胶原蛋白肠衣废水处理工程实例分析

2022-03-21版权声明我要投稿

  摘要:本研究采用转鼓格栅、反应气浮和A/O生化工艺处理胶原蛋白肠衣废水。结果表明,当进水化学需氧量(COD)为900~1 100 mg/L,总氮(TN)为190~240 mg/L,氨氮(NN3-N)为150~200 mg/L,pH为6.5~8.5时,最终废水的COD、TN、NN3-N、pH等指标均能达到当地污水处理厂的接管标准。通过分析废水处理站的多年运行数据,本文掌握了该废水在20 ℃的脱氮速率,为类似工程提供设计参数。

  关键词:胶原蛋白肠衣废水;转鼓格栅;A/O生化反应;脱氮速率;

  某公司从事各类胶原蛋白肠衣的生产,产品应用于生产各式各样的香肠和其他肉类产品,年产量为1 200 t。产品加工中产生的废水主要来源于产品原料清洗、设备器具洗涤等工序。生产过程中,废水呈间歇排放,水质、水量不均匀,并且受季节影响较大,夏季为淡季,冬季为旺季。水中较难处理的因子是总氮。日废水处理量为200 m3。废水排放执行《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)中的三级标准和污水处理厂的接管标准。实际处理过程中执行内控标准,具体水质及排放标准如表1所示。主要监测指标有化学需氧量(COD)、五日生化需氧量(BOD5)、总氮(TN)、氨氮(NH3-N)、总磷(TP)、悬浮物(SS)和pH。

1 废水处理工艺流程

  废水处理工艺流程如图1所示,关键工段设计参数如表2所示。下面分析废水处理工艺的具体流程。

  生产废水经车间筛网拦截大部分大颗粒胶原蛋白团后经过管网进入污水处理站的集水池,集水池的提升泵根据液位及时将废水提升至转鼓格栅,废水经格栅格除大部分悬浮颗粒后进入调节池,废水在该池中进行水质、水量的调节,使得废水的水质、水量相对稳定。

  调节池的废水通过提升泵提升至反应气浮池A进行混凝气浮,反应器采用的是进口的高效管道反应器,这个反应器能保证药剂与废水充分混匀,同时占地面积小,没有用电设备,故障率小。投加氯化铁、液碱、聚丙烯酰胺(PAM)药剂,使废水中残余的悬浮物及胶体状物质絮凝成团,有利于通过气浮池将其从水中分离,减少后续处理单元的负荷。

  废水经预处理后进入生物选择池,在该池中,废水与回流污泥充分混合。设置该池体的作用有三方面。首先,可以将废水及污泥回流中携带的多余氧气释放出来,减少泥水混合物的溶解氧,提高后续缺氧池的去除效率;其次,可以抑制丝状菌的过度繁殖,防止后续A/O(厌氧/好氧)工段发生丝状膨胀;其缺氧环境有利于反硝化细菌的增殖,提高整个生化系统的脱氮能力。

  生物选择池的废水经泵提升至缺氧池,缺氧池设置潜水搅拌机,将泥水充分混合,同时设置溶氧仪,实时掌握水中溶解氧的情况,尽早发现运行的异常情况。废水总氮较高,废水的BOD与总氮比值低于脱氮所需的比值(3~5倍),需要向废水中投加碳源,以便顺利完成脱氮任务。废水中回流过来的混合液中的硝态氮和亚硝态氮通过反硝化细菌转化为氮气,从而保证废水总氮达标排放。

  废水自流入好氧池,废水中的氨氮在硝化细菌和亚硝化细菌的作用下转化为硝态氮和亚硝态氮。同时,好氧池中的好氧细菌将有机物分解为二氧化碳和水,从而降低废水中的有机物浓度,保证废水达标排放。该废水属于缺磷型,为了保证微生物健康生长,要向废水中定期补充磷,建议补充农药型磷酸二氢钾,在补充磷的同时,可以补充Cu、Mn、Cr、Co、Mo、Zn微量元素。

  该系统采用进口管道混合器及气浮池代替传统二沉池对生化污泥进行分离回用,在管道混合器中投加阳离子絮凝剂,将细菌絮凝成团,以便在气浮池中高效分离。浮渣(即生化污泥)利用污泥泵输送,一部分泵至生物选择池,一部分泵至污泥浓缩池,中层清液自流入消毒池。采用该泥水分离设备,可以大大节约用地,对于土地紧张的公司是一个非常不错的选择。

  污泥处理期间,系统产生的栅渣通过栅渣桶收集,定期委外处置;系统产生的物化及生化污泥通过污泥浓缩池收集,然后经过污泥调理池调理,调理池投加阳离子絮凝剂,增强污泥的脱水性,最后通过离心机进行处理,使得最终污泥含水率降至小于85%,脱水后的污泥经收集后定期委外处置。

2 污水处理站运行过程中遇到的问题及改造措施

  2.1 格栅运行问题

  冬季,胶原蛋白容易凝结在转鼓格栅上,造成转鼓格栅的筛网堵塞,影响其正常使用。改造措施如下:增加一套热水冲洗系统。设置一个加热水池,采用蒸汽加热,在蒸汽管上设置蒸汽比例阀,与加热池中的温度计联动,控制加热水池的温度,保证水池内温度稳定在58~62 ℃,然后采用热水泵及高压喷淋装置,将热水喷淋在转鼓格栅上,清洗上面凝结的胶原蛋白。

  2.2 曝气问题

  好氧池采用表曝机,冬季,生化池热量散失过大引起水温过低,影响系统的脱氮效果。改造措施如下:采用鼓风机及微孔曝气装置代替表曝机。冬季,罗茨鼓风机出口空气温度达到80 ℃左右,这部分热量可以通过管道传输到水中,为生化池提供2~4 ℃的温升。与表曝机相比,该曝气方式不仅不会使得废水温度降低,反而为系统提供了一定的温升,有效解决了表曝机冬季所带来的问题。

  2.3 生化池水温问题

  废水站所处理的废水量及水质超过设计值,当冬季温度低于20 ℃,尤其低于15 ℃时,废水出水总氮明显升高,有一段时间该数值已经超过内控指标,接近排放标准。改造措施如下:在生物选择池增加温升装置。通过在该池设置蒸汽加热装置将废水温度控制在20 ℃以上,维持反硝化菌的活性,保证系统出水总氮低于内控指标。

3 工程运行结果分析

  3.1 2018-2019年月平均运行数据

  2018年月平均运行数据如表3所示,2019年1-6月的运行数据如表4所示。

  3.2 2018-2019年运行数据分析

  2018年,生化系统COD去除情况随温度的变化如图2所示,生化系统TN及氨氮去除情况随温度的变化如图3所示。2019年1-6月,生化系统COD去除情况随温度的变化如图4所示,生化系统TN及氨氮去除情况随温度的变化如图5所示。

  由表3和图2可知,该废水的COD在生化系统中的去除率非常稳定,基本保持在92%~94%,去除率非常高,去除率的变化基本不受温度的影响,说明该废水的可生化性非常好。从废水的有机物组成来看,有机物主要由蛋白质构成,蛋白质可以被水解成氨基酸,氨基酸可以直接被微生物利用,减少中间转化过程,大大提高了微生物处理该废水有机物的效率。

  由表3和图3可知,该废水的TN和氨氮去除率随温度的变化而变化,当温度大于20 ℃时,TN和氨氮的去除分别超过78%、99.2%,当温度介于15~20 ℃时,去除率下降很明显,TN和氨氮的去除率分别保持在50%~60%、70%~75%。这说明脱氮速率跟温度关系很大,要想提高系统的脱氮效率,最有效的办法就是将废水升温。虽然升温能有效解决冬季系统脱氮效率差的问题,但是该方法能耗较高,仅适合于小水量、可用地面积小的工程。

  2018年底,因为生产能力扩大,本项目废水量和废水污染物浓度都所有升高,原系统处理能力已达极限,尤其在冬季脱氮速率受温度影响很大,为了不使生产受限,快速缓解生产能力与废水处理站处理能力矛盾的问题,采用增加蒸汽温升系统对废水进行加热,以便提升废水处理站处理污水的能力。

  由表4、图4及图5可知,废水的温升系统提高了废水处理站的废水处理能力,尤其是脱氮能力的提升非常明显。1-6月的水温基本维持在22 ℃以上,COD、TN及氨氮的去除率分别超过95%、75%、99.4%。系统在废水量增加、废水浓度增加的基础上仍然能够保持出水各项指标稳定达标。

  通过工程实例数据分析可知,当废水量较小时,为了应对食品行业旺季(往往是冬季)产能扩大的情况,采用蒸汽加热系统对废水进行升温是最有效、最快捷的改造方式。该方式的优点是简单、便于操作,比较灵活,可以只在冬季使用。

  3.3 胶原蛋白肠衣废水脱氮速率分析

  以2018年及2019年1-6月的数据为基础,根据《室外排水设计规范》(GB 50014—2006)中的三个公式进行计算[1]。

  式中:Vn为缺氧池容积,m3;Q为生化反应池设计流量,m3/d;Nk为生物反应器进水总凯氏氮浓度,mg/L;Nte为生物反应器出水总凯氏氮浓度,mg/L;ΔXV为排除生物反应池系统的微生物量,kg MLSS·d;Kde为脱氮速率,kg NO3--N/(kg MLSS·d);X为生物反应器内混合液悬浮固体平均浓度,g MLSS/L;T为设计温度,℃;y为MLSS中MLVSS所占比例;Yt为污泥总产率系数,kg MLSS/kg BOD5;So为生物反应池进水五日生化需氧量,mg/L;Se为生物反应池出水五日生化需氧量,mg/L。

  反推此废水在20 ℃时的Kde(20)数据,如表5所示。表中有4个数据不具有代表性,做曲线图时应该去掉这几个数据,折线图如6所示。

  由表5、图6可知,该胶原蛋白肠衣废水在20 ℃时的脱氮速率基本在0.015~0.030 kg NO3--N/(kg MLSS·d)波动,大部分数据在0.02 kg NO3--N/(kg MLSS·d)附近,20 ℃时的平均脱氮速率为0.02 kg NO3--N/(kg MLSS·d)。因此,在设计同类型废水时,可以将20 ℃时的脱氮速率值设定为0.02 kgNO3--N/(kg MLSS·d)。

4 结论

  冬季可以用热水喷淋转鼓格栅,去除附着在转鼓格栅上凝固的胶原蛋白[2,3]。采用反应气浮+生物选择池+缺氧池+好氧池的复合工艺处理该废水是成功的。水量和污染物浓度增加时,提高系统的水温能使出水水质稳定达标,充分显示了该处理工艺的优越性和灵活性[4,5]。通过长达一年半的数据跟踪分析可知,该类型废水在20 ℃时的脱氮速率约为0.02 kg NO3--N/(kg MLSS·d),这为同类型废水的处理设计提供了非常宝贵的依据。

参考文献

  [1] 住房和城乡建设部,国家质量监督检验检疫总局.室外排水设计规范:GB 50014—2006[S].北京:中国计划出版社,2006.

  [2] 张文杰,华文强,王敦球,等.胶原蛋白肠衣生产废水处理及回用工程[J].中国给水排水,2014(10):121-123.

  [3] 谢远红.食品加工废水处理工程实例[J].资源环境与工程,2007(12):741-742.

  [4] 陈彦霖,隋倩雯,王拓,等.温度对序批式膜生物反应器生物脱氮影响及生物机制解析[J].环境工程学报,2021(1):65-73.

  [5] 陈翠忠,高宇学,王文迪,等.温度对SBR生物脱氮能效的长期影响[J].环境工程,2018(6):68-72.

作者:吉剑 单位:苏州市东方环境工程有限公司

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