含油食品加工废水处理工程方案设计研究

2022-03-23陆煜云

皮革制作与环保科技 2022年21期

陆煜云

（上海东方泵业（集团）有限公司，上海 201900）

在食品生产加工过程中会产生一定量的含油废水，如果不对其进行处理就直接排放，会造成极为严重的污染。根据环保“三同时”的要求，所有废水必须治理达标才能排放，生产企业必须对含油废水进行有效处理，实现经济与环保的协调发展。本文结合现有工业基础和学术背景，通过相应的工程经验，对含油食品加工的废水处理工程进行方案设计与研究，为含油废水处理工作的开展提供参考和借鉴。

1 含油乳化废水的生态毒性

1.1 危害人类健康

高浓度的含油乳化废液中包括油性物、乳化物（表面活性剂)、亚硝酸钠和它的分解物质。上述可分解物质中存在许多具有生物毒性的物质和致癌物质，如多溴联苯类、多环芳烃等。上述化学物质在水域中被水生动植物附着、吸引、摄取、同化、富集，从而引起水生动植物发生畸变，并通过食物链进入人体，引发肠、胃、肝脏、肾脏等组织产生病变，严重影响人类身体健康[1]。

1.2 危害水生动植物生长

油性化合物和表面活性剂等化合物在自然水域中极易扩散成膜并覆盖在水体表层，阻止了空气中的氧气直接溶于水面，进而造成水域严重缺氧，水生动物大批死亡，并产生恶臭气味，同时还会妨碍水面绿色植物的光合作用，属于典型的高浓度有机合成污染物，且是无法进行生物降解的有机合成污染物。水域中油浓度超过0.01 g/L，就会使鱼类因特异臭味而无法进食，油膜还会附着在鱼缌上，使鱼呼吸困难，窒息而死；在含油及乳化废液的水域中培育的鱼种，多数会出现畸形生长，且死亡率高[2]。

1.3 破坏水体景观

含油废液及乳化废液中存在挥发性有机物，它们在各种自然因素影响下，一些组分及其降解物也会挥发进入大气，从而危害和毒化水体及其附近的大气环境，并借助风力影响，使污染区域扩大。含油废液及乳化废液在水域中会相互聚集形成油团，或在水面上产生油脂疙瘩，堆积在岸边、港口、风景区内，气味刺鼻且无法天然分解，破坏自然景观。

1.4 危害农田作物

油类化合物可吸附于粮食作物根部，如果用含油乳化废液浇灌耕地，会使泥土油质化，严重危害粮食作物对营养的吸收，从而造成粮食作物减产乃至枯死。所以，含油污水处理对保护国家自然资源、保护生态平衡，推动经济社会发展都有重要意义。

2 含油废水常用处理技术

通常情况下，在处置含油城市污水时首先要进行初步的油水分离处理，然后采取提高水油密度差异的方法，提高油水分离效率，这时需要加入适量的PAC与PAM，以实现水泥结合和絮化的充分反应。这个处置流程，不但能够在较大程度上避免油品处置设备发生拥堵等情况，还能够让每个处置设备都充分发挥其除油的功效。当含油污水达到有效组合气浮状态时，大部分的重油、SS（S释水系数)就开始从含油污水中排出，这时需要进一步检查水的品质，如果饮用水品质仍然不能满足有关规定标准，就需要使用石英砂过滤罐或活性炭过滤罐对水资源实施筛选处置。当确认水资源质量达到了有关的规定标准以后，才可以对其实施污染处置[3]。

2.1 破乳处理

微细的油珠散于水面，产生水油乳化液。由于乳化液的油珠很细，其外面的界膜也产生了电荷效应，在油珠外面产生了双电层，使油珠互相排挤而很难互相接近。所以，为了将油水界面张力分开，就必须要打破油珠的界膜使油珠彼此靠近，或聚合形成一大滴油珠并浮在表面，这一过程被称为破乳，常见的破乳方式有高压电场法、药剂法、离心法、超筛法等。（1）高压电场法是指通过电荷力对乳液微粒的吸附和排斥作用，使细小的油粒在运动中相互撞击，进而通过打破其单水化层的双电层结合，使细小油粒集中成大的油粒和浮升的表层，达到将油水表层张力分层的目的。高压输电线则可选用交、直流驱动的双脉冲供电方法[4]。但这种方法在生产设备含油加工时应用的很少，主要是由于该法对机械设备要求较高，而加工效率比较一般。（2）药剂破乳法是指在都市污泥中投加破乳剂，以破坏油珠表面的水化层，或减少双电层，使油珠的凝聚物容积增大而与都市污泥分离。（3）聚合法是在污水中投加絮凝剂，通过絮凝材料的架桥效应，使小微粒与油珠融为一体形成凝聚体。（4）酸化法是在污水中投用硫酸、盐酸、或环烷酸等，破坏乳化液油珠的边界层，使单不饱和脂肪酸皂化为多种脂类并分离，这种方法需要在环境中改变pH值，而且药物消耗也比较大。（5）离心法是指运用离心力机的离心力，使油水分开，离心力机一般包括卧式和立式两种，在离心力的直接影响下，液相从离心力机的最外层排出，油相则从离心力机的内层排出。离心法的技术原理较为复杂，该法广泛应用于高油量污染物的预处理，如油田、印染工业废水等。（6）超筛法是一个物理破乳方法，主要是对乳化油生产污泥使用了超滤膜过滤器，利用超滤膜口径比油珠口径更小的特点，阻止流动，进而将比膜口径更大的油粒截留，实现隔离乳化油生产泥的目的。该方法对各种技术设施要求很高，投入较大，且预处理体系较复杂。

2.2 破乳后处理

乳化液经破乳除油后，还需再进行处理，主要目标是将破乳后的悬浮液与水泥砂浆分开，其处理方式及加工技术也很多。（1）重力分离法，是指一类通过油水密度差将两者分开的技术方法，该法可以去除60%以上的油粒，以及污水中的大多数固体微粒。实施重力分离法，较普遍的做法是使用隔水池，其利用油比水轻的特点，使油污分散在水中并去除，隔水池一般也用来去除浮油以及破乳后的乳化油。隔水池的种类相当多，有平流型隔水池、平行板式隔水池、波纹型斜板隔水池，以及利用气压差的自动撇油装置等[5]。用这种方法去除浮油、分散油污，其性能较平稳且运行费用低廉，但装置占用面积较大。（2）气浮法是把一些微细空气，直接吸收在尚未除去的小微粒（油珠)上面，并借助空气自身的浮力将物质带出水面，从而达到脱离目的。由于室内空气的微泡通常是非极性材料所形成，可与疏水性的油紧密结合在一起，带着油滴一同提升，浮动速率可增加近千倍，油水分离效率特别好。目前使用的技术主要是加压式气浮工艺技术，这种技术由于电耗较小、技术简单、经济效益高，已被广泛应用于油田废物、石油化工废弃物、食品加工废弃物等的处置，工艺也更为完善。（3）吸收法是采用亲油性物质吸收水面的油气，最常用的吸附材料是活性碳，尽管活性碳具有良好的吸油功能，但吸收能力有限，同时活性碳材料昂贵，再生较困难，所以通常用于一般强度含油工业污泥的预处理过程及深层处置。（4）粗粒化法（聚结法）是通过添加大量粗细颗粒物的方法处理含油废气及工业废气，该法使污泥中的细油珠凝聚而形成更大粒径，以实现将油水表层张力扩散的目的[6]。在我国，该法也用于预处理，它可以分散油脂和乳化油。粗粒化除油设备有尺寸小、见效快、结构简单、不需要加药、投入较省的优势；不足之处是填充原料时易于堵塞，从而大大降低除油效果。（5）膜过滤法除油是指使用微孔膜截留油粒，其通常用来去除乳化油和溶解性油脂。过滤膜又可分成超滤膜、反渗透膜和复合滤膜。超滤膜在处理油粒较小的含油污水时，其除油效率较高。设备体积小，但机械投入高，且预处理条件较高。

3 处理方案的设计原则及系统构成

3.1 设计原则

（1)本方案严格遵守我国环保的各项规定，城市污水处理过程首先应当保持各种出水水质技术指标均符合我国污水排放标准条件。（2）本方案根据本工程项目的情况和特性，选用简便、成熟、安全、有效、经济合理的处置技术，以实现节约投入和高效运营管理的目的。（3)处理系统运转有适当的弹性和调节余地，以应对环境情况的变化。（4)方案力求控制、操作、维护简便，并充分考虑了运行安全性，以降低运营劳动强度。所选技术在国内外应为技术领先、质量有保证，且运行平稳可靠、管理水平较好、操作简单、保养维护成本较低、价位适当以及社会服务条件良好的产品。采购产品的公司，应当经过质量体系认证。（5)为提高处理过程的工作效率，设计应紧凑、科学、合理，降低施工造价，尽量减少占用建筑面积，并降低运行费用。（6)建筑设计优美、科学、合理，尽量减少噪音，并合理处置固体物质，完善水站设备和周边环境，尽量减少二次污染。

3.2 系统构成

（1）臭氧生物催化体系：通过臭氧发生器的催化，可使水中的大量高分子有机质被打散，降解成为小分子有机质，使之更便于进行生物反应，增加了可生化度。（2）生物厌氧状态水解体系：经过上面体系处理后的城市废水可以和生活废弃物一起进行生物厌氧处理，厌氧处理可分成生物降解阶段、酸化过程阶段和沼气化过程三个步骤，该方法只控制生物降解阶段，在低厌氧菌条件下，大量的厌氧细菌和聚磷菌可以增殖、代谢、溶解部分有机质，并将中分子有机质分解成小分子有机质，进而将其中的小分子有机质转变成可生物降解的有机质，因此增加了废水的可生化能力，同时也为后期去磷除氮工作做好了铺垫[7]。（3）好氧生化系统:经过充足的空中曝气，溶解性氧超过了2 mg/L，大批的好氧细菌增殖、代谢，以水中的有机质、氨化物、含磷化合物等为主要营养盐，产生大规模的氧化物质和分解物质等，从而使大部分污染水体变为超临界二氧化碳的水体，大大降低COD浓度，将大量有机氨转变成氢氨，并经由硝化菌的消化吸收成为NOx-N，为以后的脱硫工艺打下基础，同时由于细菌胶体的相互作用，使水体的漂浮微粒被絮凝形成了活性淤泥，使水体变清，SS减少[8]。（4）兼好氧生化系统：在反硝化细菌的影响下，将NOx-N还原成N，并从水体向外溢入大气，进而完成脱硫过程，消除淤泥中的有机质等，使污水得到净化，同时回收利用污水中的磷元素。（5)活性炭精滤技术：通过活性炭过滤可以滤除固体污染物和微粒，可以使主要的污染物指标均达到规定标准。（6）臭氧杀菌体系：通过臭氧曝气能够杀灭所有生物细菌，通过对水体的消毒处理，还能够把处理过的水用于减少港区的煤尘或作为清洗道路的压尘水再利用，以节省水资源，推动循环经济的发展。

4 工程设备主要设计参数

分离池与隔油池间共设六个游泳池，并联；总流动时长约20个月，以连续相的方式悬浮在水上，构成浮油或油层，浮油的颗径较大，通常超过100 HM；共设置四台浮撇油器，隔油能力为3.5 m3/h；集中游泳池和隔离池间的含油污水输送系统采用双螺杆泵，这样能够避免将油污乳化，降低处理困难；高效隔水池内置蜂窝斜板和纤维束过滤罐，构成有效的隔油体系；设计进水期限为4个月。当出现突发事件，且水量已超过设计能力时，虽经气浮技术处理但仍存在乳化油，则可使用砂滤装置。砂滤罐用石英砂作为填充物，加压入河水强行通过滤层，方便消除残留的油粒；并配备升温、曝气、预制混凝土和反冲装置；反冲污水排入集水池。

臭氧产生器为催化用氧源，是200 g/h的臭氧产物发生器。经喷流器和静态混合器后混入水，再经过一定时间的催化，以实现打散大分子有机物质的目的。厌氧态处理过程为6小时、有氧处理过程为8分钟、厌氧态处理过程为3小时，全部流程为重力流。池中投放的生态学菌种和生态学载体即为生化填料，使用了生炭球型的悬浮搅拌装填物，以达到生态学技术和工艺的要求。由于本工程项目应用了高负荷生物滤池处置法，滤床主要由滤材构成，高负载生物学滤池加工法使用了全新滤材:在φ形空心塑胶球内，用尼龙网包覆了生命科学载体等，使之在水面的比例大约小于1，并随着水和气体而上浮，生命科学载体内部则有一定的缝隙率，以确保生命科学滤材不会被污染。滤料为细菌繁衍栖息的理想场所，部分污染物中的污染物质和微生物菌群粘附在滤料表层，细菌群大量繁殖，很快会产生一道含有细菌的粘膜，被称为细菌层。生物层一般由细菌群（好氧、厌氧、兼氧)、真菌、原口哺乳动物、后生动物和部分肉眼可见的螺虫、昆虫的幼体等构成，是一种细菌生态系统。细菌层表面大部分为好氧和兼氧细菌，厚度约为2 mm。在生化池中装有曝气装置，“气水比”的差值经技术测试后为8:1，即可达到工艺要求的条件。