含油食品加工廢水處理工程方案設計研究

陸煜云

（上海東方泵業（集團）有限公司，上海 201900）

在食品生產加工過程中會產生一定量的含油廢水，如果不對其進行處理就直接排放，會造成極為嚴重的污染。根據環保“三同時”的要求，所有廢水必須治理達標才能排放，生產企業必須對含油廢水進行有效處理，實現經濟與環保的協調發展。本文結合現有工業基礎和學術背景，通過相應的工程經驗，對含油食品加工的廢水處理工程進行方案設計與研究，為含油廢水處理工作的開展提供參考和借鑒。

1 含油乳化廢水的生態毒性

1.1 危害人類健康

高濃度的含油乳化廢液中包括油性物、乳化物（表面活性劑)、亞硝酸鈉和它的分解物質。上述可分解物質中存在許多具有生物毒性的物質和致癌物質，如多溴聯苯類、多環芳烴等。上述化學物質在水域中被水生動植物附著、吸引、攝取、同化、富集，從而引起水生動植物發生畸變，并通過食物鏈進入人體，引發腸、胃、肝臟、腎臟等組織產生病變，嚴重影響人類身體健康[1]。

1.2 危害水生動植物生長

油性化合物和表面活性劑等化合物在自然水域中極易擴散成膜并覆蓋在水體表層，阻止了空氣中的氧氣直接溶于水面，進而造成水域嚴重缺氧，水生動物大批死亡，并產生惡臭氣味，同時還會妨礙水面綠色植物的光合作用，屬于典型的高濃度有機合成污染物，且是無法進行生物降解的有機合成污染物。水域中油濃度超過0.01 g/L，就會使魚類因特異臭味而無法進食，油膜還會附著在魚緦上，使魚呼吸困難，窒息而死；在含油及乳化廢液的水域中培育的魚種，多數會出現畸形生長，且死亡率高[2]。

1.3 破壞水體景觀

含油廢液及乳化廢液中存在揮發性有機物，它們在各種自然因素影響下，一些組分及其降解物也會揮發進入大氣，從而危害和毒化水體及其附近的大氣環境，并借助風力影響，使污染區域擴大。含油廢液及乳化廢液在水域中會相互聚集形成油團，或在水面上產生油脂疙瘩，堆積在岸邊、港口、風景區內，氣味刺鼻且無法天然分解，破壞自然景觀。

1.4 危害農田作物

油類化合物可吸附于糧食作物根部，如果用含油乳化廢液澆灌耕地，會使泥土油質化，嚴重危害糧食作物對營養的吸收，從而造成糧食作物減產乃至枯死。所以，含油污水處理對保護國家自然資源、保護生態平衡，推動經濟社會發展都有重要意義。

2 含油廢水常用處理技術

通常情況下，在處置含油城市污水時首先要進行初步的油水分離處理，然后采取提高水油密度差異的方法，提高油水分離效率，這時需要加入適量的PAC與PAM，以實現水泥結合和絮化的充分反應。這個處置流程，不但能夠在較大程度上避免油品處置設備發生擁堵等情況，還能夠讓每個處置設備都充分發揮其除油的功效。當含油污水達到有效組合氣浮狀態時，大部分的重油、SS（S釋水系數)就開始從含油污水中排出，這時需要進一步檢查水的品質，如果飲用水品質仍然不能滿足有關規定標準，就需要使用石英砂過濾罐或活性炭過濾罐對水資源實施篩選處置。當確認水資源質量達到了有關的規定標準以后，才可以對其實施污染處置[3]。

2.1 破乳處理

微細的油珠散于水面，產生水油乳化液。由于乳化液的油珠很細，其外面的界膜也產生了電荷效應，在油珠外面產生了雙電層，使油珠互相排擠而很難互相接近。所以，為了將油水界面張力分開，就必須要打破油珠的界膜使油珠彼此靠近，或聚合形成一大滴油珠并浮在表面，這一過程被稱為破乳，常見的破乳方式有高壓電場法、藥劑法、離心法、超篩法等。（1）高壓電場法是指通過電荷力對乳液微粒的吸附和排斥作用，使細小的油粒在運動中相互撞擊，進而通過打破其單水化層的雙電層結合，使細小油粒集中成大的油粒和浮升的表層，達到將油水表層張力分層的目的。高壓輸電線則可選用交、直流驅動的雙脈沖供電方法[4]。但這種方法在生產設備含油加工時應用的很少，主要是由于該法對機械設備要求較高，而加工效率比較一般。（2）藥劑破乳法是指在都市污泥中投加破乳劑，以破壞油珠表面的水化層，或減少雙電層，使油珠的凝聚物容積增大而與都市污泥分離。（3）聚合法是在污水中投加絮凝劑，通過絮凝材料的架橋效應，使小微粒與油珠融為一體形成凝聚體。（4）酸化法是在污水中投用硫酸、鹽酸、或環烷酸等，破壞乳化液油珠的邊界層，使單不飽和脂肪酸皂化為多種脂類并分離，這種方法需要在環境中改變pH值，而且藥物消耗也比較大。（5）離心法是指運用離心力機的離心力，使油水分開，離心力機一般包括臥式和立式兩種，在離心力的直接影響下，液相從離心力機的最外層排出，油相則從離心力機的內層排出。離心法的技術原理較為復雜，該法廣泛應用于高油量污染物的預處理，如油田、印染工業廢水等。（6）超篩法是一個物理破乳方法，主要是對乳化油生產污泥使用了超濾膜過濾器，利用超濾膜口徑比油珠口徑更小的特點，阻止流動，進而將比膜口徑更大的油粒截留，實現隔離乳化油生產泥的目的。該方法對各種技術設施要求很高，投入較大，且預處理體系較復雜。

2.2 破乳后處理

乳化液經破乳除油后，還需再進行處理，主要目標是將破乳后的懸浮液與水泥砂漿分開，其處理方式及加工技術也很多。（1）重力分離法，是指一類通過油水密度差將兩者分開的技術方法，該法可以去除60%以上的油粒，以及污水中的大多數固體微粒。實施重力分離法，較普遍的做法是使用隔水池，其利用油比水輕的特點，使油污分散在水中并去除，隔水池一般也用來去除浮油以及破乳后的乳化油。隔水池的種類相當多，有平流型隔水池、平行板式隔水池、波紋型斜板隔水池，以及利用氣壓差的自動撇油裝置等[5]。用這種方法去除浮油、分散油污，其性能較平穩且運行費用低廉，但裝置占用面積較大。（2）氣浮法是把一些微細空氣，直接吸收在尚未除去的小微粒（油珠)上面，并借助空氣自身的浮力將物質帶出水面，從而達到脫離目的。由于室內空氣的微泡通常是非極性材料所形成，可與疏水性的油緊密結合在一起，帶著油滴一同提升，浮動速率可增加近千倍，油水分離效率特別好。目前使用的技術主要是加壓式氣浮工藝技術，這種技術由于電耗較小、技術簡單、經濟效益高，已被廣泛應用于油田廢物、石油化工廢棄物、食品加工廢棄物等的處置，工藝也更為完善。（3）吸收法是采用親油性物質吸收水面的油氣，最常用的吸附材料是活性碳，盡管活性碳具有良好的吸油功能，但吸收能力有限，同時活性碳材料昂貴，再生較困難，所以通常用于一般強度含油工業污泥的預處理過程及深層處置。（4）粗粒化法（聚結法）是通過添加大量粗細顆粒物的方法處理含油廢氣及工業廢氣，該法使污泥中的細油珠凝聚而形成更大粒徑，以實現將油水表層張力擴散的目的[6]。在我國，該法也用于預處理，它可以分散油脂和乳化油。粗粒化除油設備有尺寸小、見效快、結構簡單、不需要加藥、投入較省的優勢；不足之處是填充原料時易于堵塞，從而大大降低除油效果。（5）膜過濾法除油是指使用微孔膜截留油粒，其通常用來去除乳化油和溶解性油脂。過濾膜又可分成超濾膜、反滲透膜和復合濾膜。超濾膜在處理油粒較小的含油污水時，其除油效率較高。設備體積小，但機械投入高，且預處理條件較高。

3 處理方案的設計原則及系統構成

3.1 設計原則

（1)本方案嚴格遵守我國環保的各項規定，城市污水處理過程首先應當保持各種出水水質技術指標均符合我國污水排放標準條件。（2）本方案根據本工程項目的情況和特性，選用簡便、成熟、安全、有效、經濟合理的處置技術，以實現節約投入和高效運營管理的目的。（3)處理系統運轉有適當的彈性和調節余地，以應對環境情況的變化。（4)方案力求控制、操作、維護簡便，并充分考慮了運行安全性，以降低運營勞動強度。所選技術在國內外應為技術領先、質量有保證，且運行平穩可靠、管理水平較好、操作簡單、保養維護成本較低、價位適當以及社會服務條件良好的產品。采購產品的公司，應當經過質量體系認證。（5)為提高處理過程的工作效率，設計應緊湊、科學、合理，降低施工造價，盡量減少占用建筑面積，并降低運行費用。（6)建筑設計優美、科學、合理，盡量減少噪音，并合理處置固體物質，完善水站設備和周邊環境，盡量減少二次污染。

3.2 系統構成

（1）臭氧生物催化體系：通過臭氧發生器的催化，可使水中的大量高分子有機質被打散，降解成為小分子有機質，使之更便于進行生物反應，增加了可生化度。（2）生物厭氧狀態水解體系：經過上面體系處理后的城市廢水可以和生活廢棄物一起進行生物厭氧處理，厭氧處理可分成生物降解階段、酸化過程階段和沼氣化過程三個步驟，該方法只控制生物降解階段，在低厭氧菌條件下，大量的厭氧細菌和聚磷菌可以增殖、代謝、溶解部分有機質，并將中分子有機質分解成小分子有機質，進而將其中的小分子有機質轉變成可生物降解的有機質，因此增加了廢水的可生化能力，同時也為后期去磷除氮工作做好了鋪墊[7]。（3）好氧生化系統:經過充足的空中曝氣，溶解性氧超過了2 mg/L，大批的好氧細菌增殖、代謝，以水中的有機質、氨化物、含磷化合物等為主要營養鹽，產生大規模的氧化物質和分解物質等，從而使大部分污染水體變為超臨界二氧化碳的水體，大大降低COD濃度，將大量有機氨轉變成氫氨，并經由硝化菌的消化吸收成為NOx-N，為以后的脫硫工藝打下基礎，同時由于細菌膠體的相互作用，使水體的漂浮微粒被絮凝形成了活性淤泥，使水體變清，SS減少[8]。（4）兼好氧生化系統：在反硝化細菌的影響下，將NOx-N還原成N，并從水體向外溢入大氣，進而完成脫硫過程，消除淤泥中的有機質等，使污水得到凈化，同時回收利用污水中的磷元素。（5)活性炭精濾技術：通過活性炭過濾可以濾除固體污染物和微粒，可以使主要的污染物指標均達到規定標準。（6）臭氧殺菌體系：通過臭氧曝氣能夠殺滅所有生物細菌，通過對水體的消毒處理，還能夠把處理過的水用于減少港區的煤塵或作為清洗道路的壓塵水再利用，以節省水資源，推動循環經濟的發展。

4 工程設備主要設計參數

分離池與隔油池間共設六個游泳池，并聯；總流動時長約20個月，以連續相的方式懸浮在水上，構成浮油或油層，浮油的顆徑較大，通常超過100 HM；共設置四臺浮撇油器，隔油能力為3.5 m3/h；集中游泳池和隔離池間的含油污水輸送系統采用雙螺桿泵，這樣能夠避免將油污乳化，降低處理困難；高效隔水池內置蜂窩斜板和纖維束過濾罐，構成有效的隔油體系；設計進水期限為4個月。當出現突發事件，且水量已超過設計能力時，雖經氣浮技術處理但仍存在乳化油，則可使用砂濾裝置。砂濾罐用石英砂作為填充物，加壓入河水強行通過濾層，方便消除殘留的油粒；并配備升溫、曝氣、預制混凝土和反沖裝置；反沖污水排入集水池。

臭氧產生器為催化用氧源，是200 g/h的臭氧產物發生器。經噴流器和靜態混合器后混入水，再經過一定時間的催化，以實現打散大分子有機物質的目的。厭氧態處理過程為6小時、有氧處理過程為8分鐘、厭氧態處理過程為3小時，全部流程為重力流。池中投放的生態學菌種和生態學載體即為生化填料，使用了生炭球型的懸浮攪拌裝填物，以達到生態學技術和工藝的要求。由于本工程項目應用了高負荷生物濾池處置法，濾床主要由濾材構成，高負載生物學濾池加工法使用了全新濾材:在φ形空心塑膠球內，用尼龍網包覆了生命科學載體等，使之在水面的比例大約小于1，并隨著水和氣體而上浮，生命科學載體內部則有一定的縫隙率，以確保生命科學濾材不會被污染。濾料為細菌繁衍棲息的理想場所，部分污染物中的污染物質和微生物菌群粘附在濾料表層，細菌群大量繁殖，很快會產生一道含有細菌的粘膜，被稱為細菌層。生物層一般由細菌群（好氧、厭氧、兼氧)、真菌、原口哺乳動物、后生動物和部分肉眼可見的螺蟲、昆蟲的幼體等構成，是一種細菌生態系統。細菌層表面大部分為好氧和兼氧細菌，厚度約為2 mm。在生化池中裝有曝氣裝置，“氣水比”的差值經技術測試后為8:1，即可達到工藝要求的條件。

5 結語

含油食品加工污水處理的難度比較大，在對含油污水進行處理的過程中，我們應當重視對含油污水來源的分析，探究含油污水的危害，了解和掌握含油污水處理流程，并針對含油污水的實際情況，制定相應的處理策略，采取有針對性的處理工藝。