堆肥处理过程会产生大量臭气，需加强关注臭气处理问题，需配套完善的组合处理工艺。
(5)经过生化机处理的湿垃圾形成的初级肥料产品很难直接达到腐熟程度，致使可能存在的病原微生物无法彻底杀灭，应加强二次堆肥深度腐殖化质量提升的研究。同时由于国内湿垃圾肥料化产品在农/林应用尚处于起步阶段，垃圾堆肥质量管控的技术规范或标准还不够完善，也缺少系统的质量评价体系，这使得湿垃圾衍生品在农田、林地上的推广应用大打折扣，同时也未能明确对土壤环境健康的风险，导致大部分湿垃圾堆肥产品未广泛得到终端使用者的认可。因此，今后的研究工作应侧重于因地制宜，深化湿垃圾肥料化过程中营养元素迁移转化的研究，明确产品中有毒有害物质的分布特征及不良影响，探究其去除技术，制定湿垃圾堆肥产品相关综合利用技术标准规范。——论文作者：戴诚晨，欧阳创，杨小云，洪思敏，冯华一
