高濃度含磷食品廢水處理改造工程實(shí)例

陳輝 趙鋮博 謝健

摘要：江西某食品企業(yè)主要生產(chǎn)淀粉糖漿、大米蛋白肽及果蔬粉，產(chǎn)生的廢水COD和TP濃度高，原廢水處理工藝已無(wú)法達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)對(duì)原工藝進(jìn)行改造，采用“氣浮+水解酸化+UASB+A2/O+混凝除磷+沉淀+MBR”聯(lián)合處理工藝處理該食品生產(chǎn)廢水。運(yùn)行結(jié)果表明，系統(tǒng)對(duì)COD、TP、SS、氨氮4種主要污染物的去除率分別達(dá)到了98.92%、98.71%、98.76%、69.62%，系統(tǒng)抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，改進(jìn)后的工藝出水水質(zhì)良好，滿(mǎn)足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）表4中一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。廢水工藝處理成本為5.35元/m3。

關(guān)鍵詞：食品廢水;UASB;A2/O;化學(xué)除磷;MBR

中圖分類(lèi)號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2020）12-00-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.12.029

Project example of the treatment modification of highly concentrated phosphorus-containing food wastewater

Chen Hui1，Zhao Chengbo2，Xie Jian1

（1.Xinyu Ecological Environment Monitoring Center of Jiangxi Province，Xinyu Jiangxi 338099，China;

2.College of Environmental Science and Engineering， Beijing Forestry University，Beijing 100008，China）

Abstract：The wastewater from a food enterprice in Jiangxi Province，mainly produces starch syrup，rice protein peptide，fruit and vegetable powder，contains relatively high concerntration Chemical Oxygen Demand and Total Phosphorus.Since the original treatment process has been unable to meet the effluent standards.The original process was reformed， the wastewater from the food production was treated by the combined process of air flotation+hydrolytic acidification+Upflow Anaerobic Sludge Blanket Reactor+Anaerobic-Anoxic-Oxic+coagulation phosphorus removal +precipitation+Membrane Bioreactor. The operation results showed that the removal rate of Chemical Oxygen Demand，Total Phosphorus，Suspended Solid and Ammonia Nitrogen reached 98.92%、98.71%、98.76% and 69.62%，respectively.The system has strong anti-impact load ability， the quality of system was good which reached the the first-class standard in Table 4 of Integrated Wastewater Discharge Standard （GB8978-1996）. The cost of wastewater treatment was 5.35 yuan/m3.

Key words：Food wastewater;Upflow anaerobic sludge bed reactor;Anaerobic-anoxic-oxic;Chemical phosphorus;Membrane bioreactor

食品產(chǎn)業(yè)種類(lèi)覆蓋釀造、飲料、肉品、果蔬和生鮮等，這些產(chǎn)品在生產(chǎn)加工過(guò)程中因經(jīng)洗滌、浸泡、燙煮和設(shè)備清洗等操作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量高濃有機(jī)廢水[1]，廢水中包括懸浮物、氮磷、蛋白質(zhì)和碳水化合物等污染因子。在工程應(yīng)用中，一般以生化法為主、物化法為輔的方法處理。本工程為江西某食品企業(yè)的污水處理改建工程，該食品企業(yè)主要生產(chǎn)淀粉糖漿、大米蛋白肽及果蔬粉。生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢水COD在7 500～8 000mg/L，TP（以磷酸鹽計(jì)）約36mg/L左右，該食品廢水具有有機(jī)物濃度較高、TP高等特點(diǎn)。采用原有的“氣浮+水解酸化+接觸氧化+沉淀”工藝對(duì)該廢水進(jìn)行處理，最終出水COD、磷超標(biāo)嚴(yán)重，難以達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）表4中一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的要求，對(duì)企業(yè)正常生產(chǎn)造成了很大的影響。

針對(duì)該廢水的特點(diǎn)，并結(jié)合陳建剛、陸祎韻、朱霞等、俞沈晶[2～5]的研究成果，決定對(duì)原處理工藝進(jìn)行改造。在生化段，增加UASB池，增加A2/O池，將原來(lái)的生物接觸氧化池改造成A2/O池中的好氧池;在深度處理段，增加混凝除磷池和MBR池。經(jīng)升級(jí)改造后，出水穩(wěn)定，能夠達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）表4中一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求。

1 工程概況

1.1 廢水水質(zhì)及排放標(biāo)準(zhǔn)

該食品企業(yè)廢水產(chǎn)生量約為1 000m3/d，設(shè)計(jì)處理能力50m3/h，經(jīng)過(guò)處理后的廢水水質(zhì)需滿(mǎn)足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）表4中一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。廢水水質(zhì)、水量及排放標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

1.2 廢水處理工藝

針對(duì)該企業(yè)生產(chǎn)廢水水質(zhì)特點(diǎn)，原來(lái)采用“氣浮+水解酸化+接觸氧化+沉淀”工藝處理，原工藝采用水解酸化和接觸氧化串聯(lián)模式，出水無(wú)法將高COD處理達(dá)到100mg/L以下。原工藝沒(méi)有設(shè)置有效的除磷工藝，出水磷超標(biāo)嚴(yán)重;接觸氧化池通常進(jìn)水在5 000mg/L以上，由于進(jìn)水負(fù)荷過(guò)高，水質(zhì)發(fā)黑，有一定的死泥。故需要對(duì)該工藝進(jìn)行改造，采用“氣浮+水解酸化+UASB+A2/O+混凝除磷+沉淀+MBR”，在水解酸化池后增加UASB厭氧池，廢水B/C為0.35，可生化性好，UASB可去除大量的有機(jī)物，減少好氧的進(jìn)水負(fù)荷，增加A2/O池，有效地脫氮除磷和進(jìn)一步降解COD。通過(guò)生化處理的TP仍較高，需增加混凝除磷池，投加藥劑高效除磷，同時(shí)增加MBR設(shè)備，確保出水達(dá)標(biāo)排放。改造后廢水處理工藝流程如圖1所示。

綜合廢水首先進(jìn)入調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)水質(zhì)與水量后經(jīng)泵送入氣浮池，采用氣浮一體機(jī)去除廢水中的油類(lèi)和膠體類(lèi)污染物，以減輕對(duì)后續(xù)生物處理工藝的壓力;氣浮池出水經(jīng)提升泵1送入水解酸化池，在水解池內(nèi)，水解菌群將大分子有機(jī)物分解為小分子有機(jī)物;水解酸化池出水經(jīng)提升泵2送入U(xiǎn)ASB厭氧反應(yīng)器，去除大部分COD;UASB出水自流進(jìn)入A2/O處理單元，進(jìn)行生物脫氮除磷，并進(jìn)一步去除COD;好氧池出水自流至沉淀池1（現(xiàn)有），回流80%的污泥，出水進(jìn)入混凝除磷池，在除磷池中投加氫氧化鈣、PAC、PAM等藥劑進(jìn)行混凝處理，水中溶解性的磷正好能與投加的藥劑進(jìn)行充分反應(yīng)生成磷酸鹽絮狀沉淀，并在沉淀池2（現(xiàn)有）進(jìn)行沉淀，沉淀池2產(chǎn)生的化學(xué)污泥全部進(jìn)入污泥濃縮池進(jìn)行脫水處理;沉淀池出水最后經(jīng)MBR膜分離后出水自流至清水池，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)排口外排;來(lái)自氣浮池的浮渣、UASB厭氧池污泥、沉池污泥，由污泥泵打入污泥濃縮池，濃縮后用壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾脫水，壓濾濾液回流至調(diào)節(jié)池，干污泥外運(yùn)處置。

2 改造后的構(gòu)筑物和設(shè)計(jì)參數(shù)

改造后的構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表2。

3 實(shí)際運(yùn)行結(jié)果及分析

3.1 反應(yīng)器的啟動(dòng)

3.1.1 UASB反應(yīng)器

UASB接種污泥來(lái)自江西某食品廠污水處理廠的厭氧污泥，初期啟動(dòng)進(jìn)水負(fù)荷控制在0.3～0.5kg COD/（m3.d），污泥適應(yīng)馴化后，容積負(fù)荷由0.5kgCOD/（m3·d）起，內(nèi)循環(huán)3d，逐步分多次提高進(jìn)水負(fù)荷。接種運(yùn)行80d后，整體污泥濃度為12～15g/L，上升流速為0.6m/h。廢水由UASB反應(yīng)器底部進(jìn)入，向上流過(guò)污泥床區(qū)與大量的厭氧細(xì)菌接觸，廢水中的有機(jī)物被厭氧菌分解成沼氣，廢水在升流的過(guò)程中夾帶著沼氣和厭氧菌固體物，沼氣在氣室區(qū)進(jìn)行固液分離，處理過(guò)的凈化水由反應(yīng)器頂部排走，在污泥床的底層將形成濃污泥，而在上層是稀的絮狀污泥，剩余污泥應(yīng)該從污泥床的上部排出。運(yùn)行趨于穩(wěn)定，UASB對(duì)COD的去除效果見(jiàn)圖2。

隨著調(diào)試運(yùn)行，UASB反應(yīng)器對(duì)COD的去除效率趨于升高，去除率由初始運(yùn)行階段的5%逐步提高。這是因?yàn)殡S著時(shí)間的推移，厭氧微生物繁殖增長(zhǎng)，去除率逐漸增大。在啟動(dòng)40d后，進(jìn)水COD達(dá)到7 500mg/L，COD去除率呈現(xiàn)先下降再不斷升高的波動(dòng)式變化。負(fù)荷的提升對(duì)反應(yīng)器有沖擊作用，當(dāng)污泥轉(zhuǎn)變?yōu)楹谏鯛顣r(shí)，運(yùn)行穩(wěn)定，對(duì)COD去除率可達(dá)到83%，出水穩(wěn)定在1 500 mg/L左右。隨著污泥的不斷增長(zhǎng)繁殖，需定期排泥，反應(yīng)器外排的污泥中會(huì)帶一部分的磷。

3.1.2 A2/O池

A2/O池接種污泥來(lái)自城鎮(zhèn)污水處理廠消化污泥，接種后好氧池進(jìn)水悶曝。當(dāng)COD去除率達(dá)到50%時(shí)，逐步提高負(fù)荷間斷性地進(jìn)水。接種35d后，污泥沉降比（SV）由原來(lái)的35%下降至12%，出現(xiàn)大量菌膠團(tuán)，污泥生長(zhǎng)良好。控制厭氧池溶解氧為0.2mg/L，缺氧池溶解氧為0.5mg/L，好氧池溶解氧為2～4mg/L，混合液回流比為150%，污泥回流比為80%，MLSS穩(wěn)定在4 000mg/L，馴化完成，啟動(dòng)成功。

3.2 調(diào)試運(yùn)行中的問(wèn)題及解決辦法

3.2.1 UASB反應(yīng)器跑泥問(wèn)題

在調(diào)試中期，由于反應(yīng)器酸化嚴(yán)重以及水力負(fù)荷太大，出現(xiàn)了跑泥現(xiàn)象，通過(guò)投加小蘇打和調(diào)節(jié)進(jìn)水負(fù)荷有效地解決了這個(gè)問(wèn)題，定期監(jiān)測(cè)反應(yīng)器的揮發(fā)性脂肪酸。

3.2.2 A2/O工藝中缺氧池和好氧池的溶氧控制問(wèn)題

缺氧池是反硝化脫氮的重要場(chǎng)所，一般溶解氧在0.2～0.5mg/L，好氧池是硝化和吸收磷的場(chǎng)所，一般溶解氧在2～4mg/L，由于曝氣量過(guò)大和大量硝化液回流等因素的影響溶氧難以掌握，所以需要通過(guò)安裝在線溶解氧電極，實(shí)時(shí)控制溶解氧水平。

3.2.3 MBR池

采用間歇的運(yùn)行方式，自吸泵抽吸8min、空曝2min，在滿(mǎn)足出水量的要求下，抽吸負(fù)壓越小越好。膜片正常有效操作負(fù)壓控制在-0.01～0.03Mpa，抽吸負(fù)壓太高或產(chǎn)水流量小，會(huì)引起膜片污染。每天對(duì)膜單元進(jìn)行反水洗，反洗流量為反洗單元產(chǎn)水流量的1.5～2.5倍，嚴(yán)格控制反洗壓力，反洗用水使用膜產(chǎn)水[6]。

4 穩(wěn)定運(yùn)行效果

系統(tǒng)從2019年3月初接種調(diào)試至6月中旬，經(jīng)過(guò)3個(gè)多月的調(diào)試，整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，處理效果好。對(duì)工程出水連續(xù)監(jiān)測(cè)30d，選取了第15～20d的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，研究各污染物濃度變化的平均值在處理系統(tǒng)各工藝段的沿程變化，明確各個(gè)工藝段對(duì)不同污染物降解的貢獻(xiàn)大小，為工藝優(yōu)化和運(yùn)行操提供理論依據(jù)。由表3可知，經(jīng)過(guò)UASB的厭氧消化處理，進(jìn)水的COD急劇下降，去除率達(dá)到81.8%，大大地降低了后續(xù)處理的有機(jī)負(fù)荷;再經(jīng)過(guò)A2/O工藝進(jìn)一步生化處理，有效地去除了可生化降解達(dá)到COD，去除率為80.6%;再經(jīng)過(guò)膜分離作用，最終出水COD降至82mg/L，剩余的COD主要以溶解性難生物降解的有機(jī)物為主，該組合工藝對(duì)COD平均去除率可以達(dá)到98.92%。由于氣提作用，氣浮對(duì)氨氮有一定的去除效果，去除率在6.96%左右;由于氨化作用，UASB出水氨氮含量輕微升高，廢水在流經(jīng)A2/O處理單元時(shí)，氨氮含量下降了60.95%，A2/O工藝對(duì)于氨氮的去除所做的貢獻(xiàn)占到組合工藝的87.55%，最終MBR工藝出水氨氮為9.6mg/L，該組合工藝對(duì)氨氮平均去除率為69.62%。除磷是本工程的難點(diǎn)，UASB對(duì)TP的去除率為20.46%。由于顆粒污泥吸附截留含磷的有機(jī)物，A2/O除磷效果顯著。聚磷菌在經(jīng)過(guò)厭氧段的釋磷后，能夠在好氧段超其生理需要的吸收磷，并將其以聚合磷的形式儲(chǔ)存在體內(nèi)，形成聚磷污泥，通過(guò)污泥的排放將磷去除。A2/O除磷效率為56.61%，生化處理出水TP還有11.8m/L，通過(guò)在化學(xué)除磷池投加0.5mL濃度為5%的石灰溶液，反應(yīng)后再添加PAC、PAM進(jìn)行混凝處理，水中溶解性的磷正好能與投加的藥劑進(jìn)行充分反應(yīng)生成磷酸鹽絮狀沉淀，并在沉淀池2（利用現(xiàn)有）進(jìn)行沉淀。通過(guò)沉淀池排泥有效地去除TP，化學(xué)除磷池對(duì)磷的去除率達(dá)到了90.67%，最終出水TP為0.47 m/L，生物除磷和化學(xué)除磷有效結(jié)合保證了出水達(dá)標(biāo)排放，該組合工藝對(duì)TP平均去除率高達(dá)98.71%。SS主要通過(guò)氣浮和混凝沉淀池得以去除，去除率分別為59.17%和65.57%，SS總?cè)コ蕿?8.76%。

5 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

該改造工程處理水量為1 000m3/d，設(shè)備材料及儀表費(fèi)125.6萬(wàn)元，土建費(fèi)用203萬(wàn)元，廢水處理的運(yùn)行成本主要包括電費(fèi)、藥劑費(fèi)、人工管理費(fèi)，電費(fèi)為0.8元/m3。藥劑費(fèi)約為3.2元/m3，人工費(fèi)為1.0元/m3，污泥處置費(fèi)為0.35，運(yùn)行成本合計(jì)為5.35元/m3。

6 結(jié)論

（1）采用“氣浮+水解酸化+UASB+A2/O+混凝除磷+沉淀+MBR”聯(lián)合工藝處理該高COD、高濃度含磷食品廢水，處理效果理想，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，抗沖擊負(fù)荷較強(qiáng)，對(duì)COD、TP、氨氮和SS的去除率分別可達(dá)到98.92%、98.71%、69.62%和98.76%，出水水質(zhì)可以達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）表4中一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

（2）采用UASB高效去除廢水中的有機(jī)物，大大降低后續(xù)生化處理的負(fù)荷;采用A2/O和混凝沉磷工藝，生化和物化的組合，保證了TP的去除率，改造工程解決了原工藝出水COD和磷超標(biāo)嚴(yán)重的問(wèn)題，減少了對(duì)周邊環(huán)境的污染，獲得了良好的環(huán)境效益，為食品廢水的處理提供一種經(jīng)濟(jì)、可行的辦法。

參考文獻(xiàn)

[1]張磊，趙婷婷，何虎.食品加工廢水處理技術(shù)研究進(jìn)展[J].水處理技術(shù)，2018，44（12）：7-13.

[2]陳建剛.高濃度含磷廢水處理工程實(shí)例[J].工業(yè)用水與廢水，2014，45（03）：71-73.

[3]陸祎韻，戴清，金艷青，等.某食品加工廢水處理工程改擴(kuò)建設(shè)計(jì)[J].水處理技術(shù)，2016，42（07）：136-139.

[4]朱霞，李鶴超，任洪強(qiáng).UASB-A2/O-MBR組合工藝處理餐廚廢水工程[J].水處理技術(shù)，2019，45（02）：124-128.

[5]俞沈晶，唐志鵬，張亞超，等.MBR+臭氧組合工藝處理印染廢水案例分析[J].中國(guó)給水排水，2019，35（08）：104-107.

[6]張靜.生物池卸空對(duì)MBR工藝運(yùn)行的影響及應(yīng)對(duì)措施[J].中國(guó)給水排水，2019，35（07）：33-39.

收稿日期：2020-10-30

作者簡(jiǎn)介：陳輝（1993-），男，本科，助理工程師，研究方向?yàn)樗幚砉に嚒⑺|(zhì)分析。