HUSB-改良型SBR工藝處理乳品廢水

劉 勇，魏 皓

（山東中新環(huán)境工程有限公司，山東濟(jì)南250014）

乳品廢水中的主要污染物有蛋白質(zhì)、脂肪、乳糖等物質(zhì)，有機(jī)污染物含量較高，屬中高濃度有機(jī)廢水，BOD/COD≈0.5，可生化性好，宜采用生化法處理，可采用全好氧處理、厭氧-好氧處理、水解-好氧工藝處理乳品廢水〔1〕。由于乳品廢水中的蛋白質(zhì)、油脂等生物降解速率較為緩慢，若只采用全好氧工藝，為保證出水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，需要延長(zhǎng)曝氣時(shí)間，增大池容，導(dǎo)致投資和運(yùn)行費(fèi)用高，因此，在廢水COD較高時(shí)，可采用厭氧（或水解）-好氧工藝，通過(guò)厭氧反應(yīng)提高蛋白質(zhì)等大分子不溶性有機(jī)物的降解，增加溶解性、易降解的小分子有機(jī)物，同時(shí)去除部分COD，降低好氧工藝有機(jī)負(fù)荷〔2〕。

選擇乳品廢水處理工藝時(shí)，還應(yīng)考慮脫氮功能，乳品廢水中的氨氮雖然不高，但是廢水中的蛋白質(zhì)分解時(shí)會(huì)發(fā)生氨化反應(yīng)，有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨氮，導(dǎo)致廢水中氨氮升高，如果工藝選擇時(shí)未考慮氨氮的去除，必然導(dǎo)致出水氨氮超標(biāo)，這也是不少已建污水站處理出水氨氮經(jīng)常超標(biāo)的原因〔3〕。為實(shí)現(xiàn)脫氮要求，可選用A/O工藝、SBR、CASS或氧化溝工藝處理乳品廢水。

乳品廢水的另一個(gè)特點(diǎn)是間歇性排水，水質(zhì)、水量波動(dòng)大，用酸、堿液清洗罐體時(shí)，排放廢水的pH變化較大，對(duì)生化工藝的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生不利的影響，在生化處理前應(yīng)設(shè)調(diào)節(jié)池或事故池，同時(shí)采用耐沖擊負(fù)荷的處理工藝，以保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

本工程采用升流式水解酸化反應(yīng)器（HUSB）-改良型SBR工藝，取得了較好的處理效果，出水水質(zhì)達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，出水最終排入梅江。

1 水質(zhì)與水量

贛州某乳業(yè)公司主要生產(chǎn)滅菌乳、巴氏奶、酸奶、乳酸菌飲料等產(chǎn)品，產(chǎn)生的廢水包括生產(chǎn)廢水和少量生活污水，生產(chǎn)廢水來(lái)自清洗收奶罐、發(fā)酵罐、玻璃瓶、奶車(chē)及清洗管道等環(huán)節(jié)產(chǎn)生的廢水，設(shè)計(jì)水量為1 000 m3/d，設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)指標(biāo)

2 工藝選擇及工藝流程

HUSB反應(yīng)器的工作原理見(jiàn)圖1。

圖1 HUSB工作原理

本工程采用一管一孔式配水方式，原污水經(jīng)水泵提升，經(jīng)過(guò)配水管均勻地分配到反應(yīng)器底部的布水裝置，污水穿過(guò)污泥層，污水中的懸浮物和膠體物質(zhì)被污泥層截留和吸附后上升到反應(yīng)器頂部，經(jīng)過(guò)溢流堰出水。厭氧反應(yīng)過(guò)程控制在水解酸化階段，水解、產(chǎn)酸菌可將廢水中的乳糖降解為乳酸，脂肪分解為脂肪酸和丙酮酸，蛋白質(zhì)分解為氨基酸，在厭氧菌作用下經(jīng)過(guò)氨化反應(yīng)進(jìn)一步釋放出氨氮，提高了污水的可生化性，并能去除部分COD，降低好氧處理有機(jī)負(fù)荷，減少了運(yùn)行能耗。水解酸化過(guò)程可以在常溫下進(jìn)行，相對(duì)于完全厭氧反應(yīng)，水解酸化反應(yīng)對(duì)溫度、pH等控制條件的要求低，運(yùn)行操作更加簡(jiǎn)便，HUSB不需設(shè)機(jī)械攪拌器，運(yùn)行能耗低，同時(shí)提高了抗沖擊負(fù)荷能力，能夠應(yīng)對(duì)水質(zhì)水量的變化，保證出水穩(wěn)定，為好氧運(yùn)行創(chuàng)造條件。

活性污泥法處理工藝容易出現(xiàn)絲狀菌過(guò)度繁殖，產(chǎn)生污泥膨脹現(xiàn)象，造成污泥流失、系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定、有機(jī)物去除率下降、出水懸浮物和COD超標(biāo)等問(wèn)題〔4〕，工程應(yīng)用及研究表明，即便采用SBR間歇式曝氣工藝，也會(huì)在低污泥負(fù)荷長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，或有機(jī)負(fù)荷升高、溶解氧（DO）降低時(shí)，產(chǎn)生絲狀菌污泥膨脹現(xiàn)象〔5〕。針對(duì)本工程廢水量小的特點(diǎn)，在SBR池進(jìn)水端設(shè)置暫存池儲(chǔ)存水解池出水，提高SBR池的進(jìn)水速度，縮短進(jìn)水時(shí)間，進(jìn)一步提高有機(jī)底物濃度梯度，促進(jìn)菌膠團(tuán)細(xì)菌繁殖，抑制絲狀菌生長(zhǎng)，提高了污泥活性，避免絲狀菌污泥膨脹現(xiàn)象的出現(xiàn)。SBR工藝同時(shí)具有一定耐沖擊負(fù)荷能力、操作靈活、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。

本工程采用格柵-隔油沉淀池-調(diào)節(jié)池-HUSB-改良型SBR池工藝處理乳品廢水，廢水及污泥處理工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 廢水及污泥處理工藝流程

3 主要構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)

（1）格柵渠。尺寸 2.0 m×2.3 m×1.7 m，1座。內(nèi)設(shè)間隙10 mm的細(xì)格柵，攔截廢水中的漂浮物及大顆粒懸浮物，人工定時(shí)清渣。 清洗容器時(shí)會(huì)用酸洗和堿洗，排放廢水pH變化較大，對(duì)污水處理的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。在格柵渠內(nèi)設(shè)pH計(jì)和控制裝置，根據(jù)pH的變化，手動(dòng)或自動(dòng)控制將pH偏差大的廢水排入事故池，待中和后再均勻少量調(diào)入調(diào)節(jié)池。

（2）隔油沉淀池。 尺寸 8.0 m×2.0 m×3.7 m，1 座，HRT為0.6h。乳品廢水含有油脂，隔油沉淀池具有去除浮油和懸浮物的能力，降低生化系統(tǒng)處理負(fù)荷。池內(nèi)設(shè)有集油裝置和泥渣泵，分離出來(lái)的浮油和泥渣通過(guò)泥渣泵輸送到污泥處理系統(tǒng)，泥渣泵型號(hào)為50ZW-20PH，流量為10 m3/h，揚(yáng)程為20 m，功率為4 kW。

（3）調(diào)節(jié)池。尺寸 15.0 m×10.0 m×5.2 m，1 座，HRT為12 h。乳品廢水為間歇性排放，水質(zhì)、水量不均勻，設(shè)置調(diào)節(jié)池以應(yīng)對(duì)水質(zhì)水量的波動(dòng)，同時(shí)接納事故池中和后廢水。調(diào)節(jié)池內(nèi)設(shè)有2臺(tái)雙曲面攪拌機(jī)，型號(hào)為GSJ—2000，功率為3 kW；潛污泵2臺(tái)，1用1備。

（4）事故池。尺寸 10.0 m×7.0 m×5.2 m，1座。

（5）HUSB 反應(yīng)器。 尺寸 14.4 m×4.2 m×8.0 m，1座，HRT為6~10 h。HUSB反應(yīng)器分兩格，并聯(lián)運(yùn)行，單格尺寸7.2 m×4.2 m×8.0 m，為提高反應(yīng)器布水均勻性和泥水混合程度，設(shè)有循環(huán)泵回流部分出水，循環(huán)泵流量為30 m3/h。

（6）改良型 SBR 池。尺寸 14.4 m×7.1 m×6.0 m，1座。SBR池設(shè)3格反應(yīng)池，交替運(yùn)行，每格有效容積為550 m3，進(jìn)水端暫存池有效容積為180 m3，SBR池運(yùn)行周期為12.0 h，進(jìn)水1.0 h，反應(yīng)8.0~9.0 h，沉淀 1.0 h，潷水 1.0~1.5 h，排水比為 1∶3，潷水深度為1.8 m，可根據(jù)水質(zhì)變化情況靈活控制操作周期內(nèi)的反應(yīng)過(guò)程。反應(yīng)池內(nèi)設(shè)有潛水?dāng)嚢铏C(jī)，曝氣系統(tǒng)采用管式曝氣器，羅茨風(fēng)機(jī)風(fēng)量為8.7 m3/min，風(fēng)壓為53.9 kPa，功率為15 kW，排水采用無(wú)動(dòng)力浮動(dòng)式潷水器，潷水水量為180 m3/h；SBR池內(nèi)設(shè)有液位計(jì)和電動(dòng)控制裝置，運(yùn)行過(guò)程采用PLC控制，通過(guò)反應(yīng)過(guò)程的時(shí)序控制，實(shí)現(xiàn)脫氮、去除COD功能。

（7）污泥濃縮池。尺寸 5.0 m×5.0 m×5.5 m，1座，HRT為24 h。污泥采用重力濃縮，上清液回流到調(diào)節(jié)池，濃縮污泥通過(guò)疊螺污泥脫水機(jī)進(jìn)行脫水。

4 工程調(diào)試及運(yùn)行

4.1 運(yùn)行效果分析

該工程于2018年2月竣工并進(jìn)行調(diào)試，采用城市污水處理廠脫水污泥接種于SBR池，經(jīng)過(guò)2個(gè)月調(diào)試運(yùn)行，各處理單元處理效果穩(wěn)定，結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可知，HUSB反應(yīng)器對(duì)COD、SS的平均

表2 各處理單元的處理效果

去除率分別為41.0%、35.1%，對(duì)COD和SS有良好的去除效果，可明顯降低SBR池的有機(jī)負(fù)荷；蛋白質(zhì)經(jīng)水解反應(yīng)分解為氨基酸，釋放出氨氮，水解池的出水氨氮升高；SBR池對(duì)COD、SS、NH3-N的平均去除率分別為89.1%、71.3%、78.1%。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門(mén)對(duì)出水連續(xù)檢測(cè)，每天采樣3次，結(jié)果表明，處理出水平均 COD、BOD、SS、NH3-N 分別為77、14.0、42、10.2 mg/L，達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 運(yùn)行過(guò)程

（1）HUSB反應(yīng)器運(yùn)行時(shí)應(yīng)保持一定的上升流速，實(shí)現(xiàn)泥水充分混合，以提高水解效果，流速范圍為0.7~1.2 m/h；運(yùn)行初期生產(chǎn)廢水量不足，通過(guò)開(kāi)啟循環(huán)泵回流部分出水，維持HUSB反應(yīng)器內(nèi)的上升流速，保證了厭氧污泥和污水的均勻混合。SBR池排放剩余污泥可根據(jù)需要送至HUSB進(jìn)行消化處理，減少污泥排放量。

（2）工程運(yùn)行初期，原水水量不足時(shí)，充分利用SBR工藝的靈活性，適時(shí)調(diào)整運(yùn)行方式，采取白天運(yùn)行、夜間閑置、間歇曝氣的措施，最大限度地降低因SBR池在過(guò)低的污泥負(fù)荷下運(yùn)行，產(chǎn)生絲狀菌過(guò)度生長(zhǎng)的可能，同時(shí)降低了運(yùn)行能耗?？s短SBR池進(jìn)水時(shí)間后，進(jìn)一步增加進(jìn)水有機(jī)底物濃度梯度，促進(jìn)菌膠團(tuán)細(xì)菌的繁殖，也抑制了絲狀菌的生長(zhǎng)。

（3）乳品廢水水質(zhì)、水量波動(dòng)大，當(dāng)進(jìn)水有機(jī)物濃度偏高時(shí)，容易造成SBR池的有機(jī)負(fù)荷增加，DO不足，此時(shí)延長(zhǎng)曝氣時(shí)間，增加曝氣量，通過(guò)強(qiáng)化曝氣保證DO充足，促進(jìn)菌膠團(tuán)細(xì)菌的繁殖，抑制絲狀菌生長(zhǎng)，達(dá)到良好的處理效果，項(xiàng)目運(yùn)行期間，未發(fā)生因絲狀菌過(guò)度繁殖而引起的污泥膨脹現(xiàn)象。

4.3 運(yùn)行費(fèi)用

直接運(yùn)行費(fèi)用包括電費(fèi)、藥劑費(fèi)。本工程裝機(jī)容量為107 kW，工作容量為80.5 kW，平均日耗電為721.6 kW·h，按電價(jià)以 0.7 元/（kW·h）計(jì)，電費(fèi)為 0.51元/m3；PAM 消耗量為 0.40 kg/d，價(jià)格為 20 000元/t，藥劑費(fèi)用為0.01元/m3。直接運(yùn)行費(fèi)用合計(jì)0.52元/m3。

5 結(jié)論

（1）采用HUSB-改良型SBR工藝處理乳品廢水，運(yùn)行結(jié)果表明，處理出水平均COD、SS、NH3-N分別為 56、35、9.3 mg/L，達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。

（2）改進(jìn)SBR運(yùn)行方式，縮短進(jìn)水時(shí)間，提高進(jìn)水有機(jī)底物濃度梯度，抑制絲狀菌過(guò)度繁殖，在高有機(jī)負(fù)荷時(shí)采取強(qiáng)化曝氣，保證DO充足，避免絲狀菌污泥膨脹現(xiàn)象的出現(xiàn)。

（3）控制系統(tǒng)采用PLC集中控制和現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)相結(jié)合的控制方式，操作簡(jiǎn)便、運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

（4）HUSB-改良型SBR工藝處理乳品廢水，具有處理效率高、運(yùn)行穩(wěn)定、運(yùn)行費(fèi)用低、耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、操作靈活的特點(diǎn)，具有推廣應(yīng)用的價(jià)值。