羊棲菜加工廢水治理提升改造工程實例
針對羊棲菜加工廢水含鹽量高、COD濃度高的特點，采用"調節-氣浮-電解還原Fenton-快沉-厭氧-MBR"工藝進行了技術改造。運行結果表明，在進水COD、BOD5、SS分別為6956、2978、456mg/L的情況下，出水COD、BOD5、SS分別為295、18、8mg/L，出水水質達到了GB8978-1996《污水綜合排放標準》中三級納管排放標準的要求，實際運行成本僅為8.37元/t，實現了羊棲菜廢水經濟、穩定、高效的達標排放。
羊棲菜具有較高的營養保健價值，日本稱其為“長壽菜”，每年大量從我國進口。據統計，截止到2015年底，溫州市洞頭區現有羊棲菜生產企業20余家，現有羊棲菜養殖區面積達1.16萬畝，2015年全年產量約8768t，占全國總產量的90%以上。通過市場調研，洞頭區羊棲菜生產企業大部分均已建設污水處理站，但建設時間普遍較早，又由于羊棲菜加工廢水具有COD高、色度大、SS高等特點，且廢水中含有較高濃度的Cl-，屬于典型的高濃度高含鹽有機廢水，此類廢水一般常采用預處理+生物處理+深度處理方法來實現廢水的達標排放，處理成本普遍較高。生物處理無外乎采用厭氧和好氧工藝，除培養特殊的耐鹽或者嗜鹽生物菌、改變污水及污泥的工藝回流之外，基本沒有可改進的空間。目前，各羊棲菜加工企業污水處理站均無法穩定達標排放，嚴重加重了洞頭區市政污水處理廠的運行負荷，現已成為洞頭區的行業共性問題，亟待解決。
1、項目概況
洞頭區某羊棲菜加工企業是以生產羊棲菜系列產品為主的現代化食品企業。廢水主要來自于預清洗、脫鹽、脫砷、脆化以及清洗等工序，廢水中Cl-濃度高、COD高、含油且含有大量藻膠、多糖、酶等有機污染物。企業原有1座污水處理站，為全地埋式建設，采用“調節+混凝沉淀+A/O+沉淀”工藝，具體工藝流程見圖1。
圖1原有廢水處理站工藝流程
由圖1可知，現有廢水處理站采用加藥混凝沉淀+傳統A/O工藝，由于廢水中Cl-含量較高，單純采用生物處理的方法勢必會造成生物細胞的質壁分離或細胞失活，微生物無法正常生長，因而現有的缺氧池、好氧池未能發揮應有的作用。同時，由于設計時間較早，投運時間較長，其中鼓風機、好氧池曝氣系統、加藥系統、板框壓濾機等設備均已無法正常開啟，混凝沉淀池、好氧池及污泥池內的管路已被廢水嚴重腐蝕，整個廢水處理站運行狀態較差。
2、改造工程設計
01設計標準
考慮到企業的生產周期，改造后的污水處理站采用8h工作制，改造后污水站處理規模為60m3/d，按照8m3/h進行工藝設計。根據廢水實測數據確定設計進水水質，改造后處理出水需達到GB8978—1996《污水綜合排放標準》中三級排放標準后納入市政管網，并進入當地市政污水處理廠進一步處理。故設計進、出水水質標準見表1。
表1羊棲菜加工廢水設計進出水水質
02項目難點
（1）懸浮物及油類含量高。由于羊棲菜加工成品為袋裝即食羊棲菜，加工過程中有數道清洗、漂洗等工藝，故廢水中含有較高濃度的懸浮物及油類。
（2）含Cl-質量濃度高。該廢水由于是海產品加工廢水，經檢測，廢水混合后Cl-質量濃度為5000~8000mg/L，初段的預清洗及脫鹽脫砷水含Cl-質量濃度甚至高達10000~15000mg/L，高濃度的Cl-會抑制生物系統的污染物去除效率。
（3）COD濃度高。經水質檢測，該廢水B/C>0.3，為可生化性廢水，但由于COD約為7000mg/L，且廢水中含Cl-質量濃度高，單純采用傳統厭氧/好氧工藝無法保證廢水的穩定達標排放。
（4）其他難點。現有污水站均為地埋式建設，池下工程改造難度大、管線復雜、對整個污水站的防腐要求高、場地有限等。
03改造后工藝流程及說明
（1）改造后工藝流程
針對廢水中含有大量的懸浮物及油類污染物，采用前氣浮工藝，通過部分加壓溶氣氣浮的浮除作用，去除廢水中油類、懸浮物SS等污染物；針對廢水含Cl-質量濃度高、COD高、導電性好的特點，采用以電化學為主體的廢水處理工藝，通過電場與藥劑的聯合作用去除廢水中大分子、難以生物降解的有機污染物；考慮到運行成本，采用厭氧+MBR工藝對電化學處理出水進行生物處理，在Cl-質量濃度不變的前提下，通過適量培養嗜鹽菌以去除電化學出水中濃度較低的有機污染物，直至達標排放；針對現有污水站地埋式建設的問題，對新建的工藝設備均采用成套設備的方式，并在現有污水站池頂上加固，所有新增設備放置于池頂上，以節約占地面積；針對防腐要求高，所有新增水管、泥管、藥管均采用UPVC材質，新增成套設備采用PP板制作；針對場地有限的問題，充分利用現有調節池、好氧池、沉淀池及混凝沉淀池、風機房、脫水機房等。改造后的工藝流程見圖2。
圖2改造后污水處理工藝流程
（2）改造工藝說明
將原有調節池與缺氧池合并為新的調節池，在新調節池內設置鼓風曝氣系統，在充分調節水質水量的同時，保證油類及懸浮物等污染物不會上浮；出水經地上泵提升至氣浮裝置，在氣浮裝置內進行部分加壓溶氣氣浮預處理，去除廢水中大部分油類污染物、大量懸浮物SS等，以減少后續電解還原Fenton電極板清洗頻次，并降低后續處理負荷。氣浮裝置出水自流進入電解還原Fenton裝置，通過外加電場作用該廢水，由于該廢水中含Cl-質量濃度高、導電性良好，外加電場后，聯合化學藥劑共同作用，化學反應劇烈，可對廢水中大分子有機污染物進行氧化分解；電解還原Fenton裝置出水自流進入快沉裝置，通過調節pH使大量污泥沉淀；快沉裝置上清液自流進入厭氧池，通過厭氧微生物的新陳代謝作用去除廢水中難降解的有機污染物；厭氧池出水經地上泵提升至MBR裝置，通過好氧微生物的作用進一步降解廢水中的有機污染物，同時利用MBR膜組件的截留功能維持MBR裝置內較高的污泥濃度，以增強系統的耐沖擊負荷能力；MBR裝置出水經出水泵抽至出水桶，達標后納管排放。
電解還原Fenton工藝是傳統Fenton工藝基礎上改進而來的，其主要原理為：在投加Fe2+、H2O2，并在特定pH條件下，廢水與藥劑首先接觸并充分混合，而后在電解槽內進行電解還原反應，以增加電勢差，使得更多的·OH產生，從而實現氧化分解有機物的目的。
電場采用直流電源，電能轉化效率高、故障率低。電解還原Fenton法具有反應快速、操作簡單、可自動產生絮凝等優點。
04工藝設計參數
（1）調節池。1座，地埋式鋼砼結構（原調節池與缺氧池改造）。主要功能是接納廢水，起到均質、均量的作用。該池設有曝氣系統，運行中必須開啟，以防止廢水中油類、懸浮態污染物上浮及下沉。由于污水站非24h運行，運行過程中通過調整浮球液位開關合理控制調節池的液位，有效起到水質、水量調節的作用。尺寸4.0m×7.0m×3.5m，有效容積70m3，HRT=28h。配套設備：高效組合曝氣器4組，氣源與MBR裝置曝氣系統共用，自吸提升泵2臺，1用1備，單臺流量Q=10m3/h，揚程H=15m，功率N=2.2kW。
（2）氣浮裝置。1套，采用五布六油特殊防腐型成套裝置。主要功能是通過投加混凝劑，利用加壓溶氣氣浮作用浮除廢水中油類、懸浮態、膠體態等污染物，以降低后續處理負荷。混凝藥劑采用聚合氯化鋁（PAC）和聚丙烯酰胺（PAM）。PAC配制質量分數為10%，加藥量約500L/d；PAM質量分數為1%，加藥量約500L/d。尺寸4.8m×1.2m×2.8m，有效容積12m3，HRT=1.5h。配套設備：自動攪拌加藥裝置2套，有效容積1000L。
（3）電解還原Fenton裝置。1套，PP材質成套裝置。尺寸2.4m×1.2m×2.4m，有效容積5m3，HRT=0.65h。配套設備：加藥裝置2套，有效容積500L，pH在線控制器1臺。實際運行電壓30V，電流60A，pH控制在2.8~3.2，m（Fe2+）:m（H2O2）=1:2，處理出水COD去除率>50%，達到了最初設計的要求。
（4）快沉裝置。1套，PP材質成套裝置。主要功能是通過調節廢水的pH，使電解還原Fenton反應后的大量污泥得以沉淀去除。尺寸為2.4m×1.2m×2.4m，有效容積5m3，HRT=0.65h。配套設備：加藥裝置2套，有效容積500L，pH在線控制器1臺。
（5）厭氧池。1座，地埋式鋼砼結構（原好氧池與二沉池改造）。主要功能是通過厭氧微生物的新陳代謝作用，使有機物發生水解、酸化和甲烷化，最終轉化成二氧化碳、水、甲烷等，并提高污水的可生化性，有利于后續的好氧生物處理。尺寸6.0m×7.0m×3.5m，有效容積126m3，HRT=16.8h。配套設備：辮帶式組合填料110m3。
（6）MBR裝置。2套，PP材質成套裝置。主要功能是通過好氧微生物的新陳代謝作用進一步去除廢水中大量的有機污染物。作為好氧反應裝置，其必須滿足一定的停留時間，以使好氧池的污泥負荷處于正常范圍內，同時通過MBR膜組件截留活性污泥，以維持MBR裝置內較高的污泥濃度，以最大限度地提高好氧MBR裝置的污染物去除效率，最終出水通過膜組件過濾后，保證處理出水的穩定達標。研究表明采用MBR工藝處理高含鹽廢水時，系統中的微生物可以適應一定的鹽度沖擊。MBR工藝相對于傳統生物技術具有傳統生物技術無法比擬的優勢。尺寸3.0m×2.0m×2.4m，有效容積21.6m3，HRT=8.6h。配套設備：進水與出水泵各4臺，2用2備，流量為10m3/h，揚程15m，功率2.2kW；MBR反沖洗水泵1臺，流量10m3/h，揚程10m，功率1.5kW；羅茨風機3臺（與調節池共用），單臺風量6.01m3/min，功率5.5kW。
（7）污泥池。1座，利用原有污泥池，地埋式鋼砼結構。收集并濃縮各個池所產生的污泥、浮渣等。尺寸2.5m×2.0m×3.5m，有效容積15m3。配套設備：3kW框式攪拌機1臺；螺桿泵1臺，流量5m3/h，壓力0.6MPa，功率2.2kW；涂覆塑料防腐漆型帶式脫水機1臺；帶機清洗泵1臺，流量8m3/h，揚程49m；空壓機1臺，1.5kW；加藥裝置1套，有效容積1000L。
3、工程運行效果
調試初期，對電解還原Fenton工藝的反應電壓、電流及加藥量進行了調試，對厭氧池采用接種化糞池污泥進行接種，對MBR裝置采用洞頭區市政污水處理廠污泥濃縮池的污泥進行接種。經過近半年的試運行，采用該組合工藝處理該廢水，氣浮池、電解還原Fenton、厭氧及MBR設計COD去除率分別為25%、50%、65%、70%。具體進、出水水質及各工藝段去除率見表2。
表2進、出水水質及各單元去除率
注:表中數據為連續14d測量值的平均值。
由表2可知，各工藝段COD去除率分別為21.3%、53.6%、47.8%、77.8%，各工藝段的各運行參數基本達到了設計值，處理出水水質穩定，各項指標能夠達到排放要求。
4、技術經濟分析
01運行成本分析
采用組合工藝處理羊棲菜加工廢水，設計廢水處理量為60m3/d，1a按運行300d計算，則該工藝的運行成本估算為：
（1）電費。單位電價為0.70元/（kW·h），整個工程中裝機容量為90kW，使用容量為71.7kW，功率因素取0.75，電費大約為71.7×8×300×0.75×0.7≈9萬元/a，則單位電費為5.02元/m3。
（2）藥劑費用。混凝階段需投加聚合氯化鋁、聚丙烯酰胺，電解還原Fenton工藝需投加H2SO4、FeSO4、H2O2，快沉工序需投加NaOH，費用大約為5萬元/a，則單位藥劑費為2.78元/m3。
（3）人工費用。該工程運行中僅需1名工人，每年工資福利費用約2萬元，則單位人工費為1.11元/m3。
綜上，其總運行成本估算為8.91元/m3。
該羊棲菜廢水處理改造工程于2017年6月開始試運行，改造工程總投資約為114萬元。自試運行至今150d，處理出水水質穩定，污水站配有1名工人，廢水站實際運行成本如下：總耗電73000kW·h，單位電費為4.26元/m3；藥劑總花費2.2萬元，單位藥劑費為2.44元/m3；人工費按人均工資3000元/月計，單位人工費為1.67元/m3；則廢水站試運行至今，實際運行成本僅為8.37元/m3，在保證廢水達標的前提下，滿足了工藝設計的要求。
02技術經濟比較
該組合工藝是針對該企業廢水站的現狀，結合企業排水水質水量，經過實驗室小試、現場中試確定的，與傳統高鹽廢水處理工藝如反滲透、多效蒸發等工藝技術經濟比較見表3。
表3與傳統高鹽廢水處理的工藝技術經濟比較
由表3可知，盡管反滲透與多效蒸發工藝處理出水COD更低，但投資、運行成本均高于電解還原Fenton組合工藝，經實踐證明采用電解還原Fenton組合工藝是經濟合理的。
5、結論
運行結果表明，采用“調節—氣浮—電解還原Fenton—快沉—厭氧—MBR”組合工藝處理羊棲菜加工廢水是切實可行的，處理出水水質指標能夠達到GB8978—1996《污水綜合排放標準》中三級排放標準要求，實際運行成本僅為8.37元/m3。
針對羊棲菜加工廢水含鹽量較高、導電性較好的特點，選用了適宜的電化學工藝而非傳統生物處理方法作為主體處理工藝。實踐證明：采用電解還原Fenton技術處理含鹽廢水具有反應效率高、處理效果穩定、運行成本相對低廉等特點，同時經過微生物的特殊馴化，在廢水含鹽質量分數低于0.7%的情況下，厭氧及好氧MBR工藝各項參數符合初始設計要求。對其他類似工程的升級改造具有一定的參考價值。
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