金鑼工業(yè)園區(qū)污水廠提標改造工程實例

郝如杰，于 楠，王遠楠，李 峰

（金鑼水務(wù)有限公司，山東 臨沂 276000）

0 引言

屠宰廢水主要來自于圈欄沖洗、淋洗、屠宰及其它廠房地坪沖洗、燙毛、剖解、副食加工、動物殘渣等，其有機懸浮物含量高，易腐敗，排入水體會消耗水中的溶解氧，破壞生態(tài)系統(tǒng)，污染環(huán)境。白王軍等[1]采用固液分離/渦凹氣浮/水解酸化/接觸氧化工藝處理屠宰廢水，出水COD、NH3-N、TP、SS平均為95、12、2.4、47 mg/L，達到當?shù)丨h(huán)保部門要求及《GB 898-1996污水綜合排放標準》的一級標準。曹文平[2]采用水解酸化/三級接觸氧化工藝處理屠宰廢水，出水水質(zhì)達到了《GB 13457-92肉類加工工業(yè)水污染物排放標準》的一級標準。鄭偉波等[3]采用氣浮+厭氧折流板反應(yīng)器（ABR）+A/O組合工藝處理屠宰廢水，COD、NH3-N去除率分別可達99%和97.5%，出水各指標均穩(wěn)定達到《GB 13457-92肉類加工工業(yè)水污染物排放標準》的一級標準 。由此可見，組合處理工藝對于屠宰廢水具有較好的處理效果，為進一步提升出水水質(zhì)，設(shè)計組合工藝多重固液分離（格柵機/微濾機/預(yù)處理池/固液分離機）、氣浮、A2O、混凝沉淀對廢水進行處理。項目運行后出水水質(zhì)較好，COD、NH3-N、TP、SS達到《GB 18918-2002城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級A標準。

1 項目概況

1.1 進出水水質(zhì)

金鑼集團西外環(huán)污水廠處理廢水主要為廠區(qū)屠宰廢水（80%）、附近工業(yè)及生活污水（20%），設(shè)計處理水量8000 m3/d。金鑼集團西外環(huán)廠區(qū)目前日生豬屠宰量1萬頭左右，日生雞屠宰量10萬只左右，每天圈欄沖洗、屠宰放血、燙毛、內(nèi)臟清洗等產(chǎn)生大量屠宰廢水，廢水成分復(fù)雜，含有較多的血液、油脂、碎肉、動物內(nèi)臟、未消化食物、糞便、泥沙等，污水呈褐紅色，臭味顯著，與重金屬加工、電鍍行業(yè)產(chǎn)生的無機廢水以及啤酒生產(chǎn)、印染、造紙等產(chǎn)生的有機廢水相比其富含蛋白質(zhì)及油脂，不含重金屬及有毒物質(zhì)，可生化性好，屬于高氮、高磷、高有機廢水[4-5]。該污水廠原處理工藝出水水質(zhì)已不能滿足現(xiàn)行環(huán)保要求，于2020年對廠區(qū)污水處理系統(tǒng)進行了提標改造。設(shè)計進、出水水質(zhì)見表1。

表1 設(shè)計進、出水水質(zhì)

1.2 原工藝流程

原工程使用A2O工藝。污水進入調(diào)節(jié)池完成水質(zhì)初步調(diào)節(jié)，經(jīng)格柵過濾、生化處理，沉淀后排入中水池。具體流程如圖1所示。

圖1 改造前工藝流程

屠宰廢水多為間歇排放，排放時段相對集中，運行過程中進水量發(fā)生波動，對系統(tǒng)的沖擊性較大，原設(shè)計使用粗格柵且未設(shè)置隔油設(shè)施，僅能過濾掉直徑超過15 mm的固體物質(zhì)，＜15 mm雜質(zhì)仍大量存在，浮糞池設(shè)計容量較小，停留時間較短，去除率較低，進入生化系統(tǒng)的污水中含有大量固體雜質(zhì)及浮油，影響后續(xù)生化處理；原工程設(shè)計中厭氧池有效容積在7000 m3，三個曝氣池有效容積合計在60000 m3左右，整個系統(tǒng)的水力停留時間過長，污泥負荷較低；生化系統(tǒng)曝氣頭老化、曝氣不均勻，回流管道易堵塞、回流量較小，導(dǎo)致生化系統(tǒng)抗沖擊能力差，活性污泥經(jīng)常出現(xiàn)膨脹及泡沫問題，難以保證出水水質(zhì)。針對以上問題，對污水廠原有工藝進行了改造。

2 提標改造工藝

目前屠宰廢水主要處理工藝包括物化法、生物法以及組合工藝。物化法包含氣浮、堿性水解、混凝處理等；生物法主要包括厭氧、好氧以及人工濕地等；組合工藝主要有兩種可行模式：一是厭氧工藝前置，好氧工藝后置，通過回流形成好氧硝化/吸磷+厭氧反硝化的良性閉合循環(huán)，二是在同一反應(yīng)器內(nèi)實現(xiàn)厭氧好氧環(huán)境的有效循環(huán)[6-7]。

根據(jù)原廢水工藝及吸取類似改造工程經(jīng)驗，本次改造采取優(yōu)化預(yù)處理、生化處理工藝，同時增加深度處理工藝的思路進行。具體流程如圖2，主要構(gòu)筑物設(shè)計及參數(shù)詳見表2。

圖2 改造后工藝流程

表2 構(gòu)筑物設(shè)計

2.1 預(yù)處理

屠宰廢水中含有動物毛發(fā)、油脂以及糞便等大量的固體物質(zhì)，為保證后續(xù)生化處理的正常運行，需對預(yù)處理進行優(yōu)化。保留原有格柵機，增加微濾機，間隙2 mm。污水通過格柵機、微濾機過濾去除2 mm以上顆粒物，之后進入預(yù)處理池進行微曝氣（曝氣量約為700 m3/h），絮凝水中的微小顆粒以便沉淀分離，同時氧化廢水中的還原物質(zhì)。處理后廢水經(jīng)固液分離機深度去除水中雜質(zhì)后進入氣浮機，通過添加聚合氯化鋁（PAC）、聚丙烯酰胺（PAM），分離屠宰廢水中的乳化油等難以沉淀的懸浮物。經(jīng)以上措施處理后，基本能去除水中毛發(fā)、糞便、油類等物質(zhì)，去除率達95%以上，能有效降低后續(xù)生化系統(tǒng)處理負荷。

2.2 生化處理

2.2.1 厭氧罐

屠宰廢水中的高濃度大分子有機物在厭氧處理過程中分解為小分子的氨基酸等物質(zhì)，并產(chǎn)生甲烷和二氧化碳，最終得到的沼氣可用于發(fā)電，并且厭氧工藝耗能低，具有良好的環(huán)境效益。新增1座裝配式厭氧罐代替原工藝中的開放式厭氧池，設(shè)備為304不銹鋼結(jié)構(gòu)，直徑18 m，有效水深10 m，有效容積約2500 m3。配備1臺功率為19 kW的進水泵，4臺功率為3.7 kW的回流泵。其在上流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB）基礎(chǔ)上對三相分離器和底部布水系統(tǒng)進行了優(yōu)化改進，能有效降解高分子有機物，提高BOD/COD的比值，增強廢水可生化性。

設(shè)備按功能區(qū)分為混合區(qū)、厭氧區(qū)、沉淀區(qū)和氣液分離區(qū)。其工作原理為：生產(chǎn)廢水與回流出水首先進入反應(yīng)器底部混合區(qū)，并與來自泥水下降管的內(nèi)循環(huán)泥水混合液充分混合后進入顆粒污泥膨脹床區(qū)進行COD生化降解，產(chǎn)生大量沼氣，由三相分離器收集，在反應(yīng)器頂部的氣液分離器處泥水分離并被導(dǎo)出處理系統(tǒng)。泥水混合物則下降重新進入反應(yīng)器底部混合反應(yīng)區(qū)，與進水充分混合后進入污泥膨脹床區(qū)，形成內(nèi)循環(huán)。經(jīng)膨脹床處理后的廢水一部分參與內(nèi)循環(huán)，其余經(jīng)過三相分離器后，少量廢水在沉淀區(qū)被出水回流泵提升至原水進水處形成外回流循環(huán)。設(shè)備不同高度均設(shè)置污泥取樣口，可隨時取樣觀察反應(yīng)器運行情況。

2.2.2 A/O池

廢水經(jīng)過厭氧處理后需通過A/O工藝進一步降低COD、NH3-N、TP、TN等污染物濃度。該工藝運行簡單，構(gòu)筑物少，可在原有基礎(chǔ)上進行改造，大大減少基建費用。原水碳氮比較高，無需外加碳源可在缺氧區(qū)充分進行反硝化，將缺氧區(qū)前置，控制曝氣強度，可消耗部分有機物并達到脫氮除磷的目的。將原有的3個曝氣池保留1個并對其進行改造。具體改造項目為：羅茨風機更換為磁懸浮風機，在保證風量的情況下可以節(jié)省更多電能以及減少噪音；盤式曝氣器更換為旋混曝氣器，其具有布氣均勻、池內(nèi)水體流速均勻、不堵塞等優(yōu)點，能夠解決原曝氣器老化造成的易脫落、易堵、曝氣不均勻等問題；回流系統(tǒng)升級改造，改造后混合液回流比可達到300%，可根據(jù)水質(zhì)狀況及時調(diào)整回流比從而增強系統(tǒng)的污染物去除效率。閑置曝氣池作為應(yīng)急池使用，可提升污水廠應(yīng)急處置能力。厭氧罐出水進入曝氣池缺氧區(qū)，水力停留時間（HRT）約4 h，好氧區(qū)HRT約30 h。

2.3 深度處理

為對生化處理后的污水作進一步深度處理，降低污染物濃度，新增2座混凝沉淀池。通過添加絮凝劑（PAC）處理懸浮物及膠體物質(zhì)，可有效降低水中各項污染物濃度，提升出水水質(zhì)。新增2臺功率為0.25 kW的隔膜計量泵用于絮凝劑添加。

3 改造后運行效果

3.1 對COD、NH3-N、TP、SS的去除效果

改造后，COD、NH3-N、TP、SS進出水平均濃度及去除效果如圖3所示。

圖3 對COD、NH3-N、TP、SS去除效果

系統(tǒng)運行期間，COD、NH3-N、TP、SS進水濃度一直呈波動狀態(tài)，波動范圍分別為1794 ～3338、126～215、20～47、983～1915 mg/L，平均值分別為2726、163、36、1449 mg/L。調(diào)試期前兩月，NH3-N、SS去除效果較好，出水分別低于5、 10 mg/L，COD、TP出水分別超過50、0.5 mg/L。其后，通過調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)（如HRT、污泥回流、混合液回流等）、活性污泥狀態(tài)（污泥濃度、污泥負荷、污泥指數(shù)等）、PAC/PAM加藥量等，3個月之后，基本能夠?qū)崿F(xiàn)COD 、NH3-N、TP、SS去除率95%以上，出水達標。

3.2 改造前后產(chǎn)泥量分析

如圖4，系統(tǒng)在改造前實際處理水量大概為138萬m3/a，產(chǎn)泥量為12348 t/a；系統(tǒng)改造后實際水處理量為182萬m3/a左右，產(chǎn)泥量為13417 t/a。改造后實際水處理量增加了42萬m3/a，而產(chǎn)泥量僅增加了1000 t/a左右。改造后單位產(chǎn)泥量為7.4 kg/m3，與改造前的8.9 kg/m3相比，產(chǎn)生量明顯減少，單位產(chǎn)泥量減少了17.5%左右。結(jié)果顯示，通過調(diào)整生化系統(tǒng)工藝運行參數(shù)，實現(xiàn)了原位污泥減量。

圖4 水處理量及產(chǎn)泥量

4 技術(shù)經(jīng)濟分析

該項目總投資為742萬元，改造后實際處理水量為182萬m3/a。改造前平均運行成本為3.25元/m3，其中電費為1.66元/m3，藥劑費為0.11元/m3，污泥處置費0.11元/m3，人工費0.06元/m3，其他費用為1.31元/m3。系統(tǒng)改造完成后，平均運行成本為2.46元/m3，其中電費為1.10元/m3，藥劑費為 0.46元/m3，污泥處置費0.09元/m3，人工費0.15元/m3，其他費用為0.67元/m3。與改造前相比，改造后不僅提高了出水水質(zhì)，而且運行成本降低了24.3%。

5 結(jié)論

預(yù)處理工藝優(yōu)化保證了后續(xù)生化處理的正常運行，厭氧工藝有效降低了有機物含量，A/O工藝硝化反硝化作用顯著，混凝沉淀工藝有效保證了出水水質(zhì)。廢水經(jīng)多重固液分離、氣浮、A2O、混凝沉淀等組合工藝處理后，COD、NH3-N、TP、SS的平均去除率均達到95%以上，出水水質(zhì)優(yōu)于《GB 18918-2002城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級A標準。值得注意的是，屠宰、食品加工過程中，車間衛(wèi)生、設(shè)備清理需要使用高濃度消毒劑，廢水中的余氯會對生化系統(tǒng)產(chǎn)生較大不利影響，所以需要保證調(diào)節(jié)池的調(diào)節(jié)能力，以減小對生化系統(tǒng)的沖擊。