隔油氣浮-A2/O-混凝沉淀處理水產加工廢水

陳藝敏，袁水發

(1.漳州職業技術學院石油化工學院，福建漳州 363000；2.漳州博源環保工程有限公司，福建漳州 363000)

0 引言

隨著我國漁業的迅速發展，我國已成為世界上主要的水產品生產國，水產品產量連續32年居世界首位，水產加工業也隨之發展壯大.水產品加工業是高耗水行業，在水產品的清洗、浸泡、蒸煮等過程中產生大量的廢水.由于水產加工廢水具有水質波動大，懸浮物多，有機物含量高，氨氮、總磷濃度高，水溫低生化降解速度慢等特點[1-2]，處理較為困難.如果直接排放會導致水體水質惡化，甚至威脅到人體健康[3].為了使水產加工廢水能夠達標排放，不少學者采用了以生物處理為核心，聯合應用隔油、氣浮和混凝沉淀等多種物理化學方法，取得了較好的處理效果[4-8].然而，對于氨氮濃度較高的水產廢水，當水溫較低時，特別是冬季，溫度是制約污水生物脫氮效率的主要因素.溫度既刺激含硝酸鹽沉積物氧呼吸，創造厭氧條件，也刺激微生物光合活性，提供反硝化所需的有機碳[9].有研究發現溫度升高到25 ℃時，短程硝化反硝化效果最好，氨氮去除率達到95.7%；而當溫度降至15 ℃以下，硝化類型轉變為全程硝化，總氮去除率僅為20.8%[10].為提高生物脫氮的效率，本項目利用廠內鍋爐蒸汽余熱來提高水溫保證生物脫硝的效率，以隔油氣浮為一級處理，以去除有機物同時脫氮除磷的A2/O工藝為二級處理，最后混凝沉淀為三級處理，保證出水水質達到《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)一級排放標準.項目的順利運行將為同類型的水產加工企業廢水治理提供參考和借鑒.

1 廢水來源及水量水質

某水產加工有限公司主要加工產品以蝦、魚為主，年產水產品罐頭約500 t.廢水主要來源于生產過程中原材料的去頭清洗廢水、蒸煮廢水以及設備、容器的沖洗廢水.這類廢水懸浮物多、有機物含量高、氨氮含量高，而且由于水產加工生產中使用多聚磷酸鹽，使得水中磷的濃度也大大增加.工程進水水量設計為50 t/d，設計進水水質如表1所示，設計出水水質達到GB8978-1996《污水綜合排放標準》表4中的一級標準.水質的檢測方法見表2.根據水產加工廢水水質情況以及環保排放要求，污水處理工藝的設計采用物理、化學與生物處理相結合的方式，既要考慮對有機物的去除效率，又要保證脫氮除磷的效果.在確定工藝方案過程中，將遵循以下原則：

(1)嚴格執行國家環境保護的有關要求，確保系統各項出水指標達到國家有關標準.

(2)所選工藝必須先進、成熟、運行穩定，對水質水量變化適應能力強，并對污水冬季溫度采取相應措施，以保證出水水質達到設計排放標準.

(3)所選工藝應盡可能減少基建投資和運行費用，節省占地面積和降低能耗.

(4)所選工藝應最大程度地減少對周圍環境的不良影響(臭味、噪聲等).

設計主要參考依據包括《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)《室外排水設計規范》(2016年版，GB50014-2006)《給排水管道工程施工及驗收規范》(GB50268-2008)等相關標準和規范.

2 工程設計

2.1 工藝比選

目前國內外水產加工廢水的生物處理工藝主要采用UASB、SBR、接觸氧化、A/O和A2/O等方法中的一種或幾種的組合，如厭氧膜生物反應器+恒水位SBR[1]，厭氧脈沖反應器+A/O工藝[11]、UASB+接觸氧化+MBR[12]和水解酸化+接觸氧化法[13]等.生物組合工藝處理效果好，但是處理流程長、基建費用高、設備多和運營管理麻煩，而該工程日處理量較小，基于成本考慮應盡可能選擇單一生物法.由于該水產加工廢水的可生化性較好，有機物濃度、氨氮和總磷的濃度高，為保證達標排放，處理工藝必須能夠有效地去除有機物、氨氮和總磷.在常見的幾種生物處理工藝中，A2/O工藝可被稱為最簡單的同步脫氮除磷工藝，總水力停留時間少于其他類似工藝，沒有污泥膨脹的問題，而且投資少，運行費用低，工藝成熟完善.相比A/O法，A2/O工藝在缺氧池前面增加了厭氧池，利用厭氧菌的作用使有機物發生水解酸化，在去除有機物的同時可以提高污水的可生化性，脫氮除磷效果更優.A2/O工藝已被用于處理水產加工廢水，并且取得較好的效果[2,5,14].因此，綜合考慮各種生物處理法后，選擇A2/O工藝作為主要的處理工藝.

2.2 廢水處理工藝流程

來自某水產加工企業廠區的生產和生活污水主要經過細格柵—隔油池—氣浮池—調節池—A2/O池—二沉池—混凝沉淀池處理后達標排放，工藝流程見圖1.

圖1 廢水處理工藝流程圖Fig.1 Flow chart of wastewater treatment process

由于進水的水量和水質波動較大，水中的動植物油脂、懸浮物質較多，為減輕后續生物處理的負擔，采用“隔油—氣浮—調節”作為一級處理.隔油池主要去除漂浮在水面的有機物并回收利用，同時為防止冬季水溫較低對后續生化過程的影響，在隔油池中引入蒸煮鍋爐的蒸汽將水溫控制在25 ℃左右.氣浮池可去除大部分懸浮物，當水中污染物較多時可開啟堿、聚合氯化鋁(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)加藥系統，利用混凝沉淀進一步去除懸浮物質.調節池主要功能為調節水量水質，池中裝有鼓風裝置，可起到預曝氣的作用，增加水中的溶解氧量.“A2/O池—二沉池”作為二級處理，A2/O池包括厭氧池、缺氧池和好氧池.在厭氧池中，原污水與外循環從二沉池送來的含磷回流污泥同步進入，聚磷菌釋放磷，同時部分有機物被分解；在缺氧池中，內循環從好氧池送來硝態氮，主要進行反硝化脫氮；在好氧池中去除有機物，進行硝化反應，同時聚磷菌吸收磷，再通過排出剩余污泥可達到生物除磷的目的.污水在二沉池內進行泥水分離，部分污泥回流至厭氧池，剩余污泥被排出，上清液流入混凝沉淀池.“混凝沉淀池”為三級處理，通過加入石灰、PAC和助凝劑PAM，進一步去除磷和水中其他雜質，使出水可達標排放.處理系統排出的剩余污泥先進入污泥濃縮池，依靠重力沉淀作用進行泥水分離，然后加陽離子PAM改善污泥的脫水性能，再用疊螺機脫水，脫水后泥餅外運處置.

2.3 主要處理單元及設計參數

本工程主要構筑物包括格柵、隔油池、氣浮池、調節池、A2/O池、豎流式二沉池、混凝沉淀池(斜管沉淀池)，設計參數及規格詳見表3.主要設備包括污水提升泵2臺、污泥回流泵2臺、排泥泵2臺、鼓風機2臺、加藥泵3臺、微孔曝氣器30套和疊螺機1臺.

3 工程運行

3.1 運行效果

廠區的生產和生活廢水經管網收集后進入污水處理系統，在進水口測得污水的化學需氧量(CODCr)為2 375 mg/L，5日生化需氧量(BOD5)980 mg/L，氨氮(NH3-N)93.6 mg/L，總磷(TP)12.3 mg/L.可見該污水有機物濃度高，氨氮濃度高，經過一級處理后可去除約50%的有機物，以及部分氨氮和總磷.但是當污水進入生化處理階段時，污水中的固體和膠體蛋白水解氨化釋放出氨氮，使得氨氮濃度反而會升高[14].因此為提高A2/O法脫硝的效率，本工程一方面利用鍋爐蒸汽將水溫調節至15～35 ℃以保證短程硝化反硝化的效果，一方面加強對耐鹽硝化菌的培養與馴化，采用鹽梯度馴化和氨氮濃度逐步提高的培養方法[15-16].生物排泥除磷的效率一般不超過70%，且A2/O工藝為保證脫硝，往往除磷效果不太好.為保證出水穩定達標，在生物池之后的混凝沉淀池中加入石灰和混凝劑進行生化除磷.石灰與污水中的磷酸鹽反應，生成難溶的含磷化合物，在混凝劑的作用下變為大的絮凝體從污水中沉淀下來，達到除磷的目的.鋁離子與水中的磷酸根離子反應生成磷酸鋁沉淀，同時鋁鹽在水中水解生成羥基絡合物并帶正電，與水中負電荷物質中和，加快膠體脫穩[17].斜管沉淀池具有處理效果好、停留時間短、占地面積小的特點，在絮凝區中投加高分子絮凝劑有助于顆粒聚結沉淀，斜管沉淀區能夠進一步沉淀分離出水中的細小雜質顆粒[18].最終在出水口測得化學CODCr濃度為75 mg/L，BOD5濃度為15 mg/L，NH3-N濃度為10 mg/L，TP濃度為0.43 mg/L，去除率分別為96.8%、98.5%、89.3%和96.5%，達到《污水綜合排放標準》表4中的一級排放標準.

3.2 成本分析

本項目污水處理費用約為5元/t，運行成本主要包括電費、人工費用和藥劑費用，其中電費占了運行成本的一半以上，主要耗電設備包括鼓風機、曝氣機和回流泵.因此為降低污水處理成本，在運營過程中應通過精細化管理來減少工程用電量.例如，在曝氣調節池和好氧池增加在線溶解氧儀嚴格控制曝氣量，可以節約運行的電費.通過減少氣浮刮渣機和刮泥機的運行時間也可以有效減少耗電量.

4 結語

針對某水產加工企業廢水水溫低、懸浮物多、有機物含量高、氨氮和總磷含量高的特點，選用“隔油氣浮-A2/O-混凝沉淀”工藝進行處理.工程運行中通過鍋爐蒸汽提高水溫和馴化耐鹽硝化菌的方法，提高短程硝化反硝化的效率，以保證出水穩定達標.工程運行結果表明，該工藝對污水中的CODCr、BOD5、NH3-N和TP的去除率分別達到96.8%、98.5%、89.3%和96.5%，出水水質達到《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)的一級排放標準.本工程的穩定運行為小型水產加工企業廢水處理系統設計提供了有益的參考和借鑒.

然而工程運行中也存在一些問題，一是受到泥齡、碳源競爭、回流污泥中溶解氧和硝酸鹽氮等因素的限制，A2/O工藝的生化除磷效果不太理想，必須在三級處理中采用化學除磷的方法才能保證出水總磷達標排放.二是由于工程日處理污水量較少(50 t/d)，每噸污水處理費用較高，而電費成為影響工程運行成本十分重要的部分.為了減少運營成本，工程一方面應該在混凝沉淀池增加總磷的自動化監測設備和自動加藥設備，由系統根據污水中總磷量自動調整加藥量以節約藥品的用量；另一方面工程應該通過精細化運營管理來降低電耗，減少污水的處理費用.