混凝沉淀—水解酸化—CAST 工藝處理食品工業廢水

李尚月，余建朋，況 力，饒思源

（1.機械工業第三設計研究院，重慶400039；2.重慶水務集團股份有限公司，重慶400020）

食品加工過程中有大量的副產物和廢棄物產生，而且用水量很大，廢水排放量也很大。食品工業廢水主要來源于3個生產工段：一是原料清洗工段，廢水含大量懸浮物；二是生產工段，原料中未利用的部分進入廢水中，含有大量有機物；三是成形工段，使用了各種食品添加劑，一部分流失進入廢水，使廢水化學成分復雜。

食品工業廢水的特點主要體現6個方面：1）廢水量大小不一；2）生產隨季節變化，廢水水質水量也隨季節變化；3）廢水中可生物降解成分多；4）廢水中含各種微生物，包括致病微生物，廢水易腐敗發臭；5）高濃度廢水多，其BOD濃度在500mg／L以上的情況很多，其中有濃度高達數萬毫克每升的，亦并不罕見；6）廢水中氮、磷含量較高。

1 廢水水質、水量及工藝選擇

1.1 廢水水質、水量

彭水縣某工業園區企業為農副產品深加工和食品加工類型企業，所排放的廢水主要包括園區內企業的生產廢水、園區內居民區及公共場所生活廢水。廢水的主要成分為食品工業廢水，隨季節、制作工藝的變化而變化，廢水中含有大量的有機物，易腐敗，不含有害物質，屬于中高濃度廢水。

對于企業生產廢水，要求第二類污染物達到GB8978－1996《污水綜合排放標準》第二類污染物最高允許排放濃度的三級標準后，才允許排入工業園區污水管網系統，但是，由于園區采用標準廠房，入駐企業多采用作坊式生產，所排放的廢水一般情況下未經過預處理（或預處理后不一定達到三級標準）就直接排入園區污水處理廠，造成園區污水處理廠的進水水質濃度偏高。

工業園區的污水經污水處理廠處理達標后排入郁江，達到GB8978－1996《污水綜合排放標準》一級標準。園區污水處理廠設計進出水水質見表1

表1 污水處理廠進出水水質

根據工業園區發展情況和企業入住情況，預計到2015年，廢水排放量將達到3 000t／d左右，園區污水處理廠遠期建設規模擴建至6 000t／d。

1.2 處理系統工藝選擇

目前處理城市廢水主要采用生化處理法，但由于該工業園區污水處理廠的原水大部分來自食品工業，廢水的有機物濃度較高，因此必須經一定預處理后再進行生化處理。預處理工藝采用混凝沉淀法，加少量的混凝劑可去除廢水中50%以上的有機物。

處理中高濃度的有機廢水常常需要在好氧處理系統前段設置厭氧預處理段，水解酸化可以將廢水中的難降解的大分子有機物分解成易降解的小分子有機物，水力停留時間較短，只部分降解有機物，達到降低好氧生物階段的負荷、改善廢水營養平衡的目的。

好氧處理系統采用循環式活性污泥法處理工藝，即CAST工藝，指設有生物選擇器及兼氧區和主反應區的可變容積反應池，生物選擇器可有效防止污泥膨脹，以序批曝氣—非曝氣方式運行的間歇式活性污泥處理工藝，在一個反應器中完成有機污染物的生物降解和泥水分離的處理功能。它的循環操作運行過程包括以下四個階段：充水－曝氣階段、沉淀階段、潷水（上清液排出）、閑置階段。CAST工藝具有運行方式靈活、占地面積小、耐沖擊負荷，適合小規模污水的生化處理。

通過以上分析，最終確定選用混凝沉淀—水解酸化—CAST工藝的組合工藝技術作為該工業園區污水處理廠處理工藝。該組合工藝是一種有效的、合理的優化工藝，運用此組合工藝處理后，污水污染物排放濃度可達到GB8978－1996《污水綜合排放標準》一級標準。擬建項目污水治理分級去除效果見表2。

表2 廢水中污染物分級去除效果

2 工藝流程及主要構筑物

2.1 工藝流程

混凝沉淀—水解酸化—CAST工藝流程見圖1。

圖1 園區污水處理廠工藝流程圖

2.2 主要構筑物設計

根據工程規模及分期安排，格柵井、調節池、鼓風機房、接觸消毒池和污泥脫水機房按遠期（6 000 m3／d）設計，其它構筑物按近期（3 000m3／d）設計。主體構筑物見表3。

表3 主體構筑物一覽表

2.2.1 格柵井

格柵井是污水處理廠內工藝流程的最前端構筑物，其作用為攔截污水中的垃圾渣子，保證污水提升泵能夠正常運行。為保證事故排放，設置了安全溢流口。

2.2.2 調節池

根據污水水量和水質實際情況，為保證污水處理廠生產設施的正常穩定運行，在污水處理廠內設置調節池，起到均質、均量的作用。水力停留時間8h，有效池容1 000m3。

2.2.3 混凝沉淀池

投加PAC和PAM通過機械攪拌進行反應，反應時間分別為3min，再進行絮凝反應，反應時間為15min，絮凝反應后的污水進入混凝沉淀池。

沉淀池將絮凝反應后的混合液進行固液分離后，澄清水進入水解酸化池。本工程沉淀池采用平流式沉淀池，采用桁車式刮泥刮渣機。平流沉淀池具有沉淀效率高、停留時間短、占地少、去除浮油等優點。

為節約工程投資，平流式沉淀池采用與混凝反應池合建的一體式構筑物。

2.2.4 貯泥池

貯泥池作為臨時貯存污泥的作用，貯泥池的污泥通過潛污泵抽至污泥脫水機房，平流式沉淀池的污泥和CAST池的剩余污泥排至貯泥池。

2.2.5 水解酸化池

水解酸化池是一種新型的厭氧反應器，將厭氧水解處理作為各種生化處理的預處理工藝，由于不需充氧曝氣而大大降低了運行成本，有效提高污水的可生化性，降低后續生物處理階段的負荷，大大減少了后續好氧處理工藝的曝氣量，降低工程投資和運行費用。停留時間8h，有效池容667m3。

2.2.6 CAST生物處理池

CAST生物處理池分為生物選擇區、厭氧區和好氧主反應區二個部分。其中選擇區容積占單格總容積15%。進水與回流污泥充分混合后進入厭氧區。每個選擇區內設有1個潛水攪拌器。厭氧區污水通過厭氧區與主反應區之間的隔墻底部開孔緩慢進入主反應區，主反應區內設有微孔曝氣器。污水在主反應區經過周期性充水、曝氣、沉淀、排水、閑置等階段得到凈化。工程設計兩個CAST池，每格池設剩余污泥泵1臺、回流污泥泵1臺；底部微孔曝氣器采用管式微孔曝氣器；主反應區撇水采用旋轉式潷水器，每格設1臺。

根據自控程序周期性運行。循環時間為8h，其中充水4h、曝氣6h、沉淀1h、排水1h，進水同時進行污泥回流，剩余污泥的排放在沉淀結束后進行。污泥負荷：Ns＝0.11kg BOD5／kgMLSS·d，污泥濃度：MLSS＝3 500mg／L，污泥齡：t＝15d。

2.2.7 接觸消毒池

接觸消毒是為了殺滅污水中的致病細菌，消毒系統采用二氧化氯消毒法。接觸消毒池的池容按遠期平均流量設計。設計流量：Q＝500m3／h（潷水器單臺流量），接觸時間：t＝30min，有效池容：V＝250m3，運行方式：間歇消毒。

2.2.8 柴油發電機房及鼓風機房

鼓風機房和變配電間合建，預留遠期設備位置。鼓風機房考慮隔音降噪措施。

2.2.9 污泥脫水間

污泥脫水間設污泥帶式濃縮脫水一體機及配套設備，保證污泥能及時被處理，可以有效防止污泥的二次污染。污泥脫水機房內預留遠期設備位置。

2.2.10 加藥間

加藥間內設加氯系統、混凝劑投加系統和輔助營養物質投加系統。加氯系統包括二氧化氯發生器和配套設備；混凝劑投加系統，包括PAC投加系統和PAM投加系統；輔助營養物質投加系統包括投加酸堿、投加碳源、投加除磷劑等，工業廢水成分復雜，設置輔助營養物質投加系統目的是保證微生物生長的環境和營養配比。

加藥間和污泥脫水機房合建，包括原材料庫房和設備間。土建按遠期建設，并預留遠期設備位置。

3 工程投資及成本分析

3.1 工程投資

彭水某食品工業園污水處理廠工程總投資預算為1 948.67萬元，其中：第一部分工程費用1 355.67萬元，工程建設其他費用448.65萬元，基本預備費用144.35萬元。

3.2 成本分析

處理每噸廢水的各項直接運行費用見表4。

表4 處理每噸廢水的各項直接運行費用

4 結 語

①混凝沉淀—水解酸化—CAST工藝技術先進，經濟合理，運行可靠，適用于治理食品工業廢水。

②按近期規模計算各污染物削減量為：CODCr686.2噸／年，BOD5423.4噸／年，SS 277.4噸／年，NH3－N14.6噸／年，對于水體污染物的減排起到一定的貢獻。

③ 實施工業園區污水處理廠工程，有效確保園區工業廢水實現達標排放，保護郁江和烏江免受污染，同時對保護三峽庫區的水體質量和生態環境具有積極作用。

④ 工程運行費用較低，單位水量直接運行費用僅為0.43元／m3污水。

［1］ 唐受印，戴友芝.食品工業廢水處理［M］.化學工業出版社.

［2］ 赫桂珍，高永.水解酸化＋SBR工藝在啤酒廢水處理中的應用［J］.河北建筑工程學院學報，2005，23（04）：35－37.

［3］ 崔成武，江波.水解酸化－CASS工藝處理計劃生育用藥廢水［J］.給水排水，2005，31（12）：59－60.

［4］ 許吉現，胡卜元.混凝沉淀－水解酸化－SBR工藝處理乳品廢水［J］.中國給水排水，2007，23（6）：71－74.