高浓度含磷食品废水处理改造工程实例

陈辉 赵铖博 谢健

摘要：江西某食品企业主要生产淀粉糖浆、大米蛋白肽及果蔬粉，产生的废水COD和TP浓度高，原废水处理工艺已无法达到排放标准。现对原工艺进行改造，采用“气浮+水解酸化+UASB+A2/O+混凝除磷+沉淀+MBR”联合处理工艺处理该食品生产废水。运行结果表明，系统对COD、TP、SS、氨氮4种主要污染物的去除率分别达到了98.92%、98.71%、98.76%、69.62%，系统抗冲击负荷能力强，改进后的工艺出水水质良好，满足《污水综合排放标准》（GB8978-1996）表4中一级标准。废水工艺处理成本为5.35元/m3。

关键词：食品废水;UASB;A2/O;化学除磷;MBR

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2020）12-00-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.12.029

Project example of the treatment modification of highly concentrated phosphorus-containing food wastewater

Chen Hui1，Zhao Chengbo2，Xie Jian1

（1.Xinyu Ecological Environment Monitoring Center of Jiangxi Province，Xinyu Jiangxi 338099，China;

2.College of Environmental Science and Engineering， Beijing Forestry University，Beijing 100008，China）

Abstract：The wastewater from a food enterprice in Jiangxi Province，mainly produces starch syrup，rice protein peptide，fruit and vegetable powder，contains relatively high concerntration Chemical Oxygen Demand and Total Phosphorus.Since the original treatment process has been unable to meet the effluent standards.The original process was reformed， the wastewater from the food production was treated by the combined process of air flotation+hydrolytic acidification+Upflow Anaerobic Sludge Blanket Reactor+Anaerobic-Anoxic-Oxic+coagulation phosphorus removal +precipitation+Membrane Bioreactor. The operation results showed that the removal rate of Chemical Oxygen Demand，Total Phosphorus，Suspended Solid and Ammonia Nitrogen reached 98.92%、98.71%、98.76% and 69.62%，respectively.The system has strong anti-impact load ability， the quality of system was good which reached the the first-class standard in Table 4 of Integrated Wastewater Discharge Standard （GB8978-1996）. The cost of wastewater treatment was 5.35 yuan/m3.

Key words：Food wastewater;Upflow anaerobic sludge bed reactor;Anaerobic-anoxic-oxic;Chemical phosphorus;Membrane bioreactor

食品產业种类覆盖酿造、饮料、肉品、果蔬和生鲜等，这些产品在生产加工过程中因经洗涤、浸泡、烫煮和设备清洗等操作时会产生大量高浓有机废水[1]，废水中包括悬浮物、氮磷、蛋白质和碳水化合物等污染因子。在工程应用中，一般以生化法为主、物化法为辅的方法处理。本工程为江西某食品企业的污水处理改建工程，该食品企业主要生产淀粉糖浆、大米蛋白肽及果蔬粉。生产过程中产生的废水COD在7 500～8 000mg/L，TP（以磷酸盐计）约36mg/L左右，该食品废水具有有机物浓度较高、TP高等特点。采用原有的“气浮+水解酸化+接触氧化+沉淀”工艺对该废水进行处理，最终出水COD、磷超标严重，难以达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）表4中一级标准的要求，对企业正常生产造成了很大的影响。

针对该废水的特点，并结合陈建刚、陆祎韵、朱霞等、俞沈晶[2～5]的研究成果，决定对原处理工艺进行改造。在生化段，增加UASB池，增加A2/O池，将原来的生物接触氧化池改造成A2/O池中的好氧池;在深度处理段，增加混凝除磷池和MBR池。经升级改造后，出水稳定，能够达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）表4中一级标准要求。

1 工程概况

1.1 废水水质及排放标准

该食品企业废水产生量约为1 000m3/d，设计处理能力50m3/h，经过处理后的废水水质需满足《污水综合排放标准》（GB8978-1996）表4中一级标准。废水水质、水量及排放标准见表1。

1.2 废水处理工艺

针对该企业生产废水水质特点，原来采用“气浮+水解酸化+接触氧化+沉淀”工艺处理，原工艺采用水解酸化和接触氧化串联模式，出水无法将高COD处理达到100mg/L以下。原工艺没有设置有效的除磷工艺，出水磷超标严重;接触氧化池通常进水在5 000mg/L以上，由于进水负荷过高，水质发黑，有一定的死泥。故需要对该工艺进行改造，采用“气浮+水解酸化+UASB+A2/O+混凝除磷+沉淀+MBR”，在水解酸化池后增加UASB厌氧池，废水B/C为0.35，可生化性好，UASB可去除大量的有机物，减少好氧的进水负荷，增加A2/O池，有效地脱氮除磷和进一步降解COD。通过生化处理的TP仍较高，需增加混凝除磷池，投加药剂高效除磷，同时增加MBR设备，确保出水达标排放。改造后废水处理工艺流程如图1所示。

综合废水首先进入调节池，调节水质与水量后经泵送入气浮池，采用气浮一体机去除废水中的油类和胶体类污染物，以减轻对后续生物处理工艺的压力;气浮池出水经提升泵1送入水解酸化池，在水解池内，水解菌群将大分子有机物分解为小分子有机物;水解酸化池出水经提升泵2送入UASB厌氧反应器，去除大部分COD;UASB出水自流进入A2/O处理单元，进行生物脱氮除磷，并进一步去除COD;好氧池出水自流至沉淀池1（现有），回流80%的污泥，出水进入混凝除磷池，在除磷池中投加氢氧化钙、PAC、PAM等药剂进行混凝处理，水中溶解性的磷正好能与投加的药剂进行充分反应生成磷酸盐絮状沉淀，并在沉淀池2（现有）进行沉淀，沉淀池2产生的化学污泥全部进入污泥浓缩池进行脱水处理;沉淀池出水最后经MBR膜分离后出水自流至清水池，经标准排口外排;来自气浮池的浮渣、UASB厌氧池污泥、沉池污泥，由污泥泵打入污泥浓缩池，浓缩后用压滤机进行压滤脱水，压滤滤液回流至调节池，干污泥外运处置。

2 改造后的构筑物和设计参数

改造后的构筑物及设计参数见表2。

3 实际运行结果及分析

3.1 反应器的启动

3.1.1 UASB反应器

UASB接种污泥来自江西某食品厂污水处理厂的厌氧污泥，初期启动进水负荷控制在0.3～0.5kg COD/（m3.d），污泥适应驯化后，容积负荷由0.5kgCOD/（m3·d）起，内循环3d，逐步分多次提高进水负荷。接种运行80d后，整体污泥浓度为12～15g/L，上升流速为0.6m/h。废水由UASB反应器底部进入，向上流过污泥床区与大量的厌氧细菌接触，废水中的有机物被厌氧菌分解成沼气，废水在升流的过程中夹带着沼气和厌氧菌固体物，沼气在气室区进行固液分离，处理过的净化水由反应器顶部排走，在污泥床的底层将形成浓污泥，而在上层是稀的絮状污泥，剩余污泥应该从污泥床的上部排出。运行趋于稳定，UASB对COD的去除效果见图2。

随着调试运行，UASB反应器对COD的去除效率趋于升高，去除率由初始运行阶段的5%逐步提高。这是因为随着时间的推移，厌氧微生物繁殖增长，去除率逐渐增大。在启动40d后，进水COD达到7 500mg/L，COD去除率呈现先下降再不断升高的波动式变化。负荷的提升对反应器有冲击作用，当污泥转变为黑色絮状时，运行稳定，对COD去除率可达到83%，出水稳定在1 500 mg/L左右。随着污泥的不断增长繁殖，需定期排泥，反应器外排的污泥中会带一部分的磷。

3.1.2 A2/O池

A2/O池接种污泥来自城镇污水处理厂消化污泥，接种后好氧池进水闷曝。当COD去除率达到50%时，逐步提高负荷间断性地进水。接种35d后，污泥沉降比（SV）由原来的35%下降至12%，出现大量菌胶团，污泥生长良好。控制厌氧池溶解氧为0.2mg/L，缺氧池溶解氧为0.5mg/L，好氧池溶解氧为2～4mg/L，混合液回流比为150%，污泥回流比为80%，MLSS稳定在4 000mg/L，驯化完成，启动成功。

3.2 调试运行中的问题及解决办法

3.2.1 UASB反应器跑泥问题

在调试中期，由于反应器酸化严重以及水力负荷太大，出现了跑泥现象，通过投加小苏打和调节进水负荷有效地解决了这个问题，定期监测反应器的挥发性脂肪酸。

3.2.2 A2/O工艺中缺氧池和好氧池的溶氧控制问题

缺氧池是反硝化脱氮的重要场所，一般溶解氧在0.2～0.5mg/L，好氧池是硝化和吸收磷的场所，一般溶解氧在2～4mg/L，由于曝气量过大和大量硝化液回流等因素的影响溶氧难以掌握，所以需要通过安装在线溶解氧电极，实时控制溶解氧水平。

3.2.3 MBR池

采用间歇的运行方式，自吸泵抽吸8min、空曝2min，在满足出水量的要求下，抽吸负压越小越好。膜片正常有效操作负压控制在-0.01～0.03Mpa，抽吸负压太高或产水流量小，会引起膜片污染。每天对膜单元进行反水洗，反洗流量为反洗单元产水流量的1.5～2.5倍，严格控制反洗压力，反洗用水使用膜产水[6]。

4 稳定运行效果

系统从2019年3月初接种调试至6月中旬，经过3个多月的调试，整個系统稳定运行，处理效果好。对工程出水连续监测30d，选取了第15～20d的监测数据，研究各污染物浓度变化的平均值在处理系统各工艺段的沿程变化，明确各个工艺段对不同污染物降解的贡献大小，为工艺优化和运行操提供理论依据。由表3可知，经过UASB的厌氧消化处理，进水的COD急剧下降，去除率达到81.8%，大大地降低了后续处理的有机负荷;再经过A2/O工艺进一步生化处理，有效地去除了可生化降解达到COD，去除率为80.6%;再经过膜分离作用，最终出水COD降至82mg/L，剩余的COD主要以溶解性难生物降解的有机物为主，该组合工艺对COD平均去除率可以达到98.92%。由于气提作用，气浮对氨氮有一定的去除效果，去除率在6.96%左右;由于氨化作用，UASB出水氨氮含量轻微升高，废水在流经A2/O处理单元时，氨氮含量下降了60.95%，A2/O工艺对于氨氮的去除所做的贡献占到组合工艺的87.55%，最终MBR工艺出水氨氮为9.6mg/L，该组合工艺对氨氮平均去除率为69.62%。除磷是本工程的难点，UASB对TP的去除率为20.46%。由于颗粒污泥吸附截留含磷的有机物，A2/O除磷效果显著。聚磷菌在经过厌氧段的释磷后，能够在好氧段超其生理需要的吸收磷，并将其以聚合磷的形式储存在体内，形成聚磷污泥，通过污泥的排放将磷去除。A2/O除磷效率为56.61%，生化处理出水TP还有11.8m/L，通过在化学除磷池投加0.5mL浓度为5%的石灰溶液，反应后再添加PAC、PAM进行混凝处理，水中溶解性的磷正好能与投加的药剂进行充分反应生成磷酸盐絮状沉淀，并在沉淀池2（利用现有）进行沉淀。通过沉淀池排泥有效地去除TP，化学除磷池对磷的去除率达到了90.67%，最终出水TP为0.47 m/L，生物除磷和化学除磷有效结合保证了出水达标排放，该组合工艺对TP平均去除率高达98.71%。SS主要通过气浮和混凝沉淀池得以去除，去除率分别为59.17%和65.57%，SS总去除率为98.76%。

5 技术经济指标

该改造工程处理水量为1 000m3/d，设备材料及仪表费125.6万元，土建费用203万元，废水处理的运行成本主要包括电费、药剂费、人工管理费，电费为0.8元/m3。药剂费约为3.2元/m3，人工费为1.0元/m3，污泥处置费为0.35，运行成本合计为5.35元/m3。

6 结论

（1）采用“气浮+水解酸化+UASB+A2/O+混凝除磷+沉淀+MBR”联合工艺处理该高COD、高浓度含磷食品废水，处理效果理想，系统运行稳定，抗冲击负荷较强，对COD、TP、氨氮和SS的去除率分别可达到98.92%、98.71%、69.62%和98.76%，出水水质可以达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）表4中一级标准。

（2）采用UASB高效去除废水中的有机物，大大降低后续生化处理的负荷;采用A2/O和混凝沉磷工艺，生化和物化的组合，保证了TP的去除率，改造工程解决了原工艺出水COD和磷超标严重的问题，减少了对周边环境的污染，获得了良好的环境效益，为食品废水的处理提供一种经济、可行的办法。

参考文献

[1]张磊，赵婷婷，何虎.食品加工废水处理技术研究进展[J].水处理技术，2018，44（12）：7-13.

[2]陈建刚.高浓度含磷废水处理工程实例[J].工业用水与废水，2014，45（03）：71-73.

[3]陆祎韵，戴清，金艳青，等.某食品加工废水处理工程改扩建设计[J].水处理技术，2016，42（07）：136-139.

[4]朱霞，李鹤超，任洪强.UASB-A2/O-MBR组合工艺处理餐厨废水工程[J].水处理技术，2019，45（02）：124-128.

[5]俞沈晶，唐志鹏，张亚超，等.MBR+臭氧组合工艺处理印染废水案例分析[J].中国给水排水，2019，35（08）：104-107.

[6]张静.生物池卸空对MBR工艺运行的影响及应对措施[J].中国给水排水，2019，35（07）：33-39.

收稿日期：2020-10-30

作者简介：陈辉（1993-），男，本科，助理工程师，研究方向为水处理工艺、水质分析。