豆制品生产废水能源化利用的工艺实践

杨圣广

摘要豆制品在我国有着悠久的历史和广泛的市场，其生产废水含有高浓度有机质，COD高达30 000 mg/L，直接排放对水环境污染严重。针对豆制品废水可生化性好的特点，提出厌氧发酵（沼气）—生物膜法处理工艺，实现废水的能源化处理，同时达到环境排放标准要求，设计日处理水量300 m3，日产沼气1 300 m3，排水执行《农业灌溉水质标准》中水作标准。

关键词豆制品；废水；能源化；厌氧发酵；工艺实践

中图分类号X703文献标识码A文章编号0517-6611（2018）25-0064-03

Process Practice of Energy Utilization of Soybean Production Wastewater

YANG Shengguang

（Environmental Monitoring Station of Feixi County，Hefei，Anhui 231200）

AbstractBean products have a long history and a wide market in China. The production wastewater contains high concentrations of organic matter， COD is as high as 30，000 mg/L， and direct discharge is seriously polluted by water environment.In view of the good biodegradability of soybean product wastewater， the anaerobic fermentation （biogas）biofilm process was proposed to realize the energy treatment of wastewater and meet the requirements of environmental emission standards.The designed daily treatment water volume was 300 m3， and the daily biogas was 1 300 m3. The drainage implements the water standard in the Agricultural Water Quality Standards.

Key wordsBean products；Wastewater；Energy；Anaerobic fermentation；Process practice

豆制品生产废水主要来源于浸豆、泡豆及蒸煮、压滤废水和冲洗废水，该废水属于高浓度有机废水，有机物含量高，可生化性强，直排環境污染严重。根据文献资料[1-2]，豆制品废水处理易出现以下问题：①该企业属于间歇生产方式，水量和水质不均匀，排水时间较集中；②高浓度废水在厌氧处理水解酸化段易酸化，是控制难点；③好氧阶段，如采用活性污泥法，易产生污泥膨胀。因此，豆制品生产废水能源化利用显得非常重要。

安徽寿县是著名的豆腐之乡，安徽迎淮豆制品有限公司主要从事豆制品生产销售，日产各类豆制品260 t，其生产废水有机物含量高，其中黄浆水CODCr一般在20 000～30 000 mg/L，泡豆水的CODCr为1 200～2 000 mg/L，其他废水CODCr相对较低；废水的C∶N∶P平均为100.0∶4.7∶0.7，可生化性达到0.6～0.7，大都污染物为可降解有机物，适合微生物的生长。为落实好环境保护的要求，必须对其生产废水进行处理，笔者提出厌氧发酵（沼气）—生物膜法处理工艺[1]，以便实现废水的能源化处理，同时达到环境排放标准要求。

1处理水量、进水质和排放标准

1.1日处理水量

项目扩建后废水产生量300 m3/d，其中黄浆水150 m3/d、清洗水150 m3/d，取日变化系数1.2，则系统日处理最大废水量为360 m3/d。按24 h运行，则15 m3/h，其中黄浆水7.5 m3/h。

1.2进水水质

浓度最高的黄浆水pH为4～6，SS≤6 600 mg/L，CODCr≤30 000 mg/L，BOD5≤14 000 mg/L。普通清洗水pH为6～8，SS≤130 mg/L，CODCr≤220 mg/L，BOD5≤76 mg/L。

1.3出水水质

系统排水执行《农业灌溉水质标准》中水作标准：pH 6～9、SS≤150 mg/L、CODCr≤200 mg/L、BOD5≤80 mg/L。

2设计依据

《农业灌溉水质标准》（GB5084—1992）、《地表水环境标准》（GB3838—2002）、《给排水工程结构设计规范》（GBJ69—84）、《室外排水设计规范》（GB50014-2006）、《环境工程手册—废水卷》高等教育出版社、《水处理工程师手册》化学工业手册、《环境设备材料手册》（第二版）冶金工业出版社、《沼气工程设计规范》 NY5074—2009、《水解酸化反应器污水处理工程技术规范》（HJ2047—2015）。

3设计思路

分质处理高浓度黄浆水，清洗水预处理后，混合达标排放；考虑氨氮、酸化等不利因素，预留处置接口；主体处理工艺是预处理+USR反应池+生物膜法；厌氧发酵采用两段多级技术，分段利于培养不同细菌群高效发挥作用，多级发酵可使高浓度废水逐级降低，使残余的有机物彻底分解。

4处理工艺流程设计

4.1处理工艺的确定

4.1.1

初沉池。把进水COD浓度降至20 000 mg/L以下，必要时利用气浮处理设备。

4.1.2

USR反应池。主要处理单元采用35 ℃中温发酵、两段5级推流式分级降解技术，池内设置填料，COD负荷1.0～2.5 kgCOD/（m3·d），把污水中COD浓度从20 000 mg/L降至1 000 mg/L，有效容积3 000 m3，理论沼气产生量900～1 300 m3/d[3]。

4.1.3

生物膜池。填料负荷2 kgBOD/（m3填料·d），把污水中COD浓度从1 000 mg/L降至200 mg/L以下（表1）。

4.2工艺流程设计

该项目的工艺流程如图1所示。该工艺具有以下特点：①厌氧发酵采用两段式，产酸和产气段独立进行，提高效率，同时对产气段又分4级降解，可稳定实现降解效果，快速降解COD值到1 000 mg/L以下[2]。②2组2条生产线轮换进料，检测和调试系统独立进行，有助于提高

生产效率，如有不良结果出现，可以及时调节，具备应急功能[4]。③充分利用水力条件，注意管道布列，最大程度减少动力消耗，全套装置功率仅为4.55 kW·h。④预设除酸、除氨系统，当两段厌氧首池酸化时，可以投加碱性物质调节，当USR末端池氨氮浓度过高，可以采用化学方式予以去除，以此实现不良工况可调可控。⑤与公共卫生间连建，粪便水直接进入系统处理，处理后的中水引入冲厕，形成循环，大大改变了卫生环境，节约水资源。⑥USR末端池具有较高的氨氮含量，可直接回用农田，此沼液不仅具备普通沼液的生物肥效，其氮元素含量更高。

5构筑物及设备

5.1集水井

设计规模为3 m×3 m×3 m，地下钢砼结构，设污水泵2台，一用一备，1.5 kW，扬程7 m，管径65 mm。设置气浮机装置一台，采用溶气气浮法，将大量空气溶于水中，形成溶气水，通过释放器骤然减压快速释放，产生大量微细气泡与水中污染物质黏附成絮体上浮，从而迅速去除水中悬浮物质，达到净化的目的。

5.2调节池

该单元主要是水质均和、平衡水量，削减高峰水量对后续处理单元的冲击负荷，以期降低水量变化对处理效果的影响，设计规模为3 m×3 m×3 m，地下钢砼结构，设污水泵2台，一用一备，1.5 kW，扬程7 m，管径65 mm。

5.3沉淀池

该单元主要是利用重力的作用使废水中的悬浮物、生物处理后产生的污泥或生物膜与水分离，形成泥水界面。平流沉淀池3 m×7 m×1.5 m，地下钢砼结构，斜底板；平面负荷取1.3。

5.4USR反应池

在高浓度废水处理工艺中，废水的厌氧生物处理是指在没有游离氧的情况下，以厌氧生物为主对有机物进行降解的一种处理方法，成功的厌氧水解工段去除效率可达到50%以上。在厌氧生物处理过程中，厌氧处理技术是一个关键步骤，复杂的有机化合物被降解，轉化为简单、稳定的小分子化合物，同时释放出能量，大部分能量以甲烷（CH4）的形式出现，如果厌氧消化过程彻底，最终产物均为CH4、CO2及NH3。该单元可降解有机物提取水中有效元素能源化利用，同时也为后续好氧处理做了很重要的前期处理[5]。

结合理论计算和工程经验，推荐USR总池容3 000 m3，有效容积2 400 m3，地埋隧道式推流结构，水力总停留时间16 d。设置二组隧道式沼气池，每组长30 m（设5个分区，每区长6 m），池深4 m，单拱跨度10 m，拱高1 m，全钢砼结构，半地下式。设置低速推流器2台，出渣系统2套，人孔12套，生物填料900 m3，正负压保护器12套，气体检测系统1套，沼液检测系统1套，池内水流沟通12套，沼气收集系统2套，脱氮回流设施2套，加套系统12套。

5.5预曝气池

该单元为厌氧环境转换好氧环境节点。设计规模为5 m×5 m×4 m，地下钢砼结构；设污水泵2台，一用一备，1.5 kW，扬程7 m，出口75 mm。

5.6生物膜池

废水中存在的各种有机物以胶体状、溶解态的有机物为主，作为微生物的营养源，与厌氧方法不同，废水的好氧生物处理是一种有氧的情况下，以好氧微生物为主对有机物进行降解处理。这些有机物经过一系列的生物反应，最终以CO2和水无机物质稳定下来，达标排放[6]。设计规模为12 m×5 m×4.5 m，地下钢砼结构；设置生物填料160 m3，回流泵2台，曝气系统一套，风机2台，一用一备，污泥泵2台。

5.7二沉池

该单元主要通过静置使污泥进一步浓缩，将各个处理单元产生的剩余污泥汇集。设计规模为3 m×3 m×4 m，地下钢砼结构；设污泥泵2台，一用一备，1.5 kW，扬程10 m，出口50 mm。

5.8干化池

进过污泥浓缩后的污泥需要进一步处理，含水率仍然在98%以上，采用污泥干化场的方式可以减少对机械压滤机等设备的需求，但需要一定的场地。设计规模为10 m×10 m×1 m，地上砖结构，3座轮换使用，总有效面积300 m2；底部设置砂石滤层，利用现有干化设施，滤液回流到预曝气池。

5.9控制房

普通砖瓦平房20 m2，设置门窗、空调、办公桌椅、灭火器等。

5.10湿式气柜

配400 m3湿式气柜，存储甲烷气（沼气），恒压恒流供给后续锅炉燃烧使用。

5.11沼气锅炉

配2 t/h纯沼气蒸汽锅炉一台，系统提供沼气含量约65%，低位燃烧值2.3×107 J，满足豆制品生产需求。

5.12脱硫、凝水及安全水封

配脱硫、凝水、安全水封及沼气计量装置各2套。

5.13加热系统在各室采用镀锌管制作加热盘管，采用热水循环加热方式，保证冬季系统稳定运行在35 ℃工位，提高发酵效果[7]。

5.14运行调节系统

运行调节是系统稳定运行的重要保证，预设pH、甲烷、挥发性有机酸、水温、污泥浓度等监控系统。

6消防、环保与安全设计

6.1消防设计

该工程作为整个生产项目的公用辅助项目，消防统一规划设计，在此不单独设计。

6.2节能设计

该工程设计节能措施主要有：污水处理构筑物布置紧凑，注意高程布置，减少联络管渠的水头损失；设备选型杜绝采用国家公布的淘汰产品，选用高效率、低能耗的设备产品；重视计量、仪表、监控设计使用，整个系统能根据不同的水量和工况调整设备运行情况，既实现污水的处理效果，又达到节能目的[8]。

6.3环境保护

6.3.1

施工期环境影响的缓解措施。

6.3.1.1

工程施工弃土的管理。土方工程施工中产生的土方，应本着因地制宜的原则，首先考虑为该工程利用回填，余土就近填入农村道路修建。

6.3.1.2

噪音防护。施工期间噪音主要为运输车辆的喇叭声、电动机声、混凝土搅拌声等。昼间施工时要尽量避免各种施工机械同时启动，减少对周围环境的影响，夜间不施工。

6.3.2污水处理站对外部环境的影响。

6.3.2.1

污水处理站排放的尾水。污水处理站内部的生产污水主要为污泥干化池滤液等，返回调节池，进入污水处理系统，不会产生新的污染。污水处理站排放的尾水即出水，按照工程设计出水水质能达到排放要求，回用于农田。

6.3.2.2

噪声。主要噪声源为水泵机组和风机，该项目设计主要水泵采用潜污泵，非潜污泵采取减震降噪措施；采用低噪声回转式鼓风机，并在底座均加减震措施，进出气管上加装消音器和可曲绕橡胶接头外，把噪声控制到最小程度，噪声对环境影响不大，可达到《工业企业厂界噪声标准》（GB12348—90）中的要求。

7工程节能、保温

7.1节能措施

污水处理系统消耗的能源主要是电能，其中又以工艺设备为重中之重，为降低指标、减少单位污水处理的成本，设计中采取的节能措施有：通过选择合理的工艺路线，减少污水提升的次数，以减低单位污水处理的能耗；注意设备的合理搭配，处理系统的机电设备选用成熟的高效节能机电产品，可使整个系统始终处于高效运转。

7.2保温措施

该工程无需保温措施，不影响工程运行。

8结论

采用该设计工艺，可以使豆制品生产废水资源化、能源化处理，污染物转化成清洁燃气甲烷，给企业带来较好的经济效益。经测算，年生产沼气474 500 m3，收入186.65 万元/a；污染物达标排放，年削减COD 1 839.6 t，年削减BOD 5 855.6 t，年削减SS 487.62 t，对周边生态环境有良好的改善，环境效益明显。

参考文献

[1] 林聪.沼气技术理论与工程[M].北京：化学工业出版社，2007.

[2] 吕宏德.水处理工程技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.

[3] 徐曾符.沼气工艺学[M].北京：农业出版社，1981.

[4] 王继斌，宋来洲，孙颖.环保设备选择、运行与维护[M].北京：化学工业出版社，2007.

[5] 于爾捷，张杰.给水排水工程快速设计手册（2）[M].北京：中国建筑工业出版社，1996.

[6] 张自杰.排水工程：下册[M].4版.北京：中国建筑工业出版社，2000.

[7] 李田，胡汉明.给水排水工程快速设计手册（5）[M].北京：中国建筑工业出版社，1994.

[8] 赵欣欣，孙玲，董玉玮，等.固定化微生物技术及其在污水处理中的应用[J].水处理技术，2015（7）：17-20.