高濃度茶多酚廢水工程升級改造實例

池俊杰，周元祥

（合肥工業大學 資源與環境工程學院，安徽 合肥230009）

1 引言

某藥業有限責任公司，其產品茶多酚系列產品銷往國內及歐美、日、韓等國家和地區，并成為國內及國外諸多知名企業高度信賴的供應商，已具有一定的品牌效應，產量和市場占有率位居同行業前三位。為適應市場日益增長的需求和企業的長遠發展，該藥業有限責任公司擬投資7964.59萬元，征地71畝，實施公司整體搬遷擴建。項目分兩期建設，項目一期實施后具有年產100t天然咖啡因、300t茶多酚生產能力，二期實施后全廠具有年產300t天然咖啡因、1000t茶多酚生產能力。其生產廢水主要由高濃度廢水和低濃度廢水兩部分組成，其中高濃度廢水主要來自茶多酚萃取液（氯仿、乙酸乙酯等）［1］，而低濃度廢水來源于設備清洗水、場地沖洗水、設備冷卻水等，其水質特點是有機物含量高、水質波動大、廢水具有一定生物抑制性，難于生物降解。

現其一期廢水處理站的預處理工藝無法達到滿意效果，導致后續構筑物負荷過重，無法正常運行，根據茶多酚廢水水質特點［2］和結合預處理模擬實驗，現采用混凝沉淀＋微電解＋芬頓處理工藝對其廢水進行預處理，經過一年多的實踐，系統運行穩定，出水水質各項指標均達到《污水綜合排放標準》（GB8978－1996）中二級排放標準。

2 工程改造分析設計

2.1 原處理工程概況

（1）設計處理規模：75m3/d。

（2）設計進水水質，見表1。

表1 設計進水水質

（3）設計出水水質：執行《污水綜合排放標準》（GB8978－1996）中二級排放標準，見表2。

表2 設計出水水質

（4）原處理設施，見表3。

（5）原處理工藝，見圖1。

表3 已有構筑物

圖1 原處理工藝

2.2 現有工程存在的問題和原因分析

2.2.1 進水水質超出設計值

本工程方案設計時，進水水質主要參考了企業環評報告和部分老廠廢水取樣實測數據。老廠原水取樣水質檢測，高濃度廢水 COD 22000mg/L；車間總排口CODcr 4440mg/L。然而在調試期間，多次對原水進行水質檢測，實際進水CODcr高達44000mg/L，進水水質嚴重超出方案設計范圍，造成系統負荷高，處理效果差。

2.2.2 混凝沉淀效果差

由于廢水COD過高，造成pH值調節較困難，液堿消耗量過大，按每天處理50m3/d廢水，片堿消耗量約在200～300kg之間；同時萃取液氯仿、乙酸乙酯易溶于金屬鹽類，投加的PAC被大量消耗，造成混凝反應效果不明顯，因此，未能有效去除廢水中茶多酚等物質。

2.2.3 泥活性差

因混凝沉淀效果差，預處理效果不足，廢水中大量茶多酚、乙酸乙酯等物質未被去除，抑制生化系統中污泥生長，造成污泥活性差，生化系統處理效率低。調試前期階段，為更好地去除茶多酚，投加的石灰量更大，也是造成污泥活性差的原因。

2.3 整改工藝說明

2.3.1 工藝的確定

上述存在的問題，根據調試總結和小試結果，擬對現有處理工藝作局部調整，強化廢水預處理，改變運行方式，以提高處理效果。調整后處理工藝如圖2。

圖2 調整后處理工藝

2.3.2 工藝說明

廢水在混凝反應池內，分別投加FeCl3、PAC、PAM。通過添加PAM、FeCl3，一方面Fe離子與茶多酚反應生成難溶化合物，減少廢水中茶多酚的含量，另一方面可以加速沉降速度；投加PAC，一方面鋁離子可與茶多酚生成難溶物質，另一方面通過絮凝作用去除水中呈膠體和微小懸浮狀的有機和無機物質，減小了后續生化處理負荷。

混凝反應池［3］的出水自流入初沉池，進行固液分離，上清液自流入微電解水池，沉淀物排入污泥池。

微電解［4］是指低電位的Fe與高電位的C在廢水中產生電位差，具有一定導電性的廢水充當電解質，形成無數的原電池，產生電極反應。電極反應生成的產物具有較高的化學活性，在中性或偏酸性的環境中，鐵電極本身及其所產生的新生［H］、［O］以及Fe2＋等均能和廢水中的許多組分發生氧化還原反應，如對三氯甲烷具有明顯還原脫氯的作用，對茶多酚等有機物開環斷鏈，多環大分子有機物，轉化為相對分子質量相對小易生物降解的物質，能破壞有機廢水中的發色結構，達到脫色的目的。微電解反應消耗了大量的H＋生成了大量的OH－，這使得廢水的pH值也有所提高；新生的二價鐵離子具有更高的吸附－絮凝活性，調節廢水的pH值可使鐵離子變成氫氧化物的絮狀沉淀，吸附污水中的懸浮或膠體態的微小顆粒及有機高分子，從而減少后續混凝沉淀藥劑投加量。廢水在微電解水池內經微電解處理后，再投加一定量的H2O2，利用微電解產生的鐵離子，形成芬頓反應，將有機物進一步氧化分解，目的是破壞茶多酚、乙酸乙酯和多糖等的結構，降低其生物毒性。

廢水由微電解池自流進入中和＋水解酸化池，首先進行pH值調節，然后進入水解部分，在水解酸化池中充分反應，將大分子物質進一步分解成小分子物質，提高可生化性。

水解酸化池出水提升至IC反應器［5］。廢水自下而上通過IC。反應器底部有一個高濃度、高活性的污泥床，污水中的大部分有機污染物在此間經過厭氧發酵降解為甲烷和二氧化碳。因水流和氣泡的攪動，污泥床之上有一個污泥懸浮層。反應器上部設有三相分離器，用以分離消化氣、消化液和污泥顆粒。生成的氣體自反應器頂部導出；污泥顆粒自動滑落沉降至反應器底部的污泥床；消化液從澄清區出水。IC負荷能力很大，適用于高濃度有機廢水的處理。運行良好的IC有很高的有機污染物去除率，不需要攪拌，能適應較大幅度的負荷沖擊、溫度和pH值變化。IC池出水進入UASB進一步厭氧分解；

UASB反應器［6，7］也是一種高效厭氧處理裝置，在此，廢水中的有機物進一步降解，轉換成CH4，出水進入中間水池。經沉淀后的廢水自流入接觸氧化池進行后續處理，在有氧條件下，廢水中的可降解污染物在好氧微生物作用下，一部分合成為微生物細胞，另一部分分解為CO2、H2O，得以徹底去除，從而使水質得到凈化。接觸氧化池［8］出水自流入混凝沉淀池，終沉池將接觸氧化池出水所帶的污泥沉淀，二沉池的沉淀物排入污泥池。

終沉池出水自流入清水池，廢水由提升泵輸入過濾器，以保障出水穩定達到排放。

污泥池污泥通過泵打入板框壓濾機壓濾，濾液回流至調節池，泥餅外運處置。

3 各構筑物具體參數

鑒于目前生產廢水產生量為60t/d，原設計水量為最大75t/d，但是污水COD濃度已達設計值的一倍以上，實驗也表明，污水原水很難取得滿意的處理效果，必須進行適當地稀釋，再采用新的工藝才能處理到滿意結果。不過稀釋以后，若要將產生的廢水完全處理，這樣總的處理水量增加了一倍，原設計的處理單元的水力停留時間均無法滿足要求，需要全面改造。所以，本方案為完全處理的方案（處理稀釋后的全部水量）。

3.1 格柵渠

格柵池為地下鋼混結構，設計參數如下。池體尺寸：2.0m×0.5m×1.5m；結構形式：鋼混，地下式；池數：1座；主要設備：人工格柵；尺寸：1.5m×0.5m；柵隙：5mm；數量：1臺。

3.2 調節池（新建）

池體尺寸：5.0m×8.0m×4.5m；有效容積：150m3；水力停留時間：24h；結構形式：鋼混，地下式；池數：1座；主要設備：①提升泵型號：50QW10－10－0.75，流量：Q＝10m3/h，揚程：H＝10m，功率：N＝0.75kW，數量：2臺（一用一備）；②液位計：2套；③潛水攪拌機：2臺。

3.3 混凝沉淀池（兩級沉淀，利用原有沉淀池和中間池改造）

由于水量增加一倍，原有沉淀池水力停留時間縮短一倍，沉淀效果下降，必須保證沉淀效果。

（1）反應池（原有）池體尺寸：3.4m×1.0m×2.5m；有效容積：7.0m3，水力停留時間：0.7h；結構形式：鋼混，半地上式；池數：1座。主要設備：①加藥裝置，型號：JY－1，數量：3套FeCl3、PAC、PAM；②攪拌器，轉速：100rad/min，功率：0.37kW，數量：3臺；

（2）初沉池（兩級串聯，第一級原有），池體尺寸：3.4m×3.0m×4.5m；有效容積：20m3；水力停留時間：1.0h；結構形式：鋼混，半地上式；池數：1座；主要設備：①導流筒及配件，1組；②溢流堰，1組；③污泥泵，型號：50WQ10－10－0.75，流量：Q＝10m3/h，揚程：H＝10m，功率：N＝0.75kW，數量：1臺。

（3）第2級沉淀池（原中間水池改造），池體尺寸：3.4m×3.0m×3.0m；有效容積：27m3；水力停留時間：1.3h；結構形式：鋼混，地下式；池數：1座；主要設備：①提升泵，流量：Q＝10m3/h，揚程：H＝15m，功率：N＝1.1kW，數量：2臺（一用一備），②液位計：2套，③污泥泵：型號：50WQ10－10－0.75，流量：Q＝10m3/h，揚程：H＝10m，功率：N＝0.75kW，數量：1臺。

3.4 鐵炭微電解反應池（原清水池改造）

池體尺寸：3.4m×3.0m×4.0m；有效容積：35.0m3；水力停留時間：5.5h；結構形式：鋼混，地上式；池數：1座。

3.5 中和＋水解酸化池（原調節池改造）

池體尺寸：4.0m×7.5m×3.0m；有效容積：75m3；結構形式：鋼混，地下式；池數：1座；

主要設備：①提升泵，型號：50QW10－10－0.75，流量：Q＝10m3/h，揚程：H＝10m，功率：N＝0.75kW，數量：2臺（一用一備）；②潛水攪拌機：型號 QJB1.5/8－320/3，功率1.5kW，數量：2臺。

3.6 IC反應器（新增）

容積負荷：5.0kgCOD/m3·d；有效容積：400m3；水力停留時間：60h；池體尺寸：Φ6.0m×15.0m；結構形式：鋼，地上式；池數：1座；主要設備：①三相分離器，數量：2組，材質：鋼，②布水系統，數量：1套，③水封器，數量：1套，④出水堰，數量：1套，材質：pp。

3.7 UASB水池（原有利用）

容積負荷：4.0kgCOD/m3·d；有效容積：100m3；水力停留時間：16h；池體尺寸：4.5m×4.5m×6.5m；結構形式：鋼混，半地下式；池數：1座；主要設備：①三相分離器，數量：1組，材質：PP，②布水系統，數量：1套，③水封器，數量：1套，④沼氣收集系統，數量：1套，⑤出水堰，數量：1套材質：pp。

3.8 氣浮機（新增）

再一次混凝反應，高效去除廢水中的懸浮物，降低部分COD，并實現廢水脫色。（采用氣浮機，處理能力10t/h·座在UASB和接觸氧化池之間的中間水池上。）

3.9 接觸氧化池（原有接觸氧化池＋沉淀池）

池體尺寸：6.5m×4.5m×4.0m ＋3.4m×3.0m×4.0m，有效容積：130m3；水力停留時間：20.0h；

結構形式：鋼混，半地下式；池數：1座；主要設備：①立體彈性填料，直徑：Φ＝150mm，長度：L＝2000mm，數量：100m3；②填料支架：材質：6＃角鋼及尼龍繩，數量：2套；③曝氣器，型號：PD3，數量：120套。

3.10 斜管沉淀池（新建）

池體尺寸：6.0m×2.5m×4.0m，有效容積：48.0m3，水力停留時間：2.0h，結構形式：鋼混，半地下式；池數：1座；主要設備：①斜管填料，數量：1組；②溢流堰，數量：1組；③污泥泵，型號：50WQ10－10－0.75，流量：Q＝10m3/h，揚程：H＝10m，功率：N＝0.75kW，數量：1臺。

3.11 清水池（新建）

池體尺寸：6.0m×4.0m×4.5m；有效容積：96.0 m3；水力停留時間：15.0h；結構形式：鋼混，半地上式；池數：1座；主要設備：①提升泵，流量：Q＝10m3/h，揚程：H＝15m，功率：N＝1.1kW，數量：2臺，②過濾器，處理能力：10m3/h，介質：石英砂和活性炭；材質：碳鋼防腐，數量：1套。

3.12 污泥濃縮池

池體尺寸：3.4m×3.0m×4.5m；有效容積：40.0 m3；結構形式：鋼混，地上式；池數：1座；

主要設備：污泥泵：型號：50WQ10－10－0.75，流量：Q＝10m3/h，揚程：H＝10m，功率：N＝0.75kW；數量：1臺。

4 廢水處理效果

土建項目從2013年10月正式動工，2014年3月基本完工，5月初所有設備全部安裝完畢，全面開始工藝調試并進入試轉，2014年7月初由當地環境監測站取樣檢測，一次性全部指標合格，經過3個多月的試運行環境監測部門對該工程進行了驗收監測。其中一個月的監測效果數據見圖3。

圖3 廢水處理效果

5 結語

采用混凝沉淀＋微電解＋芬頓預處理，結合IC反應器、氣浮池等工藝，改造后運行效果顯著，裝置運行穩定，操作運行簡便，自動化程度較高，運行方式靈活，對水質波動適應能力強，出水水質中COD、SS、色度等指標均達到《污水綜合排放標準》（GB8978－1996）中二級排放標準。

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