高氮磷有機食品廢水處理工程實例分析

孫理密，翟紀(jì)學(xué)，張德清，孫翔宇，朱 麗

（1.山東建筑大學(xué)熱能工程學(xué)院，山東濟南 250101；2.山東建大教育置業(yè)有限公司，山東濟南 250101；3.山東水發(fā)魯潤水務(wù)科技有限公司，山東濟南 250014；4.山東建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，山東濟南 250101）

食品工業(yè)廢水是水污染的重要排放源，主要特點是排放量大、富含有機物和大量懸浮物、BOD 較高〔1〕，其中有些以豆類為原料的食品行業(yè)，由于豆類原材料含有較高的特征物質(zhì)——氮和磷，其加工過程中產(chǎn)生的廢水水質(zhì)特點為BOD、COD、TN、NH3-N、TP的質(zhì)量濃度均較高，屬于高濃度可生化性較好的有機廢水〔2〕，從氮磷指標(biāo)達(dá)標(biāo)要求角度比一般食品廢水難處理〔3〕。食品工業(yè)廢水對人體的危害雖然不及其他含有毒有害物質(zhì)的工業(yè)廢水大，但卻有較多的耗氧有機物，排入水體將導(dǎo)致富營養(yǎng)化或黑臭現(xiàn)象〔2，4〕。食品廢水治理的工程案例非常多，但對于含有高濃度的氮磷、COD 和SS 的豆制品廢水工程實例報道的并不多，已有工程實例一般均采用厭氧（水解酸化）與好氧結(jié)合（A∕O）的組合技術(shù)〔5-10〕，但采用的具體的厭氧和好氧工藝有很大差異，如厭氧有的采用升流式厭氧污泥床（UASB）、水解酸化、厭氧折流板反應(yīng)器（ABR）等，好氧工藝選擇的有活性污泥、生物接觸氧化以及生物濾池等。設(shè)計、運行較好的工程案例對于行業(yè)水污染防治有重要的參考價值。鑒于此，筆者以山東某食品公司廢水工程為例，詳細(xì)分析其工藝流程及特色、構(gòu)筑物設(shè)計要點及運行效果分析，以期為同行業(yè)廢水治理提供一定的指導(dǎo)和借鑒。

1 廢水處理規(guī)模、設(shè)計水質(zhì)及排放要求

山東某食品公司廢水屬于高氮磷、高COD 的有機廢水，公司主要采用各種豆類原料生產(chǎn)豆沙系列產(chǎn)品，生產(chǎn)廢水中含有大量的植物蛋白、淀粉、糖類、磷化合物和懸浮物，毒性一般。廢水處理工程于2018 年建成投產(chǎn)，目前運行穩(wěn)定，效果良好。

廢水處理規(guī)模Qd為1 000 m3∕d，Qh=41.7 m3∕h。設(shè)計水質(zhì)見表1。該廢水特點是COD、BOD5、TN 和TP 濃度高，特別是TP遠(yuǎn)高于一般的食品廢水，處理出水需滿足《山東省南水北調(diào)沿線水污染排放標(biāo)準(zhǔn)》即（DB 37∕599—2006）一般保護(hù)區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)及修改單要求。

表1 設(shè)計進(jìn)水水質(zhì)和排放要求Table 1 Design influent and effluent quality

2 廢水處理工藝設(shè)計及主要構(gòu)筑物和設(shè)備參數(shù)

2.1 廢水處理工藝設(shè)計

廢水處理采用“UASB+A∕O+絮凝沉淀”深度處理組合工藝，具體見圖1。

圖1 廢水處理工藝流程Fig.1 Flow chart of waste water treatment process

水中懸浮物濃度較高，但顆粒粒徑小，進(jìn)集液池前只設(shè)一道人工清理粗格柵。該工藝流程相對簡單，占地面積少，且對水質(zhì)、水量波動的適應(yīng)性較好，厭氧采用的UASB 工藝為第二代厭氧反應(yīng)器，技術(shù)成熟，能耗較低〔5-6〕，好氧曝氣（O 池）采用“射流器”，氧的利用率高。

2.2 主要構(gòu)筑物及設(shè)備參數(shù)

（1）集液池。主要功能是收集、存儲各車間排放的廢水并進(jìn)行提升。構(gòu)筑物為1座地下式鋼砼結(jié)構(gòu)，外觀尺寸L×W×H=11.0 m×5.0 m×4.3 m，池體V有效=110 m3，V總=236.5 m3；HRT 為2.6 h；設(shè)置提升泵（上海凱泉，80WQ∕D261-3.0）2 臺，1 用1 備，流量Q=45 m3∕h，揚程H=13 m。

（2）初沉池。采用絮凝平流式，主要功能是去除廢水中的懸浮物、漂浮物等顆粒物質(zhì)，滿足UASB 對進(jìn)水水質(zhì)的要求。構(gòu)筑物為1 座平流式半地上式鋼砼結(jié)構(gòu)，池體尺寸L×W×H=24.4 m×4.0 m×9.0 m，容積V有效=480 m3，V總=878 m3，表面負(fù)荷為0.43 m3∕（m2·h），有效水深為5.0m，HRT=17.8h；配置2套PAC和PAM制備及計量投加系統(tǒng)（PE 材質(zhì)），PAC 和PAM的投加量為1.0 kg∕t 和0.002 kg∕t；采用污泥斗重力排泥，配置4 套山東海知環(huán)境科技有限公司PN-I 重力式排泥系統(tǒng)（PVC-U 材質(zhì)）排泥系統(tǒng)。

（3）對角線調(diào)節(jié)池。主要功能是均衡水量和水質(zhì)。構(gòu)筑物為1 座半地上式鋼砼結(jié)構(gòu)，池體尺寸L×W×H=24.4 m×5.0 m×9.0 m；HRT=24 h，池體V有效=1 000 m3，V總=1 098 m3；配置提升泵2 臺（上海凱泉，WL2155-251），1用1備，流量Q=45 m3∕h，揚程H=13 m。

（4）UASB 池。主要功能是利用厭氧微生物降解有機物。構(gòu)筑物為1座4格半地上式鋼砼結(jié)構(gòu)，池體尺寸L×W×H=12.0 m×9.0 m×11.0 m，池體V有效=4 536 m3，V總=4 752 m3；COD 容積負(fù)荷為2.05 kg∕（m3·d），HRT為4.5 d（即108 h）；配置8 套點對點布水器（SUS304材質(zhì)），均勻布水、防止堵塞；4 套SXF-Ⅰ三相分離器（SUS304 材質(zhì)，板厚4 mm）；4 套PN-Ⅰ排泥系統(tǒng)；水封器（SUS304 材質(zhì)，板厚4 mm）1 套，尺寸D×H=600 mm×1 500 mm 水封沼氣，防止回火；1 套脫硫罐（SUS304 材質(zhì)），尺寸D×H=600 mm×1 500 mm；換熱裝置1 套，將廢水溫度升到35～38 ℃。

（5）中間沉淀池。主要功能是沉淀UASB 出水中的絮狀體。構(gòu)筑物為1 座半地上式鋼砼結(jié)構(gòu)，池體尺寸L×W×H=20.0 m×4.0 m×9.5 m，有效水深5.0 m，V總=760 m3，V有效=400 m3；沉淀時間為9.6 h；表面負(fù)荷為0.53 m3∕（m2·h）；配置2 臺厭氧污泥回流泵（上海凱泉L2155-251），1 用1 備，流量Q=45 m3∕h，揚程H=13 m。

（6）缺氧池∕射流曝氣池（A∕O）。缺氧池主要功能是接收回流的硝化液，完成反硝化脫氮。構(gòu)筑物為1 座2 格半地上式鋼砼結(jié)構(gòu)，單格尺寸L×W×H=4.5 m×9.0 m×8.0 m，V有效=600 m3，HRT=14.4 h；配置2套BS-I 點對點布水器（SUS304 材質(zhì)）。好氧池主要功能是利用池內(nèi)活性污泥進(jìn)一步降解有機物。構(gòu)筑物為1 座2 格半地上式鋼砼結(jié)構(gòu)，單格尺寸L×W×H=15.1 m×9.0 m×8.0 m，V有效=2 000 m3，HRT=48 h，COD容積負(fù)荷為0.26 kg∕（m3·d）；氣水比為15∶1，配置SL-Ⅱ射流曝氣專用噴嘴24 支，氧利用率為30%，射流泵4 臺（上海凱泉，LW2260-429），三葉羅茨鼓風(fēng)機2 臺（中國川源，GRB-125A），硝化液回流泵2 臺（上海凱泉，LW2260-429）。

（7）二沉池。主要功能是沉淀好氧池出水中的懸浮物。構(gòu)筑物為1 座半地上平流式鋼砼結(jié)構(gòu)，池體尺寸L×W×H=20.0 m×4.0 m×8.0 m，有效水深為4.5 m，V有效=360 m3，V總=640 m3；表面負(fù)荷為0.53 m3∕（m2·h）；配置1 套PBX-4.0 桁架式刮吸泥機，行走速度為1.0 m∕min；2臺好氧污泥回流泵（上海凱泉，80WQ∕D261-3.0），1 用1 備。

（8）終沉池。主要功能有2 個：一是對沉淀的污泥起到一定的濃縮作用，為活性污泥曝氣池提供回流污泥；二是在此投加除磷劑，進(jìn)一步去除污水中的磷，投加藥劑為聚合氯化鋁（PAC）和聚合硫酸鐵（PFS），投加量分別為0.2 kg∕t 和0.05 kg∕t；構(gòu)筑物為1座地上式鋼砼結(jié)構(gòu)，池體尺寸L×W×H=20.0 m×4.0 m×7.0 m，V有效=512 m3，V總=560 m3，有效水深6.4 m；表面負(fù)荷為0.525 m3∕（m2·h），HRT=12 h；配套2 套除磷劑投加系統(tǒng)、1 套PBX-4.0 桁架式刮吸泥機、2 臺排泥泵（1 用1 備，上海凱泉80WQ∕D261-3.0）。

（9）污泥濃縮池。主要功能是對污泥進(jìn)行濃縮，去除一部分污泥顆粒間隙水（游離水，已達(dá)到減容和降低含水率目的。構(gòu)筑物為1 座半地上式鋼砼結(jié)構(gòu)，池體尺寸L×W×H=14.0 m×7.0 m×5.0 m，V總=490 m3，V有效=100 m3；污泥濃縮時間為12 h。

（10）疊螺污泥脫水機。主要功能是進(jìn)一步降低經(jīng)過濃縮后的污泥含水率，形成泥餅（含水率≤80%）外運處置利用。配置2 臺疊螺污泥脫水機（山東海知環(huán)境科技有限公司，LR-303），外形尺寸2 060 m×1 420 m×1 140 mm，脫水（絕干）能力90～150 kg∕h，固體回收率≥95%。

3 廢水處理工程運行效果及成本

3.1 運行效果

該廢水處理工程已經(jīng)運行2 年多，效果良好且穩(wěn)定，處理效果見表2。

表2 處理工程運行效果Table 2 The project’s treatment effects mg∕L

從運行效果看，該工程設(shè)計最主要的特點有以下5 個：

（1）初沉池設(shè)計為絮凝式沉淀池，并置于調(diào)節(jié)池之前。由于該廢水含有高濃度的細(xì)小懸浮物，必須在進(jìn)入UASB 之前進(jìn)行部分去除，以達(dá)到后續(xù)UASB 的進(jìn)水要求，因此，在初沉池處設(shè)置絮凝劑（PAC、PAM）投加系統(tǒng)，SS 去除率為94.7%。如果初沉池置于調(diào)節(jié)池后，則調(diào)節(jié)池內(nèi)需安裝曝氣攪拌等設(shè)施，以防止廢水高濃度SS 發(fā)生沉積，這樣會增加較多動力消耗，可見將其置于調(diào)節(jié)池之前屬于系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計。

（2）UASB 設(shè)計超長水力停留時間，采用點對點布水系統(tǒng)，有機物去除效率高。該單元HRT 為4.5 d，布水均勻，運行穩(wěn)定，COD 和BOD5去除率分別達(dá)到94.3%和89.1%。

（3）A 池、O 池均設(shè)計超長HRT，分別為14.4 h 和48 h，總HRT 為62.4 h，而室外排水設(shè)計規(guī)范（2016）推薦A∕O 系統(tǒng)總HRT 為8～16 h，其中A 池為0.5～3 h；好氧池采用射流曝氣，由于前構(gòu)筑物UASB 有較高的有機物去除率，調(diào)試中發(fā)現(xiàn)A 池反硝化脫氮碳源不足，改進(jìn)方法是引入200 m3原廢水進(jìn)入A 池作為外加補充碳源，很好地解決了碳源不足問題；二沉池水力負(fù)荷較低為0.53 m3∕（m2·h），而室外排水設(shè)計規(guī)范（2016）建議活性污泥法后該值一般為1.0～1.5 m3∕（m2·h），由于針對具體水質(zhì)設(shè)計了較優(yōu)的工藝參數(shù)，因此該單元BOD5和NH3-N 去除率較高，分別達(dá)到95.4%和99.4%。

（4）二沉池之后設(shè)計了絮凝式終沉池，實現(xiàn)TP 達(dá)標(biāo)，TP去除率為99.0%，同時可保證出水SS穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

（5）污泥脫水設(shè)備采用疊螺污泥脫水機，設(shè)備節(jié)能，處理負(fù)荷大，但污泥含水率一般在80%左右，對于污泥含水率要求高的工程，需配套其他設(shè)備進(jìn)一步脫水。

3.2 建設(shè)及處理成本

工程總投資為938.35萬元，其中土建部分投資為603.94 萬元，工藝設(shè)備及安裝工程投資為334.41 萬元。廢水處理成本電費為1.23 元∕m3，人員工資0.4元∕m3，藥劑費1.25元∕m3，總處理成本為2.88元∕m3。

4 結(jié)語

從工程設(shè)計、建設(shè)與運行的實踐看，工藝參數(shù)設(shè)計應(yīng)根據(jù)具體水質(zhì)和建設(shè)場地條件靈活考慮，不應(yīng)局限于設(shè)計規(guī)范推薦的參數(shù)值。本工程廢水屬于高COD、高氮磷、高SS 的水質(zhì)，主要構(gòu)筑物設(shè)計為超長的水力停留時間和較低的水力負(fù)荷、容積負(fù)荷，能確保較高的污染物去除率，實現(xiàn)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)和較低的運行成本，出水水質(zhì)穩(wěn)定優(yōu)于排放標(biāo)準(zhǔn)。