高浓度茶多酚废水工程升级改造实例

池俊杰，周元祥

（合肥工业大学 资源与环境工程学院，安徽 合肥230009）

1 引言

某药业有限责任公司，其产品茶多酚系列产品销往国内及欧美、日、韩等国家和地区，并成为国内及国外诸多知名企业高度信赖的供应商，已具有一定的品牌效应，产量和市场占有率位居同行业前三位。为适应市场日益增长的需求和企业的长远发展，该药业有限责任公司拟投资7964.59万元，征地71亩，实施公司整体搬迁扩建。项目分两期建设，项目一期实施后具有年产100t天然咖啡因、300t茶多酚生产能力，二期实施后全厂具有年产300t天然咖啡因、1000t茶多酚生产能力。其生产废水主要由高浓度废水和低浓度废水两部分组成，其中高浓度废水主要来自茶多酚萃取液（氯仿、乙酸乙酯等）［1］，而低浓度废水来源于设备清洗水、场地冲洗水、设备冷却水等，其水质特点是有机物含量高、水质波动大、废水具有一定生物抑制性，难于生物降解。

现其一期废水处理站的预处理工艺无法达到满意效果，导致后续构筑物负荷过重，无法正常运行，根据茶多酚废水水质特点［2］和结合预处理模拟实验，现采用混凝沉淀＋微电解＋芬顿处理工艺对其废水进行预处理，经过一年多的实践，系统运行稳定，出水水质各项指标均达到《污水综合排放标准》（GB8978－1996）中二级排放标准。

2 工程改造分析设计

2.1 原处理工程概况

（1）设计处理规模：75m3/d。

（2）设计进水水质，见表1。

表1 设计进水水质

（3）设计出水水质：执行《污水综合排放标准》（GB8978－1996）中二级排放标准，见表2。

表2 设计出水水质

（4）原处理设施，见表3。

（5）原处理工艺，见图1。

表3 已有构筑物

图1 原处理工艺

2.2 现有工程存在的问题和原因分析

2.2.1 进水水质超出设计值

本工程方案设计时，进水水质主要参考了企业环评报告和部分老厂废水取样实测数据。老厂原水取样水质检测，高浓度废水 COD 22000mg/L；车间总排口CODcr 4440mg/L。然而在调试期间，多次对原水进行水质检测，实际进水CODcr高达44000mg/L，进水水质严重超出方案设计范围，造成系统负荷高，处理效果差。

2.2.2 混凝沉淀效果差

由于废水COD过高，造成pH值调节较困难，液碱消耗量过大，按每天处理50m3/d废水，片碱消耗量约在200～300kg之间；同时萃取液氯仿、乙酸乙酯易溶于金属盐类，投加的PAC被大量消耗，造成混凝反应效果不明显，因此，未能有效去除废水中茶多酚等物质。

2.2.3 泥活性差

因混凝沉淀效果差，预处理效果不足，废水中大量茶多酚、乙酸乙酯等物质未被去除，抑制生化系统中污泥生长，造成污泥活性差，生化系统处理效率低。调试前期阶段，为更好地去除茶多酚，投加的石灰量更大，也是造成污泥活性差的原因。

2.3 整改工艺说明

2.3.1 工艺的确定

上述存在的问题，根据调试总结和小试结果，拟对现有处理工艺作局部调整，强化废水预处理，改变运行方式，以提高处理效果。调整后处理工艺如图2。

图2 调整后处理工艺

2.3.2 工艺说明

废水在混凝反应池内，分别投加FeCl3、PAC、PAM。通过添加PAM、FeCl3，一方面Fe离子与茶多酚反应生成难溶化合物，减少废水中茶多酚的含量，另一方面可以加速沉降速度；投加PAC，一方面铝离子可与茶多酚生成难溶物质，另一方面通过絮凝作用去除水中呈胶体和微小悬浮状的有机和无机物质，减小了后续生化处理负荷。

混凝反应池［3］的出水自流入初沉池，进行固液分离，上清液自流入微电解水池，沉淀物排入污泥池。

微电解［4］是指低电位的Fe与高电位的C在废水中产生电位差，具有一定导电性的废水充当电解质，形成无数的原电池，产生电极反应。电极反应生成的产物具有较高的化学活性，在中性或偏酸性的环境中，铁电极本身及其所产生的新生［H］、［O］以及Fe2＋等均能和废水中的许多组分发生氧化还原反应，如对三氯甲烷具有明显还原脱氯的作用，对茶多酚等有机物开环断链，多环大分子有机物，转化为相对分子质量相对小易生物降解的物质，能破坏有机废水中的发色结构，达到脱色的目的。微电解反应消耗了大量的H＋生成了大量的OH－，这使得废水的pH值也有所提高；新生的二价铁离子具有更高的吸附－絮凝活性，调节废水的pH值可使铁离子变成氢氧化物的絮状沉淀，吸附污水中的悬浮或胶体态的微小颗粒及有机高分子，从而减少后续混凝沉淀药剂投加量。废水在微电解水池内经微电解处理后，再投加一定量的H2O2，利用微电解产生的铁离子，形成芬顿反应，将有机物进一步氧化分解，目的是破坏茶多酚、乙酸乙酯和多糖等的结构，降低其生物毒性。

废水由微电解池自流进入中和＋水解酸化池，首先进行pH值调节，然后进入水解部分，在水解酸化池中充分反应，将大分子物质进一步分解成小分子物质，提高可生化性。

水解酸化池出水提升至IC反应器［5］。废水自下而上通过IC。反应器底部有一个高浓度、高活性的污泥床，污水中的大部分有机污染物在此间经过厌氧发酵降解为甲烷和二氧化碳。因水流和气泡的搅动，污泥床之上有一个污泥悬浮层。反应器上部设有三相分离器，用以分离消化气、消化液和污泥颗粒。生成的气体自反应器顶部导出；污泥颗粒自动滑落沉降至反应器底部的污泥床；消化液从澄清区出水。IC负荷能力很大，适用于高浓度有机废水的处理。运行良好的IC有很高的有机污染物去除率，不需要搅拌，能适应较大幅度的负荷冲击、温度和pH值变化。IC池出水进入UASB进一步厌氧分解；

UASB反应器［6，7］也是一种高效厌氧处理装置，在此，废水中的有机物进一步降解，转换成CH4，出水进入中间水池。经沉淀后的废水自流入接触氧化池进行后续处理，在有氧条件下，废水中的可降解污染物在好氧微生物作用下，一部分合成为微生物细胞，另一部分分解为CO2、H2O，得以彻底去除，从而使水质得到净化。接触氧化池［8］出水自流入混凝沉淀池，终沉池将接触氧化池出水所带的污泥沉淀，二沉池的沉淀物排入污泥池。

终沉池出水自流入清水池，废水由提升泵输入过滤器，以保障出水稳定达到排放。

污泥池污泥通过泵打入板框压滤机压滤，滤液回流至调节池，泥饼外运处置。

3 各构筑物具体参数

鉴于目前生产废水产生量为60t/d，原设计水量为最大75t/d，但是污水COD浓度已达设计值的一倍以上，实验也表明，污水原水很难取得满意的处理效果，必须进行适当地稀释，再采用新的工艺才能处理到满意结果。不过稀释以后，若要将产生的废水完全处理，这样总的处理水量增加了一倍，原设计的处理单元的水力停留时间均无法满足要求，需要全面改造。所以，本方案为完全处理的方案（处理稀释后的全部水量）。

3.1 格栅渠

格栅池为地下钢混结构，设计参数如下。池体尺寸：2.0m×0.5m×1.5m；结构形式：钢混，地下式；池数：1座；主要设备：人工格栅；尺寸：1.5m×0.5m；栅隙：5mm；数量：1台。

3.2 调节池（新建）

池体尺寸：5.0m×8.0m×4.5m；有效容积：150m3；水力停留时间：24h；结构形式：钢混，地下式；池数：1座；主要设备：①提升泵型号：50QW10－10－0.75，流量：Q＝10m3/h，扬程：H＝10m，功率：N＝0.75kW，数量：2台（一用一备）；②液位计：2套；③潜水搅拌机：2台。

3.3 混凝沉淀池（两级沉淀，利用原有沉淀池和中间池改造）

由于水量增加一倍，原有沉淀池水力停留时间缩短一倍，沉淀效果下降，必须保证沉淀效果。

（1）反应池（原有）池体尺寸：3.4m×1.0m×2.5m；有效容积：7.0m3，水力停留时间：0.7h；结构形式：钢混，半地上式；池数：1座。主要设备：①加药装置，型号：JY－1，数量：3套FeCl3、PAC、PAM；②搅拌器，转速：100rad/min，功率：0.37kW，数量：3台；

（2）初沉池（两级串联，第一级原有），池体尺寸：3.4m×3.0m×4.5m；有效容积：20m3；水力停留时间：1.0h；结构形式：钢混，半地上式；池数：1座；主要设备：①导流筒及配件，1组；②溢流堰，1组；③污泥泵，型号：50WQ10－10－0.75，流量：Q＝10m3/h，扬程：H＝10m，功率：N＝0.75kW，数量：1台。

（3）第2级沉淀池（原中间水池改造），池体尺寸：3.4m×3.0m×3.0m；有效容积：27m3；水力停留时间：1.3h；结构形式：钢混，地下式；池数：1座；主要设备：①提升泵，流量：Q＝10m3/h，扬程：H＝15m，功率：N＝1.1kW，数量：2台（一用一备），②液位计：2套，③污泥泵：型号：50WQ10－10－0.75，流量：Q＝10m3/h，扬程：H＝10m，功率：N＝0.75kW，数量：1台。

3.4 铁炭微电解反应池（原清水池改造）

池体尺寸：3.4m×3.0m×4.0m；有效容积：35.0m3；水力停留时间：5.5h；结构形式：钢混，地上式；池数：1座。

3.5 中和＋水解酸化池（原调节池改造）

池体尺寸：4.0m×7.5m×3.0m；有效容积：75m3；结构形式：钢混，地下式；池数：1座；

主要设备：①提升泵，型号：50QW10－10－0.75，流量：Q＝10m3/h，扬程：H＝10m，功率：N＝0.75kW，数量：2台（一用一备）；②潜水搅拌机：型号 QJB1.5/8－320/3，功率1.5kW，数量：2台。

3.6 IC反应器（新增）

容积负荷：5.0kgCOD/m3·d；有效容积：400m3；水力停留时间：60h；池体尺寸：Φ6.0m×15.0m；结构形式：钢，地上式；池数：1座；主要设备：①三相分离器，数量：2组，材质：钢，②布水系统，数量：1套，③水封器，数量：1套，④出水堰，数量：1套，材质：pp。

3.7 UASB水池（原有利用）

容积负荷：4.0kgCOD/m3·d；有效容积：100m3；水力停留时间：16h；池体尺寸：4.5m×4.5m×6.5m；结构形式：钢混，半地下式；池数：1座；主要设备：①三相分离器，数量：1组，材质：PP，②布水系统，数量：1套，③水封器，数量：1套，④沼气收集系统，数量：1套，⑤出水堰，数量：1套材质：pp。

3.8 气浮机（新增）

再一次混凝反应，高效去除废水中的悬浮物，降低部分COD，并实现废水脱色。（采用气浮机，处理能力10t/h·座在UASB和接触氧化池之间的中间水池上。）

3.9 接触氧化池（原有接触氧化池＋沉淀池）

池体尺寸：6.5m×4.5m×4.0m ＋3.4m×3.0m×4.0m，有效容积：130m3；水力停留时间：20.0h；

结构形式：钢混，半地下式；池数：1座；主要设备：①立体弹性填料，直径：Φ＝150mm，长度：L＝2000mm，数量：100m3；②填料支架：材质：6＃角钢及尼龙绳，数量：2套；③曝气器，型号：PD3，数量：120套。

3.10 斜管沉淀池（新建）

池体尺寸：6.0m×2.5m×4.0m，有效容积：48.0m3，水力停留时间：2.0h，结构形式：钢混，半地下式；池数：1座；主要设备：①斜管填料，数量：1组；②溢流堰，数量：1组；③污泥泵，型号：50WQ10－10－0.75，流量：Q＝10m3/h，扬程：H＝10m，功率：N＝0.75kW，数量：1台。

3.11 清水池（新建）

池体尺寸：6.0m×4.0m×4.5m；有效容积：96.0 m3；水力停留时间：15.0h；结构形式：钢混，半地上式；池数：1座；主要设备：①提升泵，流量：Q＝10m3/h，扬程：H＝15m，功率：N＝1.1kW，数量：2台，②过滤器，处理能力：10m3/h，介质：石英砂和活性炭；材质：碳钢防腐，数量：1套。

3.12 污泥浓缩池

池体尺寸：3.4m×3.0m×4.5m；有效容积：40.0 m3；结构形式：钢混，地上式；池数：1座；

主要设备：污泥泵：型号：50WQ10－10－0.75，流量：Q＝10m3/h，扬程：H＝10m，功率：N＝0.75kW；数量：1台。

4 废水处理效果

土建项目从2013年10月正式动工，2014年3月基本完工，5月初所有设备全部安装完毕，全面开始工艺调试并进入试转，2014年7月初由当地环境监测站取样检测，一次性全部指标合格，经过3个多月的试运行环境监测部门对该工程进行了验收监测。其中一个月的监测效果数据见图3。

图3 废水处理效果

5 结语

采用混凝沉淀＋微电解＋芬顿预处理，结合IC反应器、气浮池等工艺，改造后运行效果显著，装置运行稳定，操作运行简便，自动化程度较高，运行方式灵活，对水质波动适应能力强，出水水质中COD、SS、色度等指标均达到《污水综合排放标准》（GB8978－1996）中二级排放标准。

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