豆制品生產(chǎn)廢水能源化利用的工藝實(shí)踐

楊圣廣

摘要豆制品在我國有著悠久的歷史和廣泛的市場，其生產(chǎn)廢水含有高濃度有機(jī)質(zhì)，COD高達(dá)30 000 mg/L，直接排放對水環(huán)境污染嚴(yán)重。針對豆制品廢水可生化性好的特點(diǎn)，提出厭氧發(fā)酵（沼氣）—生物膜法處理工藝，實(shí)現(xiàn)廢水的能源化處理，同時(shí)達(dá)到環(huán)境排放標(biāo)準(zhǔn)要求，設(shè)計(jì)日處理水量300 m3，日產(chǎn)沼氣1 300 m3，排水執(zhí)行《農(nóng)業(yè)灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》中水作標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞豆制品；廢水；能源化；厭氧發(fā)酵；工藝實(shí)踐

中圖分類號X703文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2018）25-0064-03

Process Practice of Energy Utilization of Soybean Production Wastewater

YANG Shengguang

（Environmental Monitoring Station of Feixi County，Hefei，Anhui 231200）

AbstractBean products have a long history and a wide market in China. The production wastewater contains high concentrations of organic matter， COD is as high as 30，000 mg/L， and direct discharge is seriously polluted by water environment.In view of the good biodegradability of soybean product wastewater， the anaerobic fermentation （biogas）biofilm process was proposed to realize the energy treatment of wastewater and meet the requirements of environmental emission standards.The designed daily treatment water volume was 300 m3， and the daily biogas was 1 300 m3. The drainage implements the water standard in the Agricultural Water Quality Standards.

Key wordsBean products；Wastewater；Energy；Anaerobic fermentation；Process practice

豆制品生產(chǎn)廢水主要來源于浸豆、泡豆及蒸煮、壓濾廢水和沖洗廢水，該廢水屬于高濃度有機(jī)廢水，有機(jī)物含量高，可生化性強(qiáng)，直排環(huán)境污染嚴(yán)重。根據(jù)文獻(xiàn)資料[1-2]，豆制品廢水處理易出現(xiàn)以下問題：①該企業(yè)屬于間歇生產(chǎn)方式，水量和水質(zhì)不均勻，排水時(shí)間較集中；②高濃度廢水在厭氧處理水解酸化段易酸化，是控制難點(diǎn)；③好氧階段，如采用活性污泥法，易產(chǎn)生污泥膨脹。因此，豆制品生產(chǎn)廢水能源化利用顯得非常重要。

安徽壽縣是著名的豆腐之鄉(xiāng)，安徽迎淮豆制品有限公司主要從事豆制品生產(chǎn)銷售，日產(chǎn)各類豆制品260 t，其生產(chǎn)廢水有機(jī)物含量高，其中黃漿水CODCr一般在20 000～30 000 mg/L，泡豆水的CODCr為1 200～2 000 mg/L，其他廢水CODCr相對較低；廢水的C∶N∶P平均為100.0∶4.7∶0.7，可生化性達(dá)到0.6～0.7，大都污染物為可降解有機(jī)物，適合微生物的生長。為落實(shí)好環(huán)境保護(hù)的要求，必須對其生產(chǎn)廢水進(jìn)行處理，筆者提出厭氧發(fā)酵（沼氣）—生物膜法處理工藝[1]，以便實(shí)現(xiàn)廢水的能源化處理，同時(shí)達(dá)到環(huán)境排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

1處理水量、進(jìn)水質(zhì)和排放標(biāo)準(zhǔn)

1.1日處理水量

項(xiàng)目擴(kuò)建后廢水產(chǎn)生量300 m3/d，其中黃漿水150 m3/d、清洗水150 m3/d，取日變化系數(shù)1.2，則系統(tǒng)日處理最大廢水量為360 m3/d。按24 h運(yùn)行，則15 m3/h，其中黃漿水7.5 m3/h。

1.2進(jìn)水水質(zhì)

濃度最高的黃漿水pH為4～6，SS≤6 600 mg/L，CODCr≤30 000 mg/L，BOD5≤14 000 mg/L。普通清洗水pH為6～8，SS≤130 mg/L，CODCr≤220 mg/L，BOD5≤76 mg/L。

1.3出水水質(zhì)

系統(tǒng)排水執(zhí)行《農(nóng)業(yè)灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》中水作標(biāo)準(zhǔn)：pH 6～9、SS≤150 mg/L、CODCr≤200 mg/L、BOD5≤80 mg/L。

2設(shè)計(jì)依據(jù)

《農(nóng)業(yè)灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB5084—1992）、《地表水環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838—2002）、《給排水工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ69—84）、《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50014-2006）、《環(huán)境工程手冊—廢水卷》高等教育出版社、《水處理工程師手冊》化學(xué)工業(yè)手冊、《環(huán)境設(shè)備材料手冊》（第二版）冶金工業(yè)出版社、《沼氣工程設(shè)計(jì)規(guī)范》 NY5074—2009、《水解酸化反應(yīng)器污水處理工程技術(shù)規(guī)范》（HJ2047—2015）。

3設(shè)計(jì)思路

分質(zhì)處理高濃度黃漿水，清洗水預(yù)處理后，混合達(dá)標(biāo)排放；考慮氨氮、酸化等不利因素，預(yù)留處置接口；主體處理工藝是預(yù)處理+USR反應(yīng)池+生物膜法；厭氧發(fā)酵采用兩段多級技術(shù)，分段利于培養(yǎng)不同細(xì)菌群高效發(fā)揮作用，多級發(fā)酵可使高濃度廢水逐級降低，使殘余的有機(jī)物徹底分解。

4處理工藝流程設(shè)計(jì)

4.1處理工藝的確定

4.1.1

初沉池。把進(jìn)水COD濃度降至20 000 mg/L以下，必要時(shí)利用氣浮處理設(shè)備。

4.1.2

USR反應(yīng)池。主要處理單元采用35 ℃中溫發(fā)酵、兩段5級推流式分級降解技術(shù)，池內(nèi)設(shè)置填料，COD負(fù)荷1.0～2.5 kgCOD/（m3·d），把污水中COD濃度從20 000 mg/L降至1 000 mg/L，有效容積3 000 m3，理論沼氣產(chǎn)生量900～1 300 m3/d[3]。

4.1.3

生物膜池。填料負(fù)荷2 kgBOD/（m3填料·d），把污水中COD濃度從1 000 mg/L降至200 mg/L以下（表1）。

4.2工藝流程設(shè)計(jì)

該項(xiàng)目的工藝流程如圖1所示。該工藝具有以下特點(diǎn)：①厭氧發(fā)酵采用兩段式，產(chǎn)酸和產(chǎn)氣段獨(dú)立進(jìn)行，提高效率，同時(shí)對產(chǎn)氣段又分4級降解，可穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)降解效果，快速降解COD值到1 000 mg/L以下[2]。②2組2條生產(chǎn)線輪換進(jìn)料，檢測和調(diào)試系統(tǒng)獨(dú)立進(jìn)行，有助于提高

生產(chǎn)效率，如有不良結(jié)果出現(xiàn)，可以及時(shí)調(diào)節(jié)，具備應(yīng)急功能[4]。③充分利用水力條件，注意管道布列，最大程度減少動力消耗，全套裝置功率僅為4.55 kW·h。④預(yù)設(shè)除酸、除氨系統(tǒng)，當(dāng)兩段厭氧首池酸化時(shí)，可以投加堿性物質(zhì)調(diào)節(jié)，當(dāng)USR末端池氨氮濃度過高，可以采用化學(xué)方式予以去除，以此實(shí)現(xiàn)不良工況可調(diào)可控。⑤與公共衛(wèi)生間連建，糞便水直接進(jìn)入系統(tǒng)處理，處理后的中水引入沖廁，形成循環(huán)，大大改變了衛(wèi)生環(huán)境，節(jié)約水資源。⑥USR末端池具有較高的氨氮含量，可直接回用農(nóng)田，此沼液不僅具備普通沼液的生物肥效，其氮元素含量更高。

5構(gòu)筑物及設(shè)備

5.1集水井

設(shè)計(jì)規(guī)模為3 m×3 m×3 m，地下鋼砼結(jié)構(gòu)，設(shè)污水泵2臺，一用一備，1.5 kW，揚(yáng)程7 m，管徑65 mm。設(shè)置氣浮機(jī)裝置一臺，采用溶氣氣浮法，將大量空氣溶于水中，形成溶氣水，通過釋放器驟然減壓快速釋放，產(chǎn)生大量微細(xì)氣泡與水中污染物質(zhì)黏附成絮體上浮，從而迅速去除水中懸浮物質(zhì)，達(dá)到凈化的目的。

5.2調(diào)節(jié)池

該單元主要是水質(zhì)均和、平衡水量，削減高峰水量對后續(xù)處理單元的沖擊負(fù)荷，以期降低水量變化對處理效果的影響，設(shè)計(jì)規(guī)模為3 m×3 m×3 m，地下鋼砼結(jié)構(gòu)，設(shè)污水泵2臺，一用一備，1.5 kW，揚(yáng)程7 m，管徑65 mm。

5.3沉淀池

該單元主要是利用重力的作用使廢水中的懸浮物、生物處理后產(chǎn)生的污泥或生物膜與水分離，形成泥水界面。平流沉淀池3 m×7 m×1.5 m，地下鋼砼結(jié)構(gòu)，斜底板；平面負(fù)荷取1.3。

5.4USR反應(yīng)池

在高濃度廢水處理工藝中，廢水的厭氧生物處理是指在沒有游離氧的情況下，以厭氧生物為主對有機(jī)物進(jìn)行降解的一種處理方法，成功的厭氧水解工段去除效率可達(dá)到50%以上。在厭氧生物處理過程中，厭氧處理技術(shù)是一個(gè)關(guān)鍵步驟，復(fù)雜的有機(jī)化合物被降解，轉(zhuǎn)化為簡單、穩(wěn)定的小分子化合物，同時(shí)釋放出能量，大部分能量以甲烷（CH4）的形式出現(xiàn)，如果厭氧消化過程徹底，最終產(chǎn)物均為CH4、CO2及NH3。該單元可降解有機(jī)物提取水中有效元素能源化利用，同時(shí)也為后續(xù)好氧處理做了很重要的前期處理[5]。

結(jié)合理論計(jì)算和工程經(jīng)驗(yàn)，推薦USR總池容3 000 m3，有效容積2 400 m3，地埋隧道式推流結(jié)構(gòu)，水力總停留時(shí)間16 d。設(shè)置二組隧道式沼氣池，每組長30 m（設(shè)5個(gè)分區(qū)，每區(qū)長6 m），池深4 m，單拱跨度10 m，拱高1 m，全鋼砼結(jié)構(gòu)，半地下式。設(shè)置低速推流器2臺，出渣系統(tǒng)2套，人孔12套，生物填料900 m3，正負(fù)壓保護(hù)器12套，氣體檢測系統(tǒng)1套，沼液檢測系統(tǒng)1套，池內(nèi)水流溝通12套，沼氣收集系統(tǒng)2套，脫氮回流設(shè)施2套，加套系統(tǒng)12套。

5.5預(yù)曝氣池

該單元為厭氧環(huán)境轉(zhuǎn)換好氧環(huán)境節(jié)點(diǎn)。設(shè)計(jì)規(guī)模為5 m×5 m×4 m，地下鋼砼結(jié)構(gòu)；設(shè)污水泵2臺，一用一備，1.5 kW，揚(yáng)程7 m，出口75 mm。

5.6生物膜池

廢水中存在的各種有機(jī)物以膠體狀、溶解態(tài)的有機(jī)物為主，作為微生物的營養(yǎng)源，與厭氧方法不同，廢水的好氧生物處理是一種有氧的情況下，以好氧微生物為主對有機(jī)物進(jìn)行降解處理。這些有機(jī)物經(jīng)過一系列的生物反應(yīng)，最終以CO2和水無機(jī)物質(zhì)穩(wěn)定下來，達(dá)標(biāo)排放[6]。設(shè)計(jì)規(guī)模為12 m×5 m×4.5 m，地下鋼砼結(jié)構(gòu)；設(shè)置生物填料160 m3，回流泵2臺，曝氣系統(tǒng)一套，風(fēng)機(jī)2臺，一用一備，污泥泵2臺。

5.7二沉池

該單元主要通過靜置使污泥進(jìn)一步濃縮，將各個(gè)處理單元產(chǎn)生的剩余污泥匯集。設(shè)計(jì)規(guī)模為3 m×3 m×4 m，地下鋼砼結(jié)構(gòu)；設(shè)污泥泵2臺，一用一備，1.5 kW，揚(yáng)程10 m，出口50 mm。

5.8干化池

進(jìn)過污泥濃縮后的污泥需要進(jìn)一步處理，含水率仍然在98%以上，采用污泥干化場的方式可以減少對機(jī)械壓濾機(jī)等設(shè)備的需求，但需要一定的場地。設(shè)計(jì)規(guī)模為10 m×10 m×1 m，地上磚結(jié)構(gòu)，3座輪換使用，總有效面積300 m2；底部設(shè)置砂石濾層，利用現(xiàn)有干化設(shè)施，濾液回流到預(yù)曝氣池。

5.9控制房

普通磚瓦平房20 m2，設(shè)置門窗、空調(diào)、辦公桌椅、滅火器等。

5.10濕式氣柜

配400 m3濕式氣柜，存儲甲烷氣（沼氣），恒壓恒流供給后續(xù)鍋爐燃燒使用。

5.11沼氣鍋爐

配2 t/h純沼氣蒸汽鍋爐一臺，系統(tǒng)提供沼氣含量約65%，低位燃燒值2.3×107 J，滿足豆制品生產(chǎn)需求。

5.12脫硫、凝水及安全水封

配脫硫、凝水、安全水封及沼氣計(jì)量裝置各2套。

5.13加熱系統(tǒng)在各室采用鍍鋅管制作加熱盤管，采用熱水循環(huán)加熱方式，保證冬季系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行在35 ℃工位，提高發(fā)酵效果[7]。

5.14運(yùn)行調(diào)節(jié)系統(tǒng)

運(yùn)行調(diào)節(jié)是系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要保證，預(yù)設(shè)pH、甲烷、揮發(fā)性有機(jī)酸、水溫、污泥濃度等監(jiān)控系統(tǒng)。

6消防、環(huán)保與安全設(shè)計(jì)

6.1消防設(shè)計(jì)

該工程作為整個(gè)生產(chǎn)項(xiàng)目的公用輔助項(xiàng)目，消防統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)計(jì)，在此不單獨(dú)設(shè)計(jì)。

6.2節(jié)能設(shè)計(jì)

該工程設(shè)計(jì)節(jié)能措施主要有：污水處理構(gòu)筑物布置緊湊，注意高程布置，減少聯(lián)絡(luò)管渠的水頭損失；設(shè)備選型杜絕采用國家公布的淘汰產(chǎn)品，選用高效率、低能耗的設(shè)備產(chǎn)品；重視計(jì)量、儀表、監(jiān)控設(shè)計(jì)使用，整個(gè)系統(tǒng)能根據(jù)不同的水量和工況調(diào)整設(shè)備運(yùn)行情況，既實(shí)現(xiàn)污水的處理效果，又達(dá)到節(jié)能目的[8]。

6.3環(huán)境保護(hù)

6.3.1

施工期環(huán)境影響的緩解措施。

6.3.1.1

工程施工棄土的管理。土方工程施工中產(chǎn)生的土方，應(yīng)本著因地制宜的原則，首先考慮為該工程利用回填，余土就近填入農(nóng)村道路修建。

6.3.1.2

噪音防護(hù)。施工期間噪音主要為運(yùn)輸車輛的喇叭聲、電動機(jī)聲、混凝土攪拌聲等。晝間施工時(shí)要盡量避免各種施工機(jī)械同時(shí)啟動，減少對周圍環(huán)境的影響，夜間不施工。

6.3.2污水處理站對外部環(huán)境的影響。

6.3.2.1

污水處理站排放的尾水。污水處理站內(nèi)部的生產(chǎn)污水主要為污泥干化池濾液等，返回調(diào)節(jié)池，進(jìn)入污水處理系統(tǒng)，不會產(chǎn)生新的污染。污水處理站排放的尾水即出水，按照工程設(shè)計(jì)出水水質(zhì)能達(dá)到排放要求，回用于農(nóng)田。

6.3.2.2

噪聲。主要噪聲源為水泵機(jī)組和風(fēng)機(jī)，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)主要水泵采用潛污泵，非潛污泵采取減震降噪措施；采用低噪聲回轉(zhuǎn)式鼓風(fēng)機(jī)，并在底座均加減震措施，進(jìn)出氣管上加裝消音器和可曲繞橡膠接頭外，把噪聲控制到最小程度，噪聲對環(huán)境影響不大，可達(dá)到《工業(yè)企業(yè)廠界噪聲標(biāo)準(zhǔn)》（GB12348—90）中的要求。

7工程節(jié)能、保溫

7.1節(jié)能措施

污水處理系統(tǒng)消耗的能源主要是電能，其中又以工藝設(shè)備為重中之重，為降低指標(biāo)、減少單位污水處理的成本，設(shè)計(jì)中采取的節(jié)能措施有：通過選擇合理的工藝路線，減少污水提升的次數(shù)，以減低單位污水處理的能耗；注意設(shè)備的合理搭配，處理系統(tǒng)的機(jī)電設(shè)備選用成熟的高效節(jié)能機(jī)電產(chǎn)品，可使整個(gè)系統(tǒng)始終處于高效運(yùn)轉(zhuǎn)。

7.2保溫措施

該工程無需保溫措施，不影響工程運(yùn)行。

8結(jié)論

采用該設(shè)計(jì)工藝，可以使豆制品生產(chǎn)廢水資源化、能源化處理，污染物轉(zhuǎn)化成清潔燃?xì)饧淄?，給企業(yè)帶來較好的經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)測算，年生產(chǎn)沼氣474 500 m3，收入186.65 萬元/a；污染物達(dá)標(biāo)排放，年削減COD 1 839.6 t，年削減BOD 5 855.6 t，年削減SS 487.62 t，對周邊生態(tài)環(huán)境有良好的改善，環(huán)境效益明顯。

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