陳藝敏，袁水發(fā)

(1.漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院石油化工學(xué)院，福建漳州 363000；2.漳州博源環(huán)保工程有限公司，福建漳州 363000)

0 引言

隨著我國(guó)漁業(yè)的迅速發(fā)展，我國(guó)已成為世界上主要的水產(chǎn)品生產(chǎn)國(guó)，水產(chǎn)品產(chǎn)量連續(xù)32年居世界首位，水產(chǎn)加工業(yè)也隨之發(fā)展壯大.水產(chǎn)品加工業(yè)是高耗水行業(yè)，在水產(chǎn)品的清洗、浸泡、蒸煮等過(guò)程中產(chǎn)生大量的廢水.由于水產(chǎn)加工廢水具有水質(zhì)波動(dòng)大，懸浮物多，有機(jī)物含量高，氨氮、總磷濃度高，水溫低生化降解速度慢等特點(diǎn)[1-2]，處理較為困難.如果直接排放會(huì)導(dǎo)致水體水質(zhì)惡化，甚至威脅到人體健康[3].為了使水產(chǎn)加工廢水能夠達(dá)標(biāo)排放，不少學(xué)者采用了以生物處理為核心，聯(lián)合應(yīng)用隔油、氣浮和混凝沉淀等多種物理化學(xué)方法，取得了較好的處理效果[4-8].然而，對(duì)于氨氮濃度較高的水產(chǎn)廢水，當(dāng)水溫較低時(shí)，特別是冬季，溫度是制約污水生物脫氮效率的主要因素.溫度既刺激含硝酸鹽沉積物氧呼吸，創(chuàng)造厭氧條件，也刺激微生物光合活性，提供反硝化所需的有機(jī)碳[9].有研究發(fā)現(xiàn)溫度升高到25 ℃時(shí)，短程硝化反硝化效果最好，氨氮去除率達(dá)到95.7%；而當(dāng)溫度降至15 ℃以下，硝化類(lèi)型轉(zhuǎn)變?yōu)槿滔趸?，總氮去除率僅為20.8%[10].為提高生物脫氮的效率，本項(xiàng)目利用廠內(nèi)鍋爐蒸汽余熱來(lái)提高水溫保證生物脫硝的效率，以隔油氣浮為一級(jí)處理，以去除有機(jī)物同時(shí)脫氮除磷的A2/O工藝為二級(jí)處理，最后混凝沉淀為三級(jí)處理，保證出水水質(zhì)達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn).項(xiàng)目的順利運(yùn)行將為同類(lèi)型的水產(chǎn)加工企業(yè)廢水治理提供參考和借鑒.

1 廢水來(lái)源及水量水質(zhì)

某水產(chǎn)加工有限公司主要加工產(chǎn)品以蝦、魚(yú)為主，年產(chǎn)水產(chǎn)品罐頭約500 t.廢水主要來(lái)源于生產(chǎn)過(guò)程中原材料的去頭清洗廢水、蒸煮廢水以及設(shè)備、容器的沖洗廢水.這類(lèi)廢水懸浮物多、有機(jī)物含量高、氨氮含量高，而且由于水產(chǎn)加工生產(chǎn)中使用多聚磷酸鹽，使得水中磷的濃度也大大增加.工程進(jìn)水水量設(shè)計(jì)為50 t/d，設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)如表1所示，設(shè)計(jì)出水水質(zhì)達(dá)到GB8978-1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》表4中的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn).水質(zhì)的檢測(cè)方法見(jiàn)表2.根據(jù)水產(chǎn)加工廢水水質(zhì)情況以及環(huán)保排放要求，污水處理工藝的設(shè)計(jì)采用物理、化學(xué)與生物處理相結(jié)合的方式，既要考慮對(duì)有機(jī)物的去除效率，又要保證脫氮除磷的效果.在確定工藝方案過(guò)程中，將遵循以下原則：

(1)嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家環(huán)境保護(hù)的有關(guān)要求，確保系統(tǒng)各項(xiàng)出水指標(biāo)達(dá)到國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn).

(2)所選工藝必須先進(jìn)、成熟、運(yùn)行穩(wěn)定，對(duì)水質(zhì)水量變化適應(yīng)能力強(qiáng)，并對(duì)污水冬季溫度采取相應(yīng)措施，以保證出水水質(zhì)達(dá)到設(shè)計(jì)排放標(biāo)準(zhǔn).

(3)所選工藝應(yīng)盡可能減少基建投資和運(yùn)行費(fèi)用，節(jié)省占地面積和降低能耗.

(4)所選工藝應(yīng)最大程度地減少對(duì)周?chē)h(huán)境的不良影響(臭味、噪聲等).

設(shè)計(jì)主要參考依據(jù)包括《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》(2016年版，GB50014-2006)《給排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GB50268-2008)等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范.

2 工程設(shè)計(jì)

2.1 工藝比選

目前國(guó)內(nèi)外水產(chǎn)加工廢水的生物處理工藝主要采用UASB、SBR、接觸氧化、A/O和A2/O等方法中的一種或幾種的組合，如厭氧膜生物反應(yīng)器+恒水位SBR[1]，厭氧脈沖反應(yīng)器+A/O工藝[11]、UASB+接觸氧化+MBR[12]和水解酸化+接觸氧化法[13]等.生物組合工藝處理效果好，但是處理流程長(zhǎng)、基建費(fèi)用高、設(shè)備多和運(yùn)營(yíng)管理麻煩，而該工程日處理量較小，基于成本考慮應(yīng)盡可能選擇單一生物法.由于該水產(chǎn)加工廢水的可生化性較好，有機(jī)物濃度、氨氮和總磷的濃度高，為保證達(dá)標(biāo)排放，處理工藝必須能夠有效地去除有機(jī)物、氨氮和總磷.在常見(jiàn)的幾種生物處理工藝中，A2/O工藝可被稱(chēng)為最簡(jiǎn)單的同步脫氮除磷工藝，總水力停留時(shí)間少于其他類(lèi)似工藝，沒(méi)有污泥膨脹的問(wèn)題，而且投資少，運(yùn)行費(fèi)用低，工藝成熟完善.相比A/O法，A2/O工藝在缺氧池前面增加了厭氧池，利用厭氧菌的作用使有機(jī)物發(fā)生水解酸化，在去除有機(jī)物的同時(shí)可以提高污水的可生化性，脫氮除磷效果更優(yōu).A2/O工藝已被用于處理水產(chǎn)加工廢水，并且取得較好的效果[2,5,14].因此，綜合考慮各種生物處理法后，選擇A2/O工藝作為主要的處理工藝.

2.2 廢水處理工藝流程

來(lái)自某水產(chǎn)加工企業(yè)廠區(qū)的生產(chǎn)和生活污水主要經(jīng)過(guò)細(xì)格柵—隔油池—?dú)飧〕亍{(diào)節(jié)池—A2/O池—二沉池—混凝沉淀池處理后達(dá)標(biāo)排放，工藝流程見(jiàn)圖1.

圖1 廢水處理工藝流程圖Fig.1 Flow chart of wastewater treatment process

由于進(jìn)水的水量和水質(zhì)波動(dòng)較大，水中的動(dòng)植物油脂、懸浮物質(zhì)較多，為減輕后續(xù)生物處理的負(fù)擔(dān)，采用“隔油—?dú)飧　{(diào)節(jié)”作為一級(jí)處理.隔油池主要去除漂浮在水面的有機(jī)物并回收利用，同時(shí)為防止冬季水溫較低對(duì)后續(xù)生化過(guò)程的影響，在隔油池中引入蒸煮鍋爐的蒸汽將水溫控制在25 ℃左右.氣浮池可去除大部分懸浮物，當(dāng)水中污染物較多時(shí)可開(kāi)啟堿、聚合氯化鋁(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)加藥系統(tǒng)，利用混凝沉淀進(jìn)一步去除懸浮物質(zhì).調(diào)節(jié)池主要功能為調(diào)節(jié)水量水質(zhì)，池中裝有鼓風(fēng)裝置，可起到預(yù)曝氣的作用，增加水中的溶解氧量.“A2/O池—二沉池”作為二級(jí)處理，A2/O池包括厭氧池、缺氧池和好氧池.在厭氧池中，原污水與外循環(huán)從二沉池送來(lái)的含磷回流污泥同步進(jìn)入，聚磷菌釋放磷，同時(shí)部分有機(jī)物被分解；在缺氧池中，內(nèi)循環(huán)從好氧池送來(lái)硝態(tài)氮，主要進(jìn)行反硝化脫氮；在好氧池中去除有機(jī)物，進(jìn)行硝化反應(yīng)，同時(shí)聚磷菌吸收磷，再通過(guò)排出剩余污泥可達(dá)到生物除磷的目的.污水在二沉池內(nèi)進(jìn)行泥水分離，部分污泥回流至厭氧池，剩余污泥被排出，上清液流入混凝沉淀池.“混凝沉淀池”為三級(jí)處理，通過(guò)加入石灰、PAC和助凝劑PAM，進(jìn)一步去除磷和水中其他雜質(zhì)，使出水可達(dá)標(biāo)排放.處理系統(tǒng)排出的剩余污泥先進(jìn)入污泥濃縮池，依靠重力沉淀作用進(jìn)行泥水分離，然后加陽(yáng)離子PAM改善污泥的脫水性能，再用疊螺機(jī)脫水，脫水后泥餅外運(yùn)處置.

2.3 主要處理單元及設(shè)計(jì)參數(shù)

本工程主要構(gòu)筑物包括格柵、隔油池、氣浮池、調(diào)節(jié)池、A2/O池、豎流式二沉池、混凝沉淀池(斜管沉淀池)，設(shè)計(jì)參數(shù)及規(guī)格詳見(jiàn)表3.主要設(shè)備包括污水提升泵2臺(tái)、污泥回流泵2臺(tái)、排泥泵2臺(tái)、鼓風(fēng)機(jī)2臺(tái)、加藥泵3臺(tái)、微孔曝氣器30套和疊螺機(jī)1臺(tái).

3 工程運(yùn)行

3.1 運(yùn)行效果

廠區(qū)的生產(chǎn)和生活廢水經(jīng)管網(wǎng)收集后進(jìn)入污水處理系統(tǒng)，在進(jìn)水口測(cè)得污水的化學(xué)需氧量(CODCr)為2 375 mg/L，5日生化需氧量(BOD5)980 mg/L，氨氮(NH3-N)93.6 mg/L，總磷(TP)12.3 mg/L.可見(jiàn)該污水有機(jī)物濃度高，氨氮濃度高，經(jīng)過(guò)一級(jí)處理后可去除約50%的有機(jī)物，以及部分氨氮和總磷.但是當(dāng)污水進(jìn)入生化處理階段時(shí)，污水中的固體和膠體蛋白水解氨化釋放出氨氮，使得氨氮濃度反而會(huì)升高[14].因此為提高A2/O法脫硝的效率，本工程一方面利用鍋爐蒸汽將水溫調(diào)節(jié)至15～35 ℃以保證短程硝化反硝化的效果，一方面加強(qiáng)對(duì)耐鹽硝化菌的培養(yǎng)與馴化，采用鹽梯度馴化和氨氮濃度逐步提高的培養(yǎng)方法[15-16].生物排泥除磷的效率一般不超過(guò)70%，且A2/O工藝為保證脫硝，往往除磷效果不太好.為保證出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，在生物池之后的混凝沉淀池中加入石灰和混凝劑進(jìn)行生化除磷.石灰與污水中的磷酸鹽反應(yīng)，生成難溶的含磷化合物，在混凝劑的作用下變?yōu)榇蟮男跄w從污水中沉淀下來(lái)，達(dá)到除磷的目的.鋁離子與水中的磷酸根離子反應(yīng)生成磷酸鋁沉淀，同時(shí)鋁鹽在水中水解生成羥基絡(luò)合物并帶正電，與水中負(fù)電荷物質(zhì)中和，加快膠體脫穩(wěn)[17].斜管沉淀池具有處理效果好、停留時(shí)間短、占地面積小的特點(diǎn)，在絮凝區(qū)中投加高分子絮凝劑有助于顆粒聚結(jié)沉淀，斜管沉淀區(qū)能夠進(jìn)一步沉淀分離出水中的細(xì)小雜質(zhì)顆粒[18].最終在出水口測(cè)得化學(xué)CODCr濃度為75 mg/L，BOD5濃度為15 mg/L，NH3-N濃度為10 mg/L，TP濃度為0.43 mg/L，去除率分別為96.8%、98.5%、89.3%和96.5%，達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》表4中的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn).

3.2 成本分析

本項(xiàng)目污水處理費(fèi)用約為5元/t，運(yùn)行成本主要包括電費(fèi)、人工費(fèi)用和藥劑費(fèi)用，其中電費(fèi)占了運(yùn)行成本的一半以上，主要耗電設(shè)備包括鼓風(fēng)機(jī)、曝氣機(jī)和回流泵.因此為降低污水處理成本，在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中應(yīng)通過(guò)精細(xì)化管理來(lái)減少工程用電量.例如，在曝氣調(diào)節(jié)池和好氧池增加在線溶解氧儀嚴(yán)格控制曝氣量，可以節(jié)約運(yùn)行的電費(fèi).通過(guò)減少氣浮刮渣機(jī)和刮泥機(jī)的運(yùn)行時(shí)間也可以有效減少耗電量.

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)某水產(chǎn)加工企業(yè)廢水水溫低、懸浮物多、有機(jī)物含量高、氨氮和總磷含量高的特點(diǎn)，選用“隔油氣浮-A2/O-混凝沉淀”工藝進(jìn)行處理.工程運(yùn)行中通過(guò)鍋爐蒸汽提高水溫和馴化耐鹽硝化菌的方法，提高短程硝化反硝化的效率，以保證出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo).工程運(yùn)行結(jié)果表明，該工藝對(duì)污水中的CODCr、BOD5、NH3-N和TP的去除率分別達(dá)到96.8%、98.5%、89.3%和96.5%，出水水質(zhì)達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn).本工程的穩(wěn)定運(yùn)行為小型水產(chǎn)加工企業(yè)廢水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了有益的參考和借鑒.

然而工程運(yùn)行中也存在一些問(wèn)題，一是受到泥齡、碳源競(jìng)爭(zhēng)、回流污泥中溶解氧和硝酸鹽氮等因素的限制，A2/O工藝的生化除磷效果不太理想，必須在三級(jí)處理中采用化學(xué)除磷的方法才能保證出水總磷達(dá)標(biāo)排放.二是由于工程日處理污水量較少(50 t/d)，每噸污水處理費(fèi)用較高，而電費(fèi)成為影響工程運(yùn)行成本十分重要的部分.為了減少運(yùn)營(yíng)成本，工程一方面應(yīng)該在混凝沉淀池增加總磷的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)備和自動(dòng)加藥設(shè)備，由系統(tǒng)根據(jù)污水中總磷量自動(dòng)調(diào)整加藥量以節(jié)約藥品的用量；另一方面工程應(yīng)該通過(guò)精細(xì)化運(yùn)營(yíng)管理來(lái)降低電耗，減少污水的處理費(fèi)用.