气浮-A／O-MBR 工艺处理食品废水工程实例

郑伟波， 詹嘉玺， 郑卉

（1.浙江竟成环保科技有限公司， 浙江 温州 325011； 2.温州市工业科学研究院， 浙江 温州 325000）

1 工程概况

浙江某食品公司从事各种面包、 中西式糕点制作， 主要生产设备有和面机、 打蛋机、 切割机、 打发机、 压面机、 油炸机及蒸箱等， 废水主要为生产设备器具清洗废水、 车间地面清洗废水以及食堂废水。 废水中含有原料、 半成品和成品等物料， 包含淀粉、 蛋白质、 糖类、 维生素以及油脂、 无机盐、柠檬酸等添加剂。 该废水属于中高浓度有机废水，其CODCr、 BOD5及SS 浓 度 高， 并 含 有 一 定 量 的NH3－N、 TP 及动植物油类， 易腐败发臭、 酸化， 但m（BOD5）／m（CODCr）值高， 约为0.6， 可生化性好［1］。

该废水经预处理及生物处理后， 出水水质要求达到GB 8978—1996《污水综合排放标准》中的三级标准（其中NH3-N、 TP 执行DB 33／887—2013《工业企业废水氮、 磷污染物间接排放限值》）。

2 设计水量及水质

该公司食品废水产生量为150 ～200 m3／d， 考虑变化系数和公司发展规划， 废水站设计处理能力为240 m3／d， 平均处理能力为10 m3／h。 废水水质及排放标准如表1 所示。

3 处理工艺

3.1 工艺选择

3.1.1 预处理工艺

废水中含有碎屑、 蛋壳及塑料等， 需通过机械格栅隔除； 含有一定量动植物油， 需通过隔油池隔除。 废水易腐败酸化， 使pH 值下降到5 左右， 会引起废水中的蛋白质变性凝结成块， 较轻的动植物油吸附悬浮物和变性蛋白质后浮于水面形成浮渣层， 故需在调节池预曝气［1］。 废水悬浮物含量较高， 且经调节池预曝气后会产生微生物胶体， 宜通过气浮法去除［2］。

表1 废水水质及排放标准Tab. 1 Wastewater quality and discharge standard

故预处理工艺采用格栅－隔油－曝气调节－气浮组合工艺。

3.1.2 生物处理工艺

进水m（BOD5）／m（CODCr）值大于0.6， 可生化性好， 故优先选择生物处理工艺。 废水经预处理后， 主要污染物为CODCr、 BOD5及NH3－N， 宜采用A／O 工艺。

厌氧池利用兼性及专性厌氧菌将大分子有机物水解为小分子化合物［3-4］， 然后进一步降解为CH4和CO2等。 好氧池采用活性污泥生物接触氧化法，在异养型微生物及硝化细菌作用下， 将小分子有机物彻底分解为无机物。 MBR 膜对污泥的截留作用可使MBR 池内保持高浓度污泥， 有利于对有机物的进一步降解。

故生物处理采用A／O－MBR 组合工艺。

3.1.3 污泥处理工艺

生物接触氧化工艺污泥产生量较少， 兼具污泥性质稳定、 污泥龄较长等特点［5］。 因此， 污泥产生主要以气浮浮渣为主， 宜采用隔膜压滤机， 泥饼脱水至含水率约为60%后外运处置。

3.2 工艺流程及说明

依据上述分析， 该食品废水采用格栅－隔油－曝气调节－气浮－A／O－MBR 组合工艺处理。 具体工艺流程如图1 所示。

废水经机械格栅隔除较大漂浮物和悬浮物后流入隔油池， 经隔油去除大部分动植物油后流入调节池， 调节池内设置穿孔曝气， 既能匀质匀量， 又能脱臭、 防厌氧分解及消泡。 调节池废水经一次提升进入气浮池， 经碱、 PAC 及PAM 化学混凝和加压溶气气浮， 使废水中动植物油类、 悬浮物及部分有机污染物得到有效去除， 保证厌氧的处理效果［6］。

图1 工艺流程Fig. 1 Process flow

气浮出水进入厌氧池， 经厌氧微生物分解去除大部分有机污染物并使含氮有机物氨化， 使CODCr、BOD5浓度显著降低。 另一方面， 富含聚磷菌的污泥回流至厌氧池， 在绝对厌氧条件下， 充分释磷，保 证 后 续 好 氧 超 量 吸 磷［7－8］。 厌 氧 混 合 液 流 入 好 氧池， 在前端主要进行碳化反应， 在末端主要进行硝化反应。 聚磷菌在好氧条件下， 充分吸磷， 清液TP达到排放标准［9］。 好氧池混合液流入MBR 池， 经高浓度污泥进一步降解后， 通过产水泵负压抽吸实现泥水分离， 产水经标准排放口达标排放， 污泥则被MBR 膜截留在池内， 保持池内有高浓度污泥［10］。

气浮池浮渣和MBR 池剩余污泥排入污泥调理池， 经阳离子PAM 化学调理后， 泵至压滤机脱水，经隔膜反压榨进一步脱水后， 泥饼含水率可降至约60%后外运处置， 滤液回流调节池。

4 主要构筑物及其设计参数

（1） 格栅池。 全地下钢砼结构， 1 座， 尺寸为2.5 m×0.9 m×2.0 m， 有效水深为0.8 m。 机械格栅采用回转式格栅除污机， 型号为GXZ－600， 耙齿移速为2 m／min， 耙齿栅隙为10 mm， 机宽600 mm， 栅前水深0.8 m， 倾角为75°， 功率为0.5 kW。

（2） 隔油池。 全地下钢砼结构， 1 座， 内分2格， 总体尺寸为4.0 m×1.7 m×3.0 m， 有效容积为12 m3， 水力停留时间为1.2 h。

（3） 调节池。 全地下钢砼结构， 1 座， 尺寸为8.5 m×4.0 m×3.0 m， 有效容积为60 m3， 水力停留时间为6 h。 设穿孔曝气装置1 套， 气水比为4 ∶1。

（4） 气浮池。 钢结构一体化装置， 型号为YW15，尺寸为5.2 m×2.6 m×2.4 m， 设计处理能力为15 m3／h， 主机功率为4 kW。 配套设备含加压溶气系统1 套， 刮渣机1 套， 加药装置3 套。 气浮池反应端投加片碱调节pH 值至8 左右， 投加PAC、 PAM进行化学混凝气浮， PAC 投加量为200 mg／L， PAM投加量为20 mg／L。

（5） 厌氧池。 半地下钢砼结构（－0.7 m）， 2 座，单池尺寸为3.30 m×3.15 m×6.00 m， 总有效容积为120 m3， 水力停留时间为12 h。 设计容积负荷为5.42 kg［CODCr］／（m3·d）， 污泥质量浓度为3 g／L。设 不 锈 钢 潜 水 搅 拌 机2 台， 型 号 为QJB0.85／8－260／3－740S， 功 率 为0.85 kW， 桨 叶 直 径 为260 mm， 桨叶数3 片， 转速为740 r／min。

（6） 好氧池。 半地下钢砼结构（－0.7 m）， 4 座，单池尺寸为3.30 m×3.15 m×6.00 m， 总有效容积为240 m3， 水力停留时间为24 h。 设计容积负荷为1.93 kg［CODCr］／（m3·d）， 污泥质量浓度为3 g／L。池内设置组合填料， 填料间距为250 mm， 填料有效长度为2 m。 池底均匀铺设微孔曝气盘， 直径为260 mm， 共100 套。 曝气风机2 台（1 用1 备）， 采用罗茨风机， 型号为BK5009， 功率为15 kW， 风量为10.31 m3／min， 风压为0.05 MPa。

（7） MBR 池。 半地下钢砼结构（－0.7 m）， 1 座，尺寸为6.60 m×3.15 m×6.00 m， 有效容积为100 m3，污泥浓度为9 g／L， 污泥回流比为50%。 设污泥回流泵2 台（1 用1 备）， 型号为25ZW8－15， 功率为1.5 kW， 流量为8 m3／h， 扬程为15 m。 设MBR 平板膜2 组， 型号为RGE－150－200， 膜材质为聚偏氟乙烯（PVDF）， 膜孔径为0.1 μm， 膜元件总量为400 片，膜元件总面积为600 m2， 产水总量为240 ～360 m3／d。 产水泵为自吸泵， 数量为4 台（单组2 台， 1 用1备）， 型号为40SFBX－18， 功率为1.5 kW， 流量为7 m3／h， 扬程为20 m。

（8） 污泥调理池。 半地下钢砼结构（－0.7 m），1 座， 内分2 格， 总体尺寸为6.3 m × 2.8 m × 3.9 m。 设隔膜泵1 台， 型号为QBK80， 流量为24 m3／h， 扬程为70 m。 设板框隔膜压滤机1 台， 型号为XMZG80／1000UB， 过滤面积为80 m2， 反压榨压力为0.7 MPa， 装机功率为4 kW。

5 运行情况及处理效果

该食品废水处理工程已连续稳定运行1.5 a，可有效去除废水中的CODCr、 BOD5、 SS、 NH3－N、TP 及动植物油类， 出水水质可稳定达到设计要求。各单元处理效果如表2 所示。

表2 主要单元出水水质及去除率Tab. 2 Effluent water quality and pollutants removal rates of main treatment units

6 投资及运行成本

本工程总投资约271 万元， 总处理成本为4.85元／t， 运行成本为2.94 元／t。

7 运行中存在的问题及解决措施

调节池与好氧池共用罗茨风机， 好氧池有效水深为5.5 m， 调节池有效水深在1 ～3 m 之间波动，经常出现好氧池因水压明显大于调节池而使曝气量变小甚至无曝气， 需要人工调整两者的曝气阀门。

解决措施： 调节池进气主管上增设稳压阀， 无论调节池水压与曝气需求量如何变化， 都维持恒定的上游罗茨风机压力， 保证好氧池正常曝气。

8 结语

（1） 该废水处理工程实践表明， 采用格栅－隔油－曝气调节－气浮－A／O－MBR 组合工艺处理该食品废水是可行的。 出水CODCr、 BOD5及SS 的质量浓度分别可降至387、 96 及20 mg／L， 可稳定达到GB 8978—1996 中的三级标准。 该废水处理工艺总处理成本为4.85 元／t， 一次性投资和运行费用与国内同类废水处理工程持平。

（2） 运行过程中， 可将生化单元剩余污泥排至调节池， 达到预先吸附部分有机污染物、 污泥减量、 增加气浮混凝胶体等目的， 并经气浮池后有效去除污染物， 尽可能减少后端生化处理单元的污染负荷， 节约电费、 药剂费等， 从而降低运行成本。

（3） 厌氧池具备有机物氨化及污泥消化功能，在确保厌氧ORP 低于－400 mV 的情况下， 可尽量将生化剩余污泥回流至厌氧池， 同时发生厌氧释磷、反硝化反应及污泥减量， 从而在一定程度上降低后端碱液用量及污泥处理处置费用， 降低运行成本。