乳酸廢水處理站提標(biāo)改造工程設(shè)計(jì)及運(yùn)行效果

宋均軻, 姜筆存, 王 強(qiáng)

(南京環(huán)保產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心有限公司，江蘇 南京 211102)

1 項(xiàng)目概況

某企業(yè)利用玉米作為原料，通過微生物發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)乳酸，并配套生產(chǎn)乳酸鹽等衍生產(chǎn)品，生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的離子交換廢水、設(shè)備沖洗水及地面沖洗水等。企業(yè)現(xiàn)有污水站1座，設(shè)計(jì)處理能力7 000 m3/d，廢水經(jīng)中和池+調(diào)節(jié)池+UASB反應(yīng)器+好氧池+二沉池處理后外排，處理后外排水COD(化學(xué)需氧量)、氨氮(NH3-N)滿足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978—1996)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，之后進(jìn)入園區(qū)污水處理廠。

為滿足日益旺盛的乳酸市場需求，同時(shí)提高產(chǎn)品附加值，企業(yè)陸續(xù)新增了乳酸提純生產(chǎn)線及副產(chǎn)品回用生產(chǎn)線，新增生產(chǎn)線新增生產(chǎn)廢水，同時(shí)產(chǎn)品提純后污水中有機(jī)物濃度大幅增加。近年來，各地區(qū)對(duì)整體水環(huán)境提升的需要越加迫切，同時(shí)各級(jí)政府對(duì)企業(yè)外排水總氮控制越加嚴(yán)格，污水外排口要求增設(shè)TN(總氮)在線監(jiān)測儀表[1]。考慮到現(xiàn)有構(gòu)筑物及配套設(shè)備無法滿足現(xiàn)有環(huán)保要求，為實(shí)現(xiàn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展，同時(shí)為中水回用打下基礎(chǔ)，企業(yè)決定在現(xiàn)有污水站的基礎(chǔ)上升級(jí)改造。升級(jí)改造后污水處理能力提升至9 500 m3/d，外排水COD、氨氮、TN、TP(總磷)提標(biāo)滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918—2002)中一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)見表1。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)水出水指標(biāo)要求 單位：mg/L

2 技術(shù)路線及工藝方案

2.1 重難點(diǎn)分析

綜合本項(xiàng)目現(xiàn)狀，升級(jí)改造項(xiàng)目主要存在以下重難點(diǎn)：(1)污染物總量增加，出水指標(biāo)要求更高。設(shè)計(jì)水量由7 000 m3/d增加至9 500 m3/d，進(jìn)水COD質(zhì)量濃度由原有4 500 mg/L提升至現(xiàn)有設(shè)計(jì)值5 800 mg/L，出水指標(biāo)中COD由《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978—1996)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(≤100 mg/L)提升至《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918—2002)中一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)(≤60 mg/L)。(2)新增總氮考核指標(biāo)(≤20 mg/L)，原有UASB+好氧主體工藝對(duì)COD和氨氮有較好去除率，但對(duì)總氮去除效率有限。(3)為節(jié)省項(xiàng)目投資，需充分挖掘現(xiàn)有系統(tǒng)潛力，充分利舊；同時(shí)現(xiàn)有廠區(qū)可用面積有限，新增設(shè)備及工藝單元占地面積需重點(diǎn)考慮。

2.2 工藝路線

乳酸生產(chǎn)廢水有機(jī)物濃度高，但可生化性好，易被微生物降解。為實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的大幅、高效削減，結(jié)合現(xiàn)有UASB設(shè)備老舊、廠區(qū)可用面積有限的現(xiàn)狀，擬將原有UASB反應(yīng)器拆除，更換為內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器(IC反應(yīng)器)；為針對(duì)性去除廢水中TN，IC反應(yīng)器后增設(shè)反硝化脫氮單元及配套硝化液回流系統(tǒng)；為保證外排水TP穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，好氧池單元后新增混凝沉淀池。優(yōu)化后工藝流程見圖1。

圖1 優(yōu)化后工藝流程圖

2.3 主要設(shè)計(jì)參數(shù)

2.3.1 中和池(利舊)

利舊原有中和池，通過進(jìn)口端投加酸液或堿液，調(diào)節(jié)進(jìn)水pH值至設(shè)定值。中和池為全地下鋼砼池體，有效容積1 080 m3，水力停留時(shí)間2.7 h。新增硫酸儲(chǔ)罐1套(容積20 m3)，液堿儲(chǔ)罐1套(容積20 m3)，加藥計(jì)量泵3臺(tái)，2用1備，流量為75 L/h，壓力為0.4 MPa，功率為0.2 kW。中和池污水自流至調(diào)節(jié)池。

2.3.2 調(diào)節(jié)池(擴(kuò)容)

為降低水量及水質(zhì)波動(dòng)大對(duì)系統(tǒng)帶來的沖擊，充分利舊原有調(diào)節(jié)池(全地下鋼砼池體，池容486 m3)，同時(shí)新增調(diào)節(jié)池1座(全地下鋼砼，有效容積1 250 m3)，新增后水力停留時(shí)間4.4 h。新增調(diào)節(jié)池配套潛水?dāng)嚢铏C(jī)4臺(tái)，功率為2.5 kW；超聲波液位計(jì)1臺(tái)，測量范圍0～8 m。調(diào)節(jié)池出水通過提升泵進(jìn)入IC厭氧反應(yīng)器，新增配套提升泵2臺(tái)，1用1備，流量為400 m3/h，揚(yáng)程為40 m，功率為75 kW。

2.3.3 IC厭氧反應(yīng)器(新增)

IC厭氧反應(yīng)器是在UASB厭氧反應(yīng)器的基礎(chǔ)上，將分級(jí)處理技術(shù)、污泥顆?；夹g(shù)、無外加動(dòng)力內(nèi)循環(huán)技術(shù)等集成開發(fā)的高效內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器[2]，具有占地面積小，高徑比大，有機(jī)負(fù)荷高，出水穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)[3]。

工程新增IC厭氧反應(yīng)器4套，外形尺寸直徑10 m，高度20 m，整體材質(zhì)為碳鋼，反應(yīng)器內(nèi)部環(huán)氧樹脂防腐，成套設(shè)備包括旋流布水器、氣液分離器、內(nèi)外循環(huán)管道、三相分離器等。IC反應(yīng)器裝填原UASB反應(yīng)器內(nèi)顆粒污泥，4座IC反應(yīng)器并聯(lián)運(yùn)行，COD有機(jī)物容積負(fù)荷可達(dá)到10～14 kg/(m3·d)。IC反應(yīng)器出水自留進(jìn)入缺氧反硝化池。

2.3.4 缺氧反硝化池(新增)

生物發(fā)酵廢水中鈣、鎂離子濃度較高，反硝化生物濾池填料容易鈣化結(jié)垢，反洗難度大。本工程新增傳統(tǒng)活性污泥缺氧池，同時(shí)新增好氧池硝化液回流系統(tǒng)。缺氧池設(shè)置在好氧池前，既能充分利用IC反應(yīng)器出水中碳源，同時(shí)前置反硝化產(chǎn)生的堿度可部分補(bǔ)償后續(xù)硝化消耗的堿度[4]。

新增缺氧池1座，全地上鋼砼結(jié)構(gòu)，有效容積2 500 m3，高6 m，水力停留時(shí)間為6.3 h；池內(nèi)新增潛水?dāng)嚢铏C(jī)8臺(tái)，功率為2.5 kW，對(duì)角分布；缺氧池前端設(shè)置硝化液回流點(diǎn)。缺氧池污泥質(zhì)量濃度設(shè)計(jì)值為4 000～6 000 mg/L，運(yùn)行溶解氧為0.4～0.6 mg/L。

2.3.5 好氧池(利舊)

好氧池是整個(gè)污水站重要組成部分，可同步實(shí)現(xiàn)氨氮、COD等指標(biāo)削減。污水站原有好氧池3座(分3期建設(shè))，容積分別為2 300，2 100和4 900 m3，半地下鋼砼結(jié)構(gòu)，有效水深4.5 m，停留時(shí)間24 h。污泥質(zhì)量濃度設(shè)計(jì)值為4 000～5 000 mg/L，溶解氧范圍為2～5 mg/L，運(yùn)行過程COD容積負(fù)荷為0.50 kg/(m3·d)，氨氮容積負(fù)荷為0.03 kg/(m3·d)。

羅茨風(fēng)機(jī)噪音大、能耗高，本工程利舊原有羅茨風(fēng)機(jī)2臺(tái)，1用1備，功率為30 kW，流量為20.95 m3/min，壓力為53.9 kPa。新增懸浮風(fēng)機(jī)1臺(tái)，功率為200 kW，流量為170 m3/min，壓力為60 kPa。3座好氧池新增硝化液回流泵，1期好氧池回流泵2臺(tái)，1用1備，流量為210 m3/h，揚(yáng)程為7 m，功率為15 kW；2期回流泵2臺(tái)，流量為270 m3/h，揚(yáng)程為10 m，功率為18.5 kW；3期回流泵2臺(tái)，1用1備，流量為480 m3/h，揚(yáng)程為7 m，功率為30 kW。回流泵通過變頻控制，硝化液回流量為200%～300%。

2.3.6 混凝沉淀池(新增)

為確保出水TP滿足一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)和出水清澈，新增混凝沉淀池1座，半地下鋼砼結(jié)構(gòu)，直徑30 m，有效深度4.5 m，表面水力負(fù)荷為0.56 m/h，配套周邊傳動(dòng)刮泥機(jī)1臺(tái)；剩余污泥泵2臺(tái)，1用1備，流量為10 m3/h，揚(yáng)程為10 m，功率為1.1 kW；PAC加藥泵2臺(tái)，1用1備，流量為1 000 L/h，壓力為0.4 MPa，功率為1.1 kW；PAM加藥泵2臺(tái)，1用1備，流量為800 L/h，壓力為0.5 MPa，功率為0.75 kW。

2.3.7 污泥處理單元(擴(kuò)容)

生化系統(tǒng)產(chǎn)生的污泥進(jìn)入原配套疊螺式污泥脫水機(jī)處理。針對(duì)混凝沉淀池的物化污泥，新增物化污泥壓濾車間1座，全地上磚混結(jié)構(gòu)，平面尺寸13 m × 8 m × 6 m；新增物化污泥濃縮池1座，半地上鋼砼結(jié)構(gòu)，平面尺寸Φ8.5 m × 7 m；新增廂式板框壓濾機(jī)1套，過濾面積200 m2，工作壓力6 × 105Pa，功率為13 kW；新增污泥輸送泵2臺(tái)，1用1備，流量為30 m3/h，揚(yáng)程為60 m，功率為15 kW。

3 改造后運(yùn)行效果

選取項(xiàng)目調(diào)試穩(wěn)定后運(yùn)行的60天數(shù)據(jù)分析，評(píng)估整套系統(tǒng)對(duì)COD、氨氮、總氮和總磷的去除效果，具體見圖2～5。

圖2數(shù)據(jù)顯示，系統(tǒng)進(jìn)水COD質(zhì)量濃度(5 000～9 000 mg/L)波動(dòng)范圍大，但排水COD可穩(wěn)定在60 mg/L以下，COD去除率高達(dá)99%以上。主要因?yàn)橄到y(tǒng)內(nèi)的IC反應(yīng)器傳質(zhì)效果好，反應(yīng)器內(nèi)生物量大、污泥齡長[5]，進(jìn)水容積負(fù)荷比普通厭氧反應(yīng)器高2～3倍[6]；同時(shí)反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置兩級(jí)三相分離器，對(duì)比UASB等單級(jí)三相分離器，對(duì)污泥的截留分離效果更好。本工程IC厭氧反應(yīng)器COD平均有機(jī)負(fù)荷達(dá)到 10.3 kg/(m3·d)，COD最高有機(jī)負(fù)荷可達(dá)到13.5 kg/(m3·d)。

圖3數(shù)據(jù)顯示，系統(tǒng)進(jìn)水TN質(zhì)量濃度為35～55 mg/L，處理后系統(tǒng)出水TN質(zhì)量濃度可穩(wěn)定在12 mg/L以下，出水TN質(zhì)量濃度均值10 mg/L，平均去除率76%。

圖4數(shù)據(jù)顯示，本工程系統(tǒng)進(jìn)水氨氮質(zhì)量濃度為20～35 mg/L，進(jìn)水溫度常年可保證在30 ℃左右，處理后系統(tǒng)出水氨氮質(zhì)量濃度穩(wěn)定在1.0 mg/L以下，平均去除率96.7%。

圖2 進(jìn)出水COD質(zhì)量濃度及去除效率

圖3 進(jìn)出水總氮質(zhì)量濃度及去除效率

圖4 進(jìn)出水氨氮質(zhì)量濃度及去除效率

圖5 進(jìn)出水總磷質(zhì)量濃度及去除效率

圖5數(shù)據(jù)顯示，系統(tǒng)進(jìn)水總磷質(zhì)量濃度為8～20 mg/L，根據(jù)進(jìn)水總磷濃度的變化調(diào)節(jié)混凝藥劑投加量，系統(tǒng)出水總磷質(zhì)量濃度可穩(wěn)定在0.8 mg/L以下，平均去除率95%，出水清澈。

4 效益分析

(1)企業(yè)年產(chǎn)330 d，每天處理污水9 500 m3，工程實(shí)施后可實(shí)現(xiàn)年減排COD總量21 000 t，總氮年減排105 t，氨氮年減排74 t，總磷年減排37 t。

(2)IC反應(yīng)器運(yùn)行中副產(chǎn)沼氣，沼氣產(chǎn)氣率按COD 0.30 m3/kg計(jì)算，日產(chǎn)沼氣約16 000 m3/d(折合發(fā)電量24 000 kWh)。沼氣經(jīng)處理后可用于廠區(qū)生產(chǎn)供熱、供暖等，有效降低生產(chǎn)運(yùn)行成本。

(3)充分利舊原有設(shè)備及構(gòu)筑物，工程升級(jí)改造新增投資約2 060萬元；噸水直接運(yùn)行成本(電費(fèi)、藥劑、人工費(fèi)等)為1.61元/m3。

5 結(jié)論

某乳酸生產(chǎn)企業(yè)為提升廢水處理站處理能力，降低排水污染物濃度，在充分利舊原有構(gòu)筑物及設(shè)備的基礎(chǔ)上，對(duì)原有工藝進(jìn)行優(yōu)化。廢水處理站提標(biāo)改造后，處理規(guī)模由7 000 m3/d提升至9 500 m3/d，廢水經(jīng)中和池+調(diào)節(jié)池+IC反應(yīng)器+缺氧反硝化池+好氧池+混凝沉淀池處理后，出水COD、總氮、氨氮、總磷指標(biāo)優(yōu)于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918—2002)中一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。噸水直接運(yùn)行成本為1.61元/m3，副產(chǎn)沼氣可用于企業(yè)干燥熱源。