屠宰及肉类加工废水脱氮除磷工艺改造与优化

黄占峰

(山西国环环境工程有限公司，山西 太原 030006)

引 言

出于改善水环境质量的考虑和环境容量本底较小的局限，山西省响应国家号召，要求国考劣V类水质断面控制单元内所有工业企业外排废水(矿井水除外)达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中的Ⅴ类标准，即要求ρ(CODcr)≤40 mg/L、ρ(TN)(以N计)≤10 mg/L、ρ(TP)(以P计)≤0.4 mg/L。

而控制单元内某屠宰与肉类加工型企业生产排放的废水，经现有工艺“格栅—两级气浮—调节—厌氧—缺氧—好氧—MBR膜—消毒”运行处理后，出水对比达标水质，TN、TP超标，需进行针对性的工艺改造。

1 现存问题与成因分析

1.1 冬季废水处理能力问题与成因

改造企业地处北方地区，厂区污水收集管网长，生产废水来源复杂且多为间歇式排放，经调节缓存、均化后，冬季最低时水温在10 ℃～12 ℃。加之冬季为企业生产旺季，日排水量增加，而废水本质特点又与企业生产相对应，水质随之波动大，油脂、有机物浓度高，所以废水处理冬季压力比较大。

1.2 TN现存问题与成因

根据图1监测数据，废水处理站采用A/O法生物脱氮工艺，末端监测出水氨氮值低，表明好氧段硝化反应进行较为充分，氨氮在硝化菌、亚硝化菌作用下充分转化；但另一方面，总氮的去除效果不理想，分析主要的原因在于缺氧池反硝化效果不佳。

经现场测量核实，确系原设计水温与底物浓度等与生产实际不符，造成缺氧池池容严重不足，反硝化反应不完全，总氮脱除有限，体现为二沉池可见气泡溢出，即部分反硝化的延迟进行。

图1 改造前企业日平均出水氨氮含量在线监测记录

1.3 TP现存问题与成因

废水处理站设有厌氧环境的水解酸化池，但工艺运行并非针对除磷的厌氧-好氧工艺，未设有之间的污泥传质联络，无法实现释磷菌的除磷作用，仅靠微生物同化作用消耗，磷的去除有限。

2 工艺改造与过程优化对系统脱氮除磷的影响分析

2.1 生物脱氮工艺改造与过程优化

在兼顾脱除效果、改造成本及现有工人运行水平之后，切实可行的生物脱氮工艺改造与过程优化如下。

2.1.1 反应环境温度优化

在脱氮的硝化与反硝化进程中，硝化速率受环境温度影响比较大，如第173页式(1)所列，环境温度的提升可以促进硝化的速率的增快。

μmt=μm20exp[θ′(t-20)]

(1)[1]

式中：μmt为温度t(℃)时的最大比生长速率，d-1；μm20为标准温度(20 ℃)时的最大比生长速率，d-1；θ′为温度系数。

工艺改造优先利用企业肉制品加工余热，同时考虑企业生产过程中现有热源为冬季低温储备热，并尽可能对废水管道与设施做保温或封闭处理。经现场检测，在调试运行期间改造后的生化处理系统温度可维持在27 ℃～35 ℃。魏等人[2]在实验中表明当温度高于19.8 ℃时，比反硝化负荷的提高量有了一定的提高，由此类推，反应温度的优化可以改善脱除效果，并在冬季低温时段更为明显。

2.1.2 外源物质优化

分段进水是基于同步硝化反硝化和动力学的研究成果，借助改进进水方式来提高废水脱氮处理效果[3-5]。Lin等人研究表明[6]，在相同的进水负荷条件下，分段进水出水的硝态氮含量远低于传统出水。

根据A/O工艺运行特点并结合工艺实体，为保障后段缺氧池进水的m(BOD)/m(TN)比值，促使反硝化地充分进行，将缺氧池进水改为分段进水。

2.1.3 物理改造与过程调控

在A/O生物脱氮工艺中，硝化液回流比对系统的脱氮效果影响很大，过程调控如图2所示。同时回流量又受缺氧池池容限制，故此，经工艺整合与池体功能改造，对现有缺氧池进行了一次扩容，增加约1.4倍池容。对于尚缺池容，提出将二沉池上清液回流以稀释和改善缺氧池运行环境，如降低大量硝化液回流携带的缺氧池溶氧过高等来弥补。

图2 生物脱氮工艺调控示意图

2.2 除磷工艺改造

鉴于原有生物系统对磷更多地体现在同化作用脱除，工艺改造上主要依托化学除磷技术，而限于化学除磷系统混合程度、反应时间、接触均化、分离效果等影响[7-8]及工人运行水平的差异，化学除磷投加难以做到精准，作为保障体系，在尾水增设吸附法以保障出水达标。

能够用于化学除磷的金属药剂大部分为铝盐、铁盐与钙盐。以改造后二沉池出水(TP=2.97 mg/L)为测试水样对目前常用的三种除磷剂不同投加量下的除磷效果实验结果见表1与图3。

表1 三种除磷剂在不同投加量下出水中剩余磷的含量

图3 三种除磷剂在不同投加量下对水中磷的去除率

考虑作用效果及价格、来源等因素，优化工艺拟选用聚合硫酸铁(PFS)作为除磷剂[9]，如图3试验结果中，除磷效果在投加适量的前提下可以达到90%以上。

3 改造后系统脱氮除磷的效果

系统改造完成后，经过3个月的调试运行，处理水质达到了预期指标要求。表2为2018年4月15日至6月20日对系统的检测结果。

表2 改造前后主要单元水质指标对比

4 结语

在提标改造中，施以工程层面改造并扩充了缺氧池池容，增设了化学除磷设施，工艺优化方面主要有以下几点：1) 提高了生化系统反应温度，尤其改善了冬季对氮的脱除效果；2) 对缺氧段采用分段进水的形式，改善了反硝化反应外源物质条件；3) 过程调控并优化了回流液内循环功能；4) 经过化学除磷剂的筛选，验证了铁盐对除磷效果的影响。经为期3个月的调试运行，证实上述改造效果良好，问题指标TN与TP均可达标外排。