小型豆制品廢水處理工程設計實例

李 鵬 張 沖 張 強 魯 燕

(北京恩菲環保股份有限公司， 北京 100038)

0 前言

豆制品企業的廢水主要由原料黃豆的浸豆、泡豆、壓榨和沖洗過程產生，有機物含量高。其中，黃泔水COD高達10 000～30 000 mg/L，泡豆水COD為4 000～8 000 mg/L，其他廢水COD相對較低。這類廢水含有大量植物蛋白、草酸、膠原體等易被微生物降解的物質，可生化性強，屬于高濃度有機廢水。豆制品經過不同加工工藝產生的廢水成分較為復雜，如含有一些油脂、懸浮物、鹽分等不利于處理的物質。另外，大部分豆制品生產屬于間歇式，排水時間較集中，水量和水質很不均勻，且懸浮物高易導致沉積或在廢水表面形成浮渣層，處理達標難度較大[1-2]。通過對北方某小型豆制品廢水處理實際工程設計進行總結，可為類似廢水處理工程設計提供參考。

1 工程概況

北方某村豆腐絲加工以家庭作坊為單位進行生產，具有生產規模小、分布散、數量多等特點。豆腐絲加工采用“黃豆選料→泡料→磨漿→煮漿→點鹵→潑片→軋片→起片→切絲→捆把→煮制”等工序。廢水主要來自泡豆水、黃泔水、沖洗水、鹵水等，偏酸性，含有植物蛋白質、糖類、鹽類等物質。

為解決豆腐絲加工廢水對周邊環境造成的不利影響和危害，需建設設計規模為100 m3/d的集中式廢水處理工程，使出水水質達到《污水排入城鎮下水道水質標準》(GB/T 31962—2015)A級標準后就近排入市政污水管網。

2 工程設計

2.1 設計水質

根據現場取樣測定的數據，設計的進水、出水水質見表1。

表1 設計進水、出水水質

2.2 工藝選擇

本工程是為解決當地村莊豆腐絲產業的可持續發展問題而建設的小型污水處理工程，投資和運行成本受限，因此要根據豆制品廢水的特性，選用經濟合理的工藝方案。進水水質BOD5/COD=0.5，說明廢水可生化性較好，可選擇經濟有效的活性污泥法生物處理工藝，并著重從以下幾個方面進行考慮。

2.2.1 預處理工藝選擇

根據豆制品廢水中的懸浮物種類，大的砂粒、豆渣、懸浮物、膠原體等可采用機械格柵去除，防止在調節池內形成大量沉積，堵塞后續工藝段的水泵、閥門、管道等。細小懸浮物、蛋白類物質可以通過氣浮工藝去除[3]。通過最大程度地去除蛋白類物質，可以減小后續厭氧處理工藝的COD負荷和好氧處理工藝的氨氮負荷。

2.2.2 COD去除工藝選擇

針對豆制品廢水高濃度有機物的特點，采取厭氧和好氧處理技術進行處理，這是解決高濃度有機廢水污染的常用工藝組合。厭氧生物處理工藝在處理高濃度有機廢水和難生物降解有機廢水方面，具有動力消耗少、處理負荷高、投資少、占地節約、污泥處理費用低等優勢。厭氧生物處理工藝多采用UASB、IC、EGSB、厭氧生物濾池等[1-2，4]。根據豆制品廢水水質特點和出水水質要求，采用UASB工藝，因為UASB工藝容積負荷率高，抗水量水質沖擊負荷大，控制簡單，在多種高濃度有機污染物廢水中已有較多成功運行的實例。經厭氧處理后的污水水體中有機污染物仍然較高，需要進一步作好氧處理才能達到出水水質要求。

2.2.3 脫氮除磷工藝選擇

2.2.4 pH值調節

由于豆制品廢水很容易酸化變質，進水pH值偏低。為避免對生化系統造成影響，在預處理段，設置進水pH/T檢測設備，同時設置堿投加裝置，根據來水的pH值，及時通過投加藥劑，調整pH值到中性；在厭氧處理段，同樣設置pH/T檢測設備和堿投加裝置，以保證UASB工藝所需堿度[3]。

綜合考慮以上因素，工藝流程如圖1所示。

圖1 廢水處理工藝流程

2.3 廢水處理效果

廢水沿程去除率設計見表2。

表2 廢水沿程去除率設計

2.4 主要構筑物和設計參數

2.4.1 格柵

格柵設置1座，半地下式鋼筋混凝土結構，尺寸為5.00 m×0.80 m×4.50 m。手動格柵1臺，間隙5 mm，過柵流速為0.6 m/s。

2.4.2 調節池

調節池的作用是保證處理工藝的穩定運行，使進水均質均量。采用半地下式鋼筋混凝土結構，尺寸為5.00 m×5.00 m×4.50 m，與格柵渠共壁，有效容積為100 m3。水力停留時間為24 h。設置變頻提升泵2 臺,流量Q=5 m3/h，揚程H=10 m，電機功率N=0.55 kW；攪拌機2臺，功率為0.37 kW；排渣泵2臺，流量Q=5 m3/h，揚程H=10 m，電機功率N=0.75 kW。

2.4.3 氣浮設備

氣浮設備1套，處理量為5 m3/h，由氣浮池體、溶氣系統、溶氣回流管路、溶氣水釋放裝置、刮渣裝置、在線pH/T計等部件組成。為節省安裝空間，氣浮設備設置于調節池上方。聚合氯化鋁(PAC，10%)投加量為150～250 mg/L；陰離子聚丙烯酰胺(PAM，0.1%)投加量為1.5 mg/L，并根據在線pH/T計結果投加NaOH，將廢水pH值調至中性。

2.4.4 中間水池

中間水池設置1座，半地下式鋼筋混凝土結構，尺寸為2.85 m×2.35 m×4.50 m，與調節池共壁。設置UASB進水變頻提升泵2臺，流量Q=5 m3/h，揚程H=15 m，電機功率N=0.75 kW。

2.4.5 UASB反應器

UASB反應器1座，碳鋼防腐材質一體化設備，尺寸為Φ6 m×8.5 m，容積負荷為5.0 kg COD/(m3·d)，上升流速為0.6 m/h，設計運行溫度28～35 ℃。設置UASB出水回流泵2臺, 流量Q=15 m3/h，揚程H=15 m，電機功率N=1.5 kW；排泥螺桿泵2臺，流量Q=5 m3/h，揚程H=0.6 MPa，電機功率N=2.2 kW。根據在線pH/T計進行NaOH投加，保證厭氧反應所需堿度。

2.4.6 地埋式一體化污水處理設備

地埋式一體化污水處理設備設置2套，玻璃鋼材質，單套處理能力為50 m3/d，總尺寸Φ3.2 m×14.5 m。包含厭氧池、缺氧池、好氧池、沉淀池，以及厭氧/缺氧池攪拌機、配套布水、布氣裝置、人孔、污泥回流泵、氣提內回流裝置、污泥斗、斜管填料、出水堰板、管路、閥門、儀表等。生化池總水力停留時間為38 h，其中厭氧區水力停留時間為3 h，缺氧區水力停留時間為13 h，好氧區水力停留時間為22 h。沉淀池采用斜管填料，表面負荷為0.9 m/h。

污泥負荷0.12 kg BOD5/kg MLSS·d，混合液懸浮濃為度3～4 g/L，污泥齡15.4 d，污泥回流比60%～100%，混合液回流比200%，總曝氣量120 m3/h。

2.4.7 出水收集池

出水收集池設置1座，半地下式鋼筋混凝土結構，尺寸為2.85 m×2.35 m×4.50 m，與中間水池共壁。設置出水提升變頻泵2臺, 流量Q=8 m3/h，揚程H=25 m，電機功率N=1.5 kW。

2.4.8 污泥處理系統

儲泥池1座，半地下式鋼筋混凝土結構，尺寸為2.85 m×2.35 m×4.50 m，與出水池共壁。設置污泥進料泵2臺,流量Q=5 m3/h，揚程H=10 m，電機功率N=0.55 kW；攪拌機1臺，功率0.37 kW。污泥脫水機房設置疊螺污泥脫水機1臺，處理干泥量12～24 kg/h，功率1.1 kW；陽離子PAM投加裝置1套，機械膈膜計量泵2臺，流量Q=25 L/h，揚程H=30 m，電機功率N=0.25 kW；水平螺旋輸送機1臺，尺寸為Φ200 mm，輸送量1 m3，輸送長度5 m。

2.5 本工程設計特點

1) 工程選址及平面布置。本工程選址利用現有坑塘，其坑底距現狀地坪-3.00 m。水池構筑物采用半地下布置，充分利用坑塘深度，最大化減少土方開挖；同時設計液位在冰凍線以下，保證了各構筑物的水溫滿足生化系統要求。通過對水池構筑物采用密閉加蓋設計，減少處理工藝的臭氣溢出，防止對周邊環境造成影響。建構筑物采用集約型布置方式，合理利用縱向空間，總占地面積為444.5 m2。

2) 進水收集和計量。本工程所在村無污水管網，考慮工程規模小、排水分散、建設管網費用高等因素，排水戶采用自用水車運輸至集水井，并通過稱重的方式進行計量。

3) 由于進水水量、水質波動較大，適當增大調節池容積，保證后續工藝的穩定運行。

2.6 工藝運行條件控制

1) UASB反應器調試的厭氧菌采用附近污水處理廠的厭氧污泥接種。菌種接入UASB反應器后，加入少量豆制品廢水作為培養基，先進行升溫和馴化培養。每天升溫1～2 ℃，直至溫度達到設計要求的28～35 ℃。廢水處理量從5 m3/d開始，COD負荷從0.2 kg COD/(m3·d)開始逐步增加，直至達到設計水量。

2) 廢水處理工程初期投入使用時，由于上游排水不規律導致水量不穩定，廢水濃度也相應波動很大，給穩定運營帶來很大困難，因此需要及時調整參數，消除水量、水質波動的影響。首先，當水量較大時，延長進水時間和降低UASB的回流量，以減少由于水量的增加對UASB反應器造成的沖擊。當水量減少但進水濃度較高時，采取增加UASB的回流量和回流時間的措施，以加大回流量稀釋高濃度進水，減少高濃度進水對厭氧反應的沖擊。根據進水量變化及時進行工藝條件的調整，確保系統出水穩定達標。

3) A2/O生物池控制，主要是污泥濃度和溶解氧濃度的控制。冬季適當提高污泥濃度來保證氨氮去除效果，但同時也需要防止二沉池跑泥造成出水超標。厭氧區和缺氧區溶解氧濃度控制在0.5 mg/L以下，好氧區中部溶解氧濃度控制在3～5 mg/L，好氧區末端溶解氧濃度控制在2 mg/L左右，以保證COD和氨氮處理效果。

2.7 工程效益分析

本項目工程費用為185萬元，運行功率為20 kW，電耗為4.8 kW·h/m3，去除COD電耗為0.42 kW·h/kg，藥劑費用為0.22元/m3。

3 結束語

小型豆制品廢水處理工程設計采用氣浮+UASB+A2/O工藝，出水可穩定達到《污水排入城鎮下水道水質標準》(GB/T 31962—2015)A級標準。系統設計考慮了進水水量和水質的不均勻，當進水COD濃度變化時，系統穩定運行，出水水質可以穩定達標。工程設計充分利用現狀坑塘，采用成熟可靠低成本的工藝，節約了工程投資和占地，便于運行，可為同類小型豆制品廢水處理工程設計提供借鑒。此外，采用UASB工藝產生的大量沼氣和厭氧顆粒污泥，均具有經濟價值，建議進行開發利用。