高氮磷有机食品废水处理工程实例分析

孙理密，翟纪学，张德清，孙翔宇，朱 丽

（1.山东建筑大学热能工程学院，山东济南 250101；2.山东建大教育置业有限公司，山东济南 250101；3.山东水发鲁润水务科技有限公司，山东济南 250014；4.山东建筑大学市政与环境工程学院，山东济南 250101）

食品工业废水是水污染的重要排放源，主要特点是排放量大、富含有机物和大量悬浮物、BOD 较高〔1〕，其中有些以豆类为原料的食品行业，由于豆类原材料含有较高的特征物质——氮和磷，其加工过程中产生的废水水质特点为BOD、COD、TN、NH3-N、TP的质量浓度均较高，属于高浓度可生化性较好的有机废水〔2〕，从氮磷指标达标要求角度比一般食品废水难处理〔3〕。食品工业废水对人体的危害虽然不及其他含有毒有害物质的工业废水大，但却有较多的耗氧有机物，排入水体将导致富营养化或黑臭现象〔2，4〕。食品废水治理的工程案例非常多，但对于含有高浓度的氮磷、COD 和SS 的豆制品废水工程实例报道的并不多，已有工程实例一般均采用厌氧（水解酸化）与好氧结合（A∕O）的组合技术〔5-10〕，但采用的具体的厌氧和好氧工艺有很大差异，如厌氧有的采用升流式厌氧污泥床（UASB）、水解酸化、厌氧折流板反应器（ABR）等，好氧工艺选择的有活性污泥、生物接触氧化以及生物滤池等。设计、运行较好的工程案例对于行业水污染防治有重要的参考价值。鉴于此，笔者以山东某食品公司废水工程为例，详细分析其工艺流程及特色、构筑物设计要点及运行效果分析，以期为同行业废水治理提供一定的指导和借鉴。

1 废水处理规模、设计水质及排放要求

山东某食品公司废水属于高氮磷、高COD 的有机废水，公司主要采用各种豆类原料生产豆沙系列产品，生产废水中含有大量的植物蛋白、淀粉、糖类、磷化合物和悬浮物，毒性一般。废水处理工程于2018 年建成投产，目前运行稳定，效果良好。

废水处理规模Qd为1 000 m3∕d，Qh=41.7 m3∕h。设计水质见表1。该废水特点是COD、BOD5、TN 和TP 浓度高，特别是TP远高于一般的食品废水，处理出水需满足《山东省南水北调沿线水污染排放标准》即（DB 37∕599—2006）一般保护区域标准及修改单要求。

表1 设计进水水质和排放要求Table 1 Design influent and effluent quality

2 废水处理工艺设计及主要构筑物和设备参数

2.1 废水处理工艺设计

废水处理采用“UASB+A∕O+絮凝沉淀”深度处理组合工艺，具体见图1。

图1 废水处理工艺流程Fig.1 Flow chart of waste water treatment process

水中悬浮物浓度较高，但颗粒粒径小，进集液池前只设一道人工清理粗格栅。该工艺流程相对简单，占地面积少，且对水质、水量波动的适应性较好，厌氧采用的UASB 工艺为第二代厌氧反应器，技术成熟，能耗较低〔5-6〕，好氧曝气（O 池）采用“射流器”，氧的利用率高。

2.2 主要构筑物及设备参数

（1）集液池。主要功能是收集、存储各车间排放的废水并进行提升。构筑物为1座地下式钢砼结构，外观尺寸L×W×H=11.0 m×5.0 m×4.3 m，池体V有效=110 m3，V总=236.5 m3；HRT 为2.6 h；设置提升泵（上海凯泉，80WQ∕D261-3.0）2 台，1 用1 备，流量Q=45 m3∕h，扬程H=13 m。

（2）初沉池。采用絮凝平流式，主要功能是去除废水中的悬浮物、漂浮物等颗粒物质，满足UASB 对进水水质的要求。构筑物为1 座平流式半地上式钢砼结构，池体尺寸L×W×H=24.4 m×4.0 m×9.0 m，容积V有效=480 m3，V总=878 m3，表面负荷为0.43 m3∕（m2·h），有效水深为5.0m，HRT=17.8h；配置2套PAC和PAM制备及计量投加系统（PE 材质），PAC 和PAM的投加量为1.0 kg∕t 和0.002 kg∕t；采用污泥斗重力排泥，配置4 套山东海知环境科技有限公司PN-I 重力式排泥系统（PVC-U 材质）排泥系统。

（3）对角线调节池。主要功能是均衡水量和水质。构筑物为1 座半地上式钢砼结构，池体尺寸L×W×H=24.4 m×5.0 m×9.0 m；HRT=24 h，池体V有效=1 000 m3，V总=1 098 m3；配置提升泵2 台（上海凯泉，WL2155-251），1用1备，流量Q=45 m3∕h，扬程H=13 m。

（4）UASB 池。主要功能是利用厌氧微生物降解有机物。构筑物为1座4格半地上式钢砼结构，池体尺寸L×W×H=12.0 m×9.0 m×11.0 m，池体V有效=4 536 m3，V总=4 752 m3；COD 容积负荷为2.05 kg∕（m3·d），HRT为4.5 d（即108 h）；配置8 套点对点布水器（SUS304材质），均匀布水、防止堵塞；4 套SXF-Ⅰ三相分离器（SUS304 材质，板厚4 mm）；4 套PN-Ⅰ排泥系统；水封器（SUS304 材质，板厚4 mm）1 套，尺寸D×H=600 mm×1 500 mm 水封沼气，防止回火；1 套脱硫罐（SUS304 材质），尺寸D×H=600 mm×1 500 mm；换热装置1 套，将废水温度升到35～38 ℃。

（5）中间沉淀池。主要功能是沉淀UASB 出水中的絮状体。构筑物为1 座半地上式钢砼结构，池体尺寸L×W×H=20.0 m×4.0 m×9.5 m，有效水深5.0 m，V总=760 m3，V有效=400 m3；沉淀时间为9.6 h；表面负荷为0.53 m3∕（m2·h）；配置2 台厌氧污泥回流泵（上海凯泉L2155-251），1 用1 备，流量Q=45 m3∕h，扬程H=13 m。

（6）缺氧池∕射流曝气池（A∕O）。缺氧池主要功能是接收回流的硝化液，完成反硝化脱氮。构筑物为1 座2 格半地上式钢砼结构，单格尺寸L×W×H=4.5 m×9.0 m×8.0 m，V有效=600 m3，HRT=14.4 h；配置2套BS-I 点对点布水器（SUS304 材质）。好氧池主要功能是利用池内活性污泥进一步降解有机物。构筑物为1 座2 格半地上式钢砼结构，单格尺寸L×W×H=15.1 m×9.0 m×8.0 m，V有效=2 000 m3，HRT=48 h，COD容积负荷为0.26 kg∕（m3·d）；气水比为15∶1，配置SL-Ⅱ射流曝气专用喷嘴24 支，氧利用率为30%，射流泵4 台（上海凯泉，LW2260-429），三叶罗茨鼓风机2 台（中国川源，GRB-125A），硝化液回流泵2 台（上海凯泉，LW2260-429）。

（7）二沉池。主要功能是沉淀好氧池出水中的悬浮物。构筑物为1 座半地上平流式钢砼结构，池体尺寸L×W×H=20.0 m×4.0 m×8.0 m，有效水深为4.5 m，V有效=360 m3，V总=640 m3；表面负荷为0.53 m3∕（m2·h）；配置1 套PBX-4.0 桁架式刮吸泥机，行走速度为1.0 m∕min；2台好氧污泥回流泵（上海凯泉，80WQ∕D261-3.0），1 用1 备。

（8）终沉池。主要功能有2 个：一是对沉淀的污泥起到一定的浓缩作用，为活性污泥曝气池提供回流污泥；二是在此投加除磷剂，进一步去除污水中的磷，投加药剂为聚合氯化铝（PAC）和聚合硫酸铁（PFS），投加量分别为0.2 kg∕t 和0.05 kg∕t；构筑物为1座地上式钢砼结构，池体尺寸L×W×H=20.0 m×4.0 m×7.0 m，V有效=512 m3，V总=560 m3，有效水深6.4 m；表面负荷为0.525 m3∕（m2·h），HRT=12 h；配套2 套除磷剂投加系统、1 套PBX-4.0 桁架式刮吸泥机、2 台排泥泵（1 用1 备，上海凯泉80WQ∕D261-3.0）。

（9）污泥浓缩池。主要功能是对污泥进行浓缩，去除一部分污泥颗粒间隙水（游离水，已达到减容和降低含水率目的。构筑物为1 座半地上式钢砼结构，池体尺寸L×W×H=14.0 m×7.0 m×5.0 m，V总=490 m3，V有效=100 m3；污泥浓缩时间为12 h。

（10）叠螺污泥脱水机。主要功能是进一步降低经过浓缩后的污泥含水率，形成泥饼（含水率≤80%）外运处置利用。配置2 台叠螺污泥脱水机（山东海知环境科技有限公司，LR-303），外形尺寸2 060 m×1 420 m×1 140 mm，脱水（绝干）能力90～150 kg∕h，固体回收率≥95%。

3 废水处理工程运行效果及成本

3.1 运行效果

该废水处理工程已经运行2 年多，效果良好且稳定，处理效果见表2。

表2 处理工程运行效果Table 2 The project’s treatment effects mg∕L

从运行效果看，该工程设计最主要的特点有以下5 个：

（1）初沉池设计为絮凝式沉淀池，并置于调节池之前。由于该废水含有高浓度的细小悬浮物，必须在进入UASB 之前进行部分去除，以达到后续UASB 的进水要求，因此，在初沉池处设置絮凝剂（PAC、PAM）投加系统，SS 去除率为94.7%。如果初沉池置于调节池后，则调节池内需安装曝气搅拌等设施，以防止废水高浓度SS 发生沉积，这样会增加较多动力消耗，可见将其置于调节池之前属于系统节能设计。

（2）UASB 设计超长水力停留时间，采用点对点布水系统，有机物去除效率高。该单元HRT 为4.5 d，布水均匀，运行稳定，COD 和BOD5去除率分别达到94.3%和89.1%。

（3）A 池、O 池均设计超长HRT，分别为14.4 h 和48 h，总HRT 为62.4 h，而室外排水设计规范（2016）推荐A∕O 系统总HRT 为8～16 h，其中A 池为0.5～3 h；好氧池采用射流曝气，由于前构筑物UASB 有较高的有机物去除率，调试中发现A 池反硝化脱氮碳源不足，改进方法是引入200 m3原废水进入A 池作为外加补充碳源，很好地解决了碳源不足问题；二沉池水力负荷较低为0.53 m3∕（m2·h），而室外排水设计规范（2016）建议活性污泥法后该值一般为1.0～1.5 m3∕（m2·h），由于针对具体水质设计了较优的工艺参数，因此该单元BOD5和NH3-N 去除率较高，分别达到95.4%和99.4%。

（4）二沉池之后设计了絮凝式终沉池，实现TP 达标，TP去除率为99.0%，同时可保证出水SS稳定达标。

（5）污泥脱水设备采用叠螺污泥脱水机，设备节能，处理负荷大，但污泥含水率一般在80%左右，对于污泥含水率要求高的工程，需配套其他设备进一步脱水。

3.2 建设及处理成本

工程总投资为938.35万元，其中土建部分投资为603.94 万元，工艺设备及安装工程投资为334.41 万元。废水处理成本电费为1.23 元∕m3，人员工资0.4元∕m3，药剂费1.25元∕m3，总处理成本为2.88元∕m3。

4 结语

从工程设计、建设与运行的实践看，工艺参数设计应根据具体水质和建设场地条件灵活考虑，不应局限于设计规范推荐的参数值。本工程废水属于高COD、高氮磷、高SS 的水质，主要构筑物设计为超长的水力停留时间和较低的水力负荷、容积负荷，能确保较高的污染物去除率，实现稳定达标和较低的运行成本，出水水质稳定优于排放标准。