某味精企業(yè)廢水站擴能改造工程實例

余波， 張楠， 陳百恒， 王了遼

（陜西昕宇表面工程有限公司， 西安 710003）

我國2018 年味精產能占世界的80% 以上， 供給量占全球的60% 以上， 我國已成為全球最大的味精生產國和味精出口國， 每生產1 t 味精， 要排放15 ～20 t 廢水， 對環(huán)境造成嚴重污染［1］。 東北某企業(yè)的味精生產主要以淀粉、 大米及糖密為原料，通過制糖、 發(fā)酵、 提取精制等工序， 最終制成味精， 產生的廢水主要來源于生產過程中原料與設備的洗滌水、 消毒廢水和提取味精后的發(fā)酵母液及濃縮結晶遺棄的結晶母液（離子交換尾液）， 具有“五高一低”的特點： 即CODCr、 BOD5、 菌體、 硫酸根（或氯離子）和氨氮含量高， pH 值低［2-4］。 目前， 高濃度（ρ（CODCr）＞1 500 mg／L）有機廢水處理多采用生物法， 而A／O 工藝在工程實踐中被證實為一種經濟有效、 運行穩(wěn)定的生物處理技術［5］。 味精廢水具有較好的可生化性， 因此大都采用A／O 處理工藝或與其他技術聯用的組合處理工藝。

移動床生物膜反應器（MBBR）是20 世紀80 年代后期出現的一種新型生物膜反應器［6］， MBBR 工藝以處理能力高、 能耗低、 不需要反沖洗、 出水水質穩(wěn)定、 占地少、 剩余污泥量少、 維護管理簡單等特點受到廣泛關注［7］， 對氨氮和總氮處理效率優(yōu)于一般活性污泥法［8-10］。

1 工程概況

東北某味精生產企業(yè)廢水站設計水量為10 000 m3／d， 實際運行水量約為10 100 m3／d， 采用水解-厭氧-缺氧-好氧工藝， 出水CODCr、 氨氮要求達到GB 8978—1996《污水綜合排放標準》中一級排放標準限值。 實際運行過程中， 由于進水量大于設計負荷， 進水水質波動較大， 導致出水CODCr、 氨氮不能穩(wěn)定達標。 同時該企業(yè)擬對生產進行擴能改造，擴能后味精產量達到5 萬t／a， 總排水量達到15 000 m3／d， 是現有廢水站設計處理能力的1.5 倍。 針對這些情況， 擬對廢水站進行擴能改造。 本次擴能改造將原有A／O 活性污泥法系統改造為以MBBR 專用填料為核心的生物膜法， 同時新增1 套處理量為5 000 m3／d 的A／O-MBBR 生化系統， 以滿足擴能改造后新增水量的需求。

2 設計進出水水質

根據生產車間統計， 進入廢水站的廢水主要有7 股， 分別為淀粉蒸發(fā)工段排水、 復合肥蒸發(fā)工段排水、 提取蒸發(fā)工段排水、 糖化蒸發(fā)工段排水、 精制工段中和后排水、 淀粉高濃工段排水以及其他廢水。 生產排水溫度較高， 約為45 ～50 ℃， 各工段排水量、 水質及設計進出水水質詳見表1。

表1 各工段排水量、 水質及設計進出水水質Tab.1 Discharged water quantity and quality of each section and design influent and effluent water quality

由表1 可知， 生產廢水排放的CODCr、 BOD5、氨氮濃度較高， 進水pH 值較低， 處理難度大。 因此， 尋求適合該廢水水質特點的處理技術， 是本次擴能改造成功的關鍵。

3 工藝流程

本次改造需要提高現有廢水處理設施對CODCr、氨氮的去除效率， 同時新建1 套處理量為5 000 m3／d污水處理系統， 滿足擴能部分的需求。 與傳統活性污泥法相比， MBBR 能大幅提高CODCr、 氨氮去除效率， 而且對廢水水質、 水量變化具有一定抗沖擊負荷能力［11-15］。 在實地考察大量升級改造案例及查閱相關文獻基礎上， 本次擴能改造采用MBBR 技術， 具體思路如下： ①針對現有廢水站處理水量超過設計處理能力， 出水CODCr、 氨氮不能穩(wěn)定達標問題， 從現有IC 反應池出水總管上引一路管道至現有廢水處理系統， 在該管道上增設流量計， 控制進入現有廢水處理系統的水量， 同時更換現有好氧池的曝氣系統， 并投加專有MBBR 填料及配套攔截反吹裝置。 曝氣風量一部分由現有羅茨風機（利舊）供應， 不足部分由新建廢水處理系統的鼓風機供應。 ②從現有IC 反應池出水總管上引另一路管道至新建廢水處理系統， 在管道上增設流量計， 新建系統缺氧池內設置MBBR 專用填料、 攪拌器及攔截裝置， 好氧池內設置MBBR 專用填料、 曝氣設備及攔截裝置。 針對舊系統風量不足及新系統需求， 增設曝氣設備（離心風機）， 保證整套足夠風量。 ③針對生化系統進水pH 值過低或過高， 增設1 套HCl 和NaOH 加藥系統， 同時在預酸化調節(jié)池內設置1 套pH 在線監(jiān)測系統， 對pH 值進行監(jiān)控，保證生化系統穩(wěn)定性。

本項目主體采用預酸化-IC-A／O-MBBR 工藝，工藝流程如圖1 所示。

4 主要建構筑物及設備參數

圖1 工藝流程Fig. 1 Process flow

（1） 調節(jié)預酸化池。 現有1 座， 平面尺寸為22.8 m×22.1 m， 池深6.0 m， 有效水深5.5 m。 配套潛水攪拌機4 臺， 功率為7.5 kW， 材質SS304；配套提升泵3 臺， 流量為380 m3／h， 揚程為28 m，功率為110 kW； 現有冷卻塔2 臺， 單臺處理量為300 m3／h。 針對調節(jié)池損壞， 本次改造采用玻璃鋼“三布五油”防腐； 新增1 套逆流式方形工業(yè)用冷卻塔， 材質為玻璃鋼， PP 格柵填料， 處理水量為300 m3／h， 進塔水溫為50 ℃， 出塔水溫≤35 ℃。

（2） 事故池。 現有1 座， 平面尺寸為22.8 m×13.5 m， 池深6.0 m， 有效水深5.5 m。 配套潛水攪拌機2 臺， 功率為7.5 kW， 材質SS304； 配套提升泵2臺， 流量為150 m3／h， 揚 程 為30 m， 功 率 為7.5 kW。 針對事故池損壞， 本次改造采用玻璃鋼“三布五油”防腐。

（3） IC 反應池。 現有1 座， 尺寸為φ 11.0 m×24.0 m， 有效容積為2 185 m3， 碳鋼防腐。 配套70 m3沼氣穩(wěn)壓罐。 IC 池由于擴能改造， 進水總量由10 000 m3／d 提升至15 000 m3／d， 有效停留時間僅為3.5 h， 有機物降解停留在水解階段， 本次改造把其作為預處理和流量分配池使用。

（4） 缺氧池。 現有2 座， 平面尺寸為22.3 m×19.5 m， 池深6.7 m， 有效水深6.0 m， 有效容積為2 600 m3， 有效停留時間為12.5 h。 配套潛水攪拌機4 臺， 功率為7.5 kW， 材質SS304。

本次改造新增缺氧池1 座， 平面尺寸為21.0 m×14.7 m， 池深6.5 m， 有效水深6.0 m， 有效容積為1 850 m3， 有效停留時間為8.9 h。 新增缺氧池內投加MBBR 懸浮填料780 m3， 填充率為30%， 填料材 質 為HDPE， 比 表 面 積 為500 m2／m3； 配 套MBBR 專用潛水攪拌機2 臺， 功率為7.5 kW， 材質SS304； 配套攔截及反吹裝置8 套， 圓筒形篩網尺寸為φ 650 mm×1 100 mm， 篩網孔徑為10 mm， 不銹鋼304 材質； 針對現有缺氧池損壞， 采用玻璃鋼“三布五油”防腐。

（5） 好氧池。 現有2 座， 30.0 m×19.5 m， 池深6.7 m， 有效水深6.0 m， 有效容積為3 510 m3， 有效停留時間為16.8 h。 配套硝化液回流泵3 臺， 流量為890 m3／h， 揚程為5.0 m， 功率為45 kW； 配套羅茨風機3 臺， 流量為77 m3／min， 揚程為70 kPa， 功率為132 kW。

針對好氧池損壞， 本次改造采用玻璃鋼“三布五油”防腐； 將現有好氧池微孔曝氣改為MBBR 配套專用穿孔曝氣管， 增加8 套出水攔截及吹掃裝置， 向好氧池投加MBBR 懸浮填料， 填料直徑為25 mm， 其比表面積為500 m2／m3， 材質為HDPE，填料堆積密度為（96 ± 2） kg／m3， 填充率為30%。新增好氧池1 座， 平面尺寸為28.3 m×21.0 m， 池深6.5 m， 有效水深6.0 m， 分隔為6 個串聯水池，總有效容積為3 565 m3， 有效停留時間為17 h； 新增MBBR 攔截及反吹裝置48 套， 配套離心風機3臺， 流量為120 m3／min， 揚程為70 kPa， 功率為250 kW， 配套硝化液回流泵3 臺， 流量為308 m3／h， 揚 程 為10 m， 功 率 為18.5 kW， 配 套 好 氧MBBR 專用填料， 填充率為30%。

（6） 二沉池。 現有1 座， 尺寸為φ 34.0 m×4.5 m。 配套中心傳動刮泥機1 套； 配套污泥泵3 臺，流量為210 m3／h， 揚程為10 m， 功率為7.5 kW。

本次改造新增二沉池1 座， 尺寸為φ 18.0 m×3.5 m。 配套中心傳動刮泥機1 套； 配套污泥回流泵3 臺， 流量為103 m3／h， 揚程為10 m， 功率為5.5 kW。

（7） 污泥濃縮池。 1 座， 尺寸為φ 14.0 m×4.5 m。 配套污泥泵3 臺， 流量為40 m3／h， 揚程為20 m， 功率為11 kW； 配套2 臺帶寬為2 m 的壓泥機?，F有污水處理系統日產污泥量約1.8 t［干泥］／d， 新系統產生的污泥量為0.9 t［干泥］／d， 合計產泥量為2.7 t［干泥］／d， 經核算， 現有2 臺污泥帶式壓濾機每天工作7 h 即可處理完所有污泥。

5 運行效果分析

工程改造完成后， 在調試期間， 由于系統進水懸浮物濃度較高， 導致缺氧池與好氧池之間的填料攔截網（攔截網孔徑為10 mm）堵塞， 造成缺氧池水位超過報警水位， 為此， 在調節(jié)預酸化池進水處增設1 臺處理能力為800 m3／h 的轉鼓格柵， 間隙為3 mm， 有效解決了攔截網堵塞問題。 生化系統穩(wěn)定運行后， 廢水站采用24 h 連續(xù)監(jiān)測各工藝段出水水質和水量指標， 檢測結果表明， 經過改造后，整個廢水處理系統運行正常， 出水水質良好， 出水CODCr、 氨氮穩(wěn)定達到排放標準。 穩(wěn)定運行期間，實際月平均進出水水質監(jiān)測結果如表2 所示。

表2 實際進出水水質Tab. 2 Influent and effluent water quality

由表2 可知， 經過擴能改造處理后， 項目運行效果穩(wěn)定， 出水各項指標都達到GB 8978—1996 的一級排放要求。

6 經濟效益分析

項目總投資2 721.4 萬元， 其中土建工程1 183.1萬元， 設備及工器具購置費為1 298.2 萬元， 安裝工程費150.7 萬元， 設計及技術服務費89.4 萬元。

本次擴能改造運行成本考慮電耗、 藥劑費（液堿）、 蒸汽費（加藥管線伴熱）， 處理水量以15 000 m3／d 計， 年運行8 640 h， 折合噸水費用為0.67 元。

7 結語

通過對現有生化曝氣系統進行改造， 將原有A／O 工藝活性污泥法改造成A／O－MBBR 復合生物處理技術， 系統兼具生物膜法和A／O 工藝特點，具有處理效果好， 抗水質、 水量沖擊負荷的優(yōu)點，出水水質能穩(wěn)定達到GB 8978—1996 一級排放標準。 在工程設計時， 應注意對進水采取合適的預處理措施， 防止填料攔截裝置堵塞。