乳业废水脱磷效率提升实践

2023-02-14雷成军杨瑞仙马五一袁光文

中国乳业 2023年1期

关键词：氧池沉池磷酸盐

雷成军，杨瑞仙，马五一，丛飞，袁光文

1 新希望乳业股份有限公司，四川成都 610000

2 云南碧溪环保科技有限公司，云南昆明 650214

3 宁夏夏进乳业集团有限公司，宁夏吴忠 751100

4 安徽白帝乳业有限公司，安徽合肥 231600

0 引言

废牛奶（清洗管路和设备）是乳业废水的主要来源之一，牛奶中每100 mL通常含有总磷约90 mg，因此乳业废水含磷偏高。乳业废水在处理过程中通常需要进行化学脱磷才能达到排放标准。目前通常利用气浮机或絮凝沉淀池进行化学脱磷剂的投加，脱磷药剂与污水充分混合后，可使磷酸根与脱磷药剂形成难溶于水的磷酸盐凝固沉淀物，达到减少废水中磷含量的目的。

在脱磷过程中，大量容积性的磷酸根不但可以形成难溶于水的絮凝物，同时废水中的大量可溶解性固体及细小悬浮物絮凝也可以沉淀析出，因此污泥产生量较大。污泥通过污泥浓缩池收集浓缩后，利用压泥机压榨去除，但存在污泥产量大、药剂使用量高、劳动强度大、运行费用高以及药剂反应时间短、混合不充分，药剂利用率低、脱磷效果不稳定等问题。

因此寻找到一个降低脱磷药剂量及污泥产生量，提升脱磷运行稳定性的方法，在乳业废水脱磷控制中具有非常必重要的现实意义。

1 化学脱磷原理

1.1 铝-磷酸盐凝聚法

在采用铝-磷酸盐凝聚法进行脱磷时，一般都会用到PAC（聚合氯化铝）[Al2（OH）nCl6-n]（n为1-5）]或Al2（SO4）318H2O4，而三价铝作为一种生物惰性金属，有利于沉淀物的形成，且在形成AlPO4沉淀物的同时会伴随着大量Al（OH）3絮体的生成[2]。

1.2 铁-磷酸盐凝聚法

在采用铁-磷酸盐凝聚法进行脱磷时，一般都会使用3 种材料：FeClSO4、FeCl3、Fe2（SO4）3。当磷酸盐和三价铁进行化学反应时，会得到难溶的磷酸铁[1]。

铝盐除磷的原理一般认为是当铝盐分散于水体时，一方面Al3+与PO3-反应，形成AlPO4沉淀物。另一方面，Al3+首先水解生成单核络合物Al（OH）2+及AlO-2等，单核络合物通过碰撞进一步缩合，进而形成一系列多核络合物Aln（OH）m（3n－m）＋（n＞1，m≤3n），这些铝的多核络合物往往具有较高的正电荷和比表面积，能迅速吸附水体中带负电荷的杂质，中和胶体电荷，促进胶体和悬浮物等的快速脱磷、凝聚和沉淀，进一步减少水中的悬浮物，表现出良好的除磷效果[3]。

2 牧场实际情况

某乳业公司使用混凝沉淀池进行脱磷。

具体步骤：二沉池排水进入混合池，混合池安装机械搅拌；利用计量泵投加约10%含量的PAC溶液到混合池，与二沉池排水进行混合反应后自流到协管沉淀池沉淀；上清液排放，沉淀污泥（脱磷污泥）排入污泥浓缩池压榨脱水处置。

在实际运行过程中，具有污泥量较多、药剂消耗大、排放总磷不稳定的问题。

3 解决方法

（1）聚合氯化铝水解生产微溶氢氧化铝沉淀，与PO3-反应需要充分的混合及充足的反应时间[4]。脱磷污泥中还有大量的氢氧化铝Al（OH）3没有被利用。

（2）在好氧池二次基质过多影响排放时，实践中在曝气过程也会通过投加混凝剂（PAC或PAM）达到去除二次基质的效果，说明好氧池是可以适当投加混凝剂的。而PAC本身就是良好的混凝剂，是可以适当投加到好氧池的。

（3）针对以上情况，通过好氧池进水口回流脱磷污泥[含有大量的氢氧化铝Al（OH）3]进行再次利用，提升脱磷药剂PAC的利用率，对减少药剂消耗具有一定的可行性。

（4）决定将斜板沉淀池脱磷污泥管道增加旁通进入好氧池进水口；好氧池污泥增加再排放到污泥浓缩池进行压榨处理；运行1个月后将药剂量减半，每日检测排放口总磷数据。

（5）总磷含量：钼氨酸分光光度法；污水流量：漩涡流量计。

4 结果与讨论

表1是3个月的数据对比表。从表1可以看出，在水量变化不显著的情况下，通过脱磷污泥回好氧池，不改变药剂投加量的情况下，出水总磷由1月均值3.27 mg/L下降到2月均值1.17 mg/L，效果非常显著；同时在第3个月药剂量减半的情况下，排水均值也能够达到1.66 mg/L。

表1 3个月的数据对比

第1个月污泥压榨总量为168 吨，第2个月污泥压榨总量为113 吨，第3个月污泥压榨总量为64 吨；从第1个月到第3个月，污泥总量下降61.90%，污泥减少效果显著。原因是添加了絮凝剂导致好氧池污泥量（生物量）大幅增加，好氧池保持了较高的污泥浓度。脱磷污泥在好氧系统进一步分解减少，使得整个污水系统的污泥量显著减少。

第1个月出水总氮在15~30mg/L之间，均值为21.47 mg/L；第2个月总氮在10~25 mg/L之间，均值为15.53 mg/L；第3个月总氮在8~19 mg/L之间，均值为12.38 mg/L，第1个月到第3个月总氮下降幅度为42.34%，非常显著。以上数据说明好氧污泥量的增加对总氮的去除具有显著的促进作用。原因分析是因为好氧池投加了大量的絮凝剂，使得好氧池生物量大幅度增加，因此好氧池氧气利用率得到大幅度提升。同时在反硝化脱氮的过程中，因为生物量大幅度增加，相同条件下脱氮效率与生物量呈正相关。而因为生物量大幅度增加，脱氮效率也大幅度增加，总氮下降显著[5]。

第1个月二沉池排水COD均值为43.89 mg/L，第2个月为22.37 mg/L，第3个月为26.58 mg/L，说明脱磷污泥进好氧系统排水COD的下降有显著的促进作用。原因是废水中有大量的可溶性有机物，通过絮凝剂混凝后从水体中析出（成为污泥），导致二沉池出水非常清澈。废水中含有的可溶性有机物大量减少，因此二沉池出水COD也显著降低。

在水量变化不显著的情况下，通过脱磷污泥回好氧池，不改变药剂投加量的情况下，出水总磷由第1个月均值3.27 mg/L下降到第2个月均值1.17 mg/L，效果非常显著；同时在第3个月药剂量减半的情况下，排水均值也能够达到1.66 mg/L。原因是脱磷污泥中含有的大量Al（OH）2+及AlO2-等在曝气过程中与废水进行充分且长时间的混合接触反应，大幅度提升了Al（OH）2+及AlO2-等利用率（也就是大幅度提升了PAC的利用率）。