EBIS工藝處理養(yǎng)殖廢水的工程設(shè)計(jì)與運(yùn)行

邵 宇 馬少杰 袁 煜 韓寧波

1.寶來利安德巴賽爾石化有限公司，遼寧 盤錦 124000；2.邁邦（北京）環(huán)保工程有限公司，北京 102211

0 引言

某種豬場位于云南省紅河哈尼族彝族自治州建水縣青龍鎮(zhèn)，其養(yǎng)殖廢水處理站設(shè)計(jì)規(guī)模為1 000m3/d，主體采用上流式厭氧污泥床反應(yīng)器（Up-flow Anaero?bic Sludge Bed/Blanket，UASB）+高效一體化生物處理系 統(tǒng)（Energy Biochemical Intelligent control System，EBIS）+芬頓工藝。筆者主要對該廢水處理站工程設(shè)計(jì)進(jìn)行梳理，并對其運(yùn)行效果進(jìn)行檢驗(yàn)，以期為同類廢水處理工程的設(shè)計(jì)提供參考與借鑒。

1 養(yǎng)殖廢水處理站設(shè)計(jì)的進(jìn)出水水質(zhì)

該種豬場設(shè)計(jì)年產(chǎn)種豬40萬頭，設(shè)計(jì)存欄量約2萬頭，分為兩期進(jìn)行建設(shè)，目前均已建設(shè)完成。其中，一期采用干清糞工藝，二期采用水沖糞工藝，并按照《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18596—2001）考慮設(shè)計(jì)余量。該種豬場養(yǎng)殖廢水處理站設(shè)計(jì)規(guī)模為1 000m3/d，設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)如表1所示。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

2 工藝流程

該種豬場養(yǎng)殖廢水處理工藝流程如圖1所示。①養(yǎng)殖廢水通過粗格柵去除大粒徑雜物后自流入集水池，后經(jīng)提升泵提升進(jìn)入固液分離區(qū)去除糞渣等大顆粒固體，在生物吸附絮凝池及初沉池去除大部分懸浮物，然后進(jìn)入生化系統(tǒng)。②養(yǎng)殖廢水經(jīng)EBIS生化系統(tǒng)去除大部分化學(xué)需氧量（Chemical Oxygen De?mand，COD）、五日生化需氧量（Biochemical Oxygen Demand，BOD5）、懸浮物（Suspended Solids，SS）、氨氮、總氮（Total Nitrogen，TN）、總磷（Total Phosphorus，TP）等污染物。二期新增UASB罐輔助生化系統(tǒng)去除污染物。養(yǎng)殖廢水在芬頓反應(yīng)池進(jìn)一步去除COD及TP，在消毒池對各種細(xì)菌及病毒進(jìn)行消殺處理，達(dá)標(biāo)后排放或回用。③脫水后的糞渣放置在堆糞棚，待回收利用。廢水處理中產(chǎn)生的物化污泥及剩余污泥排入污泥儲池，經(jīng)脫水處理后外運(yùn)處置。

圖1 工藝流程圖

該養(yǎng)殖廢水處理站總占地面積約3 000m2，總平面布局如圖2所示。

圖2 總平面布局圖

3 主要構(gòu)筑物及設(shè)備

3.1 格柵及集水池

格柵井設(shè)置在室外，與集水池合建，設(shè)計(jì)規(guī)模為1 000m3/d；格柵井尺寸為3.0m×1.0m×2.5m，集水池尺寸為16.2 m×10.8 m×4.5 m。主要設(shè)備為粗格柵1臺，污水提升泵4臺（用3備1），單臺流量為18m3/h，揚(yáng)程為15m，功率為1.5 kW。

3.2 固液分離區(qū)

固液分離設(shè)備設(shè)置于二層平臺，設(shè)計(jì)規(guī)模為1 000m3/d，平臺尺寸為8.5 m×5.0 m。主要設(shè)備為疊螺式脫水機(jī)4臺（用3備1），單臺處理量30～60 kgDS/h（DS為干基污泥），功率為1.29 kW。

3.3 生物吸附絮凝池

生物吸附絮凝池尺寸為9.0m×9.0m×6.0m，設(shè)計(jì)規(guī)模1 000 m3/d。絮凝藥劑聚合氯化鋁（Poly Alu?minium Chloride，PAC）、聚丙烯酰胺（Polyacrylamide，PAM）投加至前端，回流初沉池及二沉池污泥至后端，設(shè)置曝氣攪拌。藥劑絮凝時(shí)間為1.6 h，生物絮凝時(shí)間為8.7 h。主要設(shè)備為微孔曝氣頭140套，單套供氣量2～7m3/h。

3.4 初沉池

初沉池尺寸為Φ9.0m×6.0m，有效水深為5.5m，周進(jìn)周出輻流式沉淀池，設(shè)計(jì)規(guī)模為1 000m3/d，表面負(fù)荷為0.66m3/（m2·h）。主要設(shè)備為中心傳動刮泥機(jī)1套，尺寸為Φ9m×6m，功率為0.25 kW；排泥泵2臺（用1備1），單臺流量為25m3/h，揚(yáng)程為10m，功率為1.5 kW。

3.5 UASB罐

UASB罐共2套，單套尺寸為Φ12.0m×7.0m，有效水深為6m，設(shè)計(jì)規(guī)模為1 000m3/d。設(shè)計(jì)溫度為25℃，容積負(fù)荷為3 kgCOD/（m3·d），停留時(shí)間為32.5 h，污泥產(chǎn)率0.1 kgVSS/kgCOD（VSS為揮發(fā)性懸浮固體），產(chǎn)氣率為0.45m3/kgCOD，沉淀區(qū)表面負(fù)荷為0.19m3/（m2·h）。主要設(shè)備為三相分離器、配水系統(tǒng)、沼氣收集系統(tǒng)、水封箱各2套；排泥泵2臺（用1備1），單臺流量為25m3/h，揚(yáng)程為10m，功率為1.5 kW。

“一帶一路”建設(shè)與上海合作組織建設(shè)互為機(jī)遇、互動發(fā)展。上海合作組織已成為涉及區(qū)域安全、經(jīng)濟(jì)合作、國際交流等領(lǐng)域的區(qū)域性國際組織，該組織的一些國家成員也是與“一帶一路”建設(shè)有關(guān)的國家。同時(shí)，“一帶一路”沿線國家與亞太經(jīng)合組織、中亞區(qū)域經(jīng)濟(jì)合作、亞洲合作對話等主體的成員國也存在一定程度的交叉重合。這會使區(qū)域組織之間統(tǒng)一的行動和意愿難以實(shí)現(xiàn)，某些區(qū)域組織內(nèi)部的紛爭有可能被裹挾到多個(gè)區(qū)域組織中，造成區(qū)域組織之間的矛盾。

3.6 EBIS生化池

EBIS生化池設(shè)計(jì)為兩級生化系統(tǒng)，池體尺寸為53.0 m×15.0 m×6.0 m，有效水深為5.5 m，設(shè)計(jì)規(guī)模為1 000m3/d。EBIS系統(tǒng)分為一級低氧曝氣區(qū)、二級低氧曝氣區(qū)，停留時(shí)間分別為47.42、57.02 h。污泥濃度為5～8 g/L，容積負(fù)荷為0.8 kgCOD/（m3·d），污泥負(fù)荷為0.067 kgBOD5/（kgMLSS·d），TN負(fù)荷為0.03 kg/（kgMLSS·d）（MLSS為懸浮固體）。配備可提升微孔曝氣系統(tǒng)2套、空氣推流器6套，利用空氣將低氧區(qū)末端水回流至低氧區(qū)前端，形成混合液大循環(huán)，循環(huán)倍數(shù)高于20倍［3］。曝氣風(fēng)機(jī)采用羅茨鼓風(fēng)機(jī)3臺（用2備1），單臺風(fēng)機(jī)風(fēng)量為27.96m3/m in，功率為45 kW，出口壓強(qiáng)為0.07 MPa。配備獨(dú)特的溶氧控制系統(tǒng)3套（用2備1），實(shí)時(shí)跟蹤精確控制溶氧。

3.7 二沉池

二沉池尺寸為Φ9.0m×6.0m，有效水深為5.5m，為周進(jìn)周出輻流式沉淀池，設(shè)計(jì)規(guī)模為1 000m3/d，表面負(fù)荷為0.66m3/（m2·h）。主要設(shè)備為中心傳動刮泥機(jī)1套，尺寸為Φ9m×6m，功率為0.25 kW；污泥回流泵2臺（用1備1），單臺流量為25m3/h，揚(yáng)程為10m，功率為1.5 kW［4］。

3.8 芬頓反應(yīng)池

芬頓反應(yīng)池尺寸為9.0m×8.4m×6.0m，設(shè)計(jì)規(guī)模為1 000m3/d?？偡磻?yīng)時(shí)間為9.1 h，分為pH值調(diào)節(jié)池1座，停留時(shí)間為0.8 h；硫酸亞鐵反應(yīng)池1座，停留時(shí)間為0.8 h；氧化反應(yīng)池2座，停留時(shí)間為5.9 h；中和池1座，停留時(shí)間為0.8 h；絮凝池1座，停留時(shí)間為0.8 h。主要設(shè)備為pH值調(diào)節(jié)池、硫酸亞鐵反應(yīng)池、絮凝池合建在一起，并配套1臺2.2 kW槳式攪拌器；氧化反應(yīng)池，配備3.7 kW槳式攪拌器及穿孔曝氣管；中和池設(shè)置旋混曝氣頭攪拌。30%稀硫酸投加量為1.50mg/kg，硫酸亞鐵投加量為2.00mg/kg，過氧化氫投加量為0.50mg/kg，石灰投加量為1.50mg/kg，PAC投加量為1.00mg/kg，PAM陰離子投加量為0.03mg/kg［5］。

3.9 終沉池

終沉池尺寸為Φ9.0m×6.0m，有效水深為5.5m，為周進(jìn)周出輻流式沉淀池，設(shè)計(jì)規(guī)模為1 000m3/d，表面負(fù)荷為0.66m3/（m2·h）。主要設(shè)備為中心傳動刮泥機(jī)1套，尺寸為Φ9m×6m，功率為0.25 kW；排泥泵2臺（用1備1），單臺流量為25m3/h，揚(yáng)程為10m，功率為1.5 kW。

3.10 次氯酸鈉消毒池

次氯酸鈉消毒池設(shè)計(jì)規(guī)模為1 000m3/d，池體尺寸為9.0m×1.6m×6.0m，有效水深為5.0m，停留時(shí)間為1.7 h。設(shè)置穿孔曝氣管，曝氣攪拌。

3.11 污泥儲池及脫水機(jī)

污泥儲池設(shè)計(jì)規(guī)模為1 000 m3/d，池體尺寸為9.0m×5.0m×6.0m，有效容積為247.5m3。主要設(shè)備為排泥泵2臺（用1備1）、疊螺式脫水機(jī)2臺（用1備1），單臺處理量為30～60 kgDS/h，功率為1.29 kW。PAM陽離子投加量為5 g/kgDS。

3.12 加藥間

加藥設(shè)備放置于加藥間，加藥間平面尺寸為18.5 m×5.4 m，內(nèi)部設(shè)置6格配藥池，分別為PAC溶藥池、硫酸亞鐵溶藥池、PAM陽離子溶藥池、PAM陰離子溶藥池、石灰溶藥池（2格），單格配藥池有效容積為7.2m3。配備3個(gè)加藥桶，分別為過氧化氫加藥桶、次氯酸鈉加藥桶、硫酸加藥桶，單個(gè)加藥桶有效容積3 m3。每格配藥池配套1臺2.2 kW槳式攪拌器。PAC、硫酸亞鐵、過氧化氫、次氯酸鈉、硫酸各配備加藥計(jì)量泵2臺（用1備1），PAM陽離子加藥計(jì)量泵2臺（用1備1），PAM陰離子加藥泵5臺（用4備1），石灰加藥泵5臺（用4備1）。

4 成本分析

該污水處理站投入運(yùn)行后，不考慮人工費(fèi)、折舊費(fèi)和污泥處置費(fèi)，僅考慮藥劑費(fèi)和電費(fèi)運(yùn)行成本，具體如表2所示。

表2 污水處理站主要運(yùn)行成本一覽表

采用該工藝流程噸水用電2.78 kW·h，用電成本為1.81元/t，藥劑成本為1.22元/t。在規(guī)?；B(yǎng)殖廢水處理中，該污水處理站整體用電量適中，但為保證出水水質(zhì)穩(wěn)定而持續(xù)較大量投加藥劑，藥劑成本偏高，可在后續(xù)運(yùn)行中摸索最佳的藥劑投加量，從而降低運(yùn)行成本。

5 運(yùn)行效果

該污水處理站2020年12月進(jìn)水量在900～1 000m3/d，基本達(dá)到滿負(fù)荷；目前仍正常運(yùn)行，出水水質(zhì)達(dá)到《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5084—2021）中旱地作物灌溉用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)際進(jìn)水中，受豬場種豬存欄量及豬舍清理頻率影響，進(jìn)水水質(zhì)波動較大。各單元進(jìn)出水水質(zhì)如表3所示。

表3 各單元實(shí)際進(jìn)出水水質(zhì)

雖然進(jìn)水水質(zhì)波動較大，但出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。出水COD濃度小于150mg/L，去除率達(dá)到98%；出水氨氮濃度小于35mg/L，去除率達(dá)到96%；出水TP濃度小于8mg/L，去除率達(dá)到95%，總體出水水質(zhì)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值。在進(jìn)水水質(zhì)、水量波動較大的條件下，總出水水質(zhì)優(yōu)于《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5084—2021）中旱地作物灌溉用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，表明UASB+EBIS+芬頓工藝對養(yǎng)殖廢水具有良好的處理效果。

6 結(jié)論

①云南省紅河哈尼族彝族自治州某種豬場污水處理站設(shè)計(jì)規(guī)模1 000m3/d，采用“格柵→固液分離區(qū)→生物吸附絮凝池→初沉池→UASB罐→EBIS生化池→芬頓反應(yīng)池”的工藝流程處理養(yǎng)豬廢水，出水COD濃度小于150mg/L，出水氨氮濃度小于35mg/L，出水TP濃度小于8mg/L，總出水水質(zhì)優(yōu)于《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5084—2021）中旱地作物灌溉用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

②總運(yùn)行成本雖因使用設(shè)備和投加藥劑較多而較高，但其不受進(jìn)水波動影響，可最大限度發(fā)揮出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的優(yōu)點(diǎn)。