> 废水处理工程方案赏析

一. 概述

以大豆为原料的植物蛋白生产线，每天要排放大量生产工艺废水，此类废水色度高、酸性强、污染物浓度大、悬浮物多，属有害、高浓度有机废水，直接排放将对生态环境造成极大污染和严重破环。

本设计方案以处理后出水实现达标排放为最终原则，采用技术领先，成熟可靠的处理方案；选择经济合理的处理工艺减少投资成本；采用操作简便的运行方式降低运行成本；坚持稳妥可靠与节省投资相结合。

二. 设计依据、内容和范围

2.1 设计依据

⑴. 业主提供的大豆蛋白废水的水质和水量说明；

⑵. 污水综合排放标准（GB8978—1996）；

⑶. 水处理设备技术条件（JB/t2932—1999）；

⑷. 工业与民用供电系统设计规范（GB50052—92）。

三. 废水的处理要求

设计废水水质

根据业主提供数据，原水综合水质情况如下表；

CODcr（mg/L）	BOD5（mg/L）	SS（mg/L）	水温（°C）	pH
20000	8500	12000	40～60	4～4.5

设计出水水质

工程调试结束后，要求出水水质达到污水一级排放标准：

CODcr（mg/L）	BOD5（mg/L）	SS（mg/L）	水温（°C）	pH
100	30	70		6～9

四. 选择废水处理方案的分析

在制取大豆分离蛋白时经碱溶酸沉，离心分离蛋白凝乳后产生的大豆乳清废液中还含有乳清蛋白、低聚糖、有机酸和无机酸的盐类；现废水中有机物含量为20g/L，固体悬浮物为12g/L，生产工艺中加入大量酸碱，废水中溶解盐类含量高，该类废水的处理普遍采用生物处理方法，通常先采用既适用于高浓度有机废水，又适用于对好氧生物处理方法难以降解的固体有机物的厌氧生物处理；由于废水中原始有机物含量高，厌氧出水中的有机物仍不能达到排放要求，需再进行好氧生物处理；好氧出水再经二沉、气浮除浊和生物碳吸附过滤进行深度处理后实现达标排放。

因原水中的高悬浮物和低pH会影响厌氧生物处理的正常进行，需对原水进行降低悬浮物，水解酸化和提高pH值的预处理措施。

厌氧生物处理采用三级升流式厌氧污泥床反应器(UASB)串联，其特点是：反应器内污泥浓度高，有机负荷高，水力停留时间短，无需装填载体；沉淀区设置三相分离器，在其作用下分离的污泥能自动回流到反应区，无需污泥回流设备；运行正常后，在进水和产生沼气作用下能对反应器内污泥和废水进行搅拌，不要机械搅拌装置。

蛋白是含氮有机物，大豆蛋白乳清废水经厌氧处理后出水中有机氮、氨氮含量高，采用二级A/O法(前置式反硝化生物脱氮)缺氧—好氧生物处理串联工艺是目前应用广泛和最有前途的脱氮处理方法，其特点是：废水C/N较高(＞4)时，不需外加碳源，而是以前级厌氧出水中的有机物为碳源，保证充分反硝化，降低运行费用；缺氧池在好氧池前，由于反硝化消耗了一部分碳源有机物，可减轻好氧池的有机负荷，也可起到生物选择器的作用，有利于控制污泥膨胀，同时反硝化过程产生的碱度可以补偿部分硝化过程对碱度的消耗；好氧池设在缺氧池后，可使反硝化残留的有机物得到进一步去除，提高出水水质；废水在低污泥负荷、长泥龄条件下运行，处理系统的剩余污泥量少，稳定性较好。

剩余污泥可以送至末级UASB反应器中进行消化处理，能减少好氧处理所需的污泥处置费用，也可使操作管理简化。

五. 废水处理流程

5.1 处理工艺方框流程

5.2 流程说明

5.2.1预处理

由于pH值相当低，在进入处理系统前需调节废水的pH值，使之达到后级厌氧细菌生物处理所需的中性pH值；加入的碱中和剂(Na2CO3)通过管式静态混合器与废水混合，加碱量由在线pH控制器自动控制碱液计量泵的投加流量，加入的碱中和剂还可以部分地去除废水中的硫酸根离子；调整pH后的废水经沉淀后进入调节池，调节池可取代初沉池，有较高的悬浮物去除率；兼有预酸化作用，利用水解和产酸菌反应，将不溶性有机物水解成溶解性有机物、大分子物质分解成小分子物质；能进一步防止固体颗粒物进入厌氧生物反应器，同时防止在后级厌氧生物反应器中产生对甲烷菌有抑制作用的硫酸盐。

5.2.2 厌氧处理

采用三级UASB厌氧处理。UASB反应器是种悬浮生长型的消化嚣，由反应区、沉淀区和气室三部分组成；反应器内部结构主要包括三相分离器和布水系统。厌氧生物处理是一个复杂的微生物化学过程，依靠三大主要类群的细菌(水解产酸细菌、产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌)的联合作用完成。UASB反应器中的污泥，绝大部分是甲烷化细菌，能将废水中90%以上的有机物转化为由甲烷(CH4)、二氧化碳(CO2)、氨(NH3)、硫化氢(H2S)混合组成的沼气，其含量分别约为55%～73%、25%～35%、1%～2%、0.5%～1.5% 。

调节池出水经耐腐蚀料浆泵增压，通过换热（调试时使用，正常运行时废水不需加热）加热后进入第一级高温（55°C）UASB反应器；一级厌氧出水经沉淀池Ⅱ沉淀后泵入二级中温(35°C) UASB反应器；二级厌氧出水经沉淀池Ⅲ沉淀后泵入三级中温(35°C) UASB反应器；废水经一级高温和二级中温共三级厌氧处理后出水COD可降至2000mg/L以下。

厌氧产生的沼气经气水分离、脱硫、脱水后送至沼气贮罐，收集的沼气可以代替燃煤进入锅炉燃烧，节省部分能源；多余沼气应导至安全地区经放空火炬燃烧。

按每天还原9吨COD计，大约产沼气6600m3(其中甲烷气约3600m3)，相当于6.6吨20000KJ/Kg燃煤或4620L汽油或3.66×104 kW•h(3.66万度)电能的热量。

三级厌氧出水自流进入缺氧—好氧系统。

5.2.3 缺氧—好氧处理

采用二级A/O串联高效同步生物脱氮除磷技术，即Bardenpho(巴登福)工艺，将一级好氧反应器含硝态氮的污水经内循环回流至前级缺氧段进行反硝化，后级二沉池含磷污泥回流至缺氧段，强化磷的释放，保证在好氧条件下有更强的硝化和吸磷能力，提高脱氮除磷效果，脱氮除磷率＞90%；其生物过程包括含碳有机物的氧化、氨氮的硝化和硝态氮的反硝化，即碳化—硝化—反硝化过程；形式采用悬卦填料的附着生长预缺氧脱氮生物膜反应器。

废水在缺氧池内停留，使厌氧出水中有机物的理化性质得到改善，适合好氧生物代谢条件；二级A/O工艺串联脱氮效果好，回流污泥中挟带的硝酸盐很少，对除磷效果影响小。

二级好氧出水再经好氧曝气，目的是起到延时曝气作用，减少剩余污泥，提高冲击负荷适应能力，稳定出水水质。

好氧处理出水经二沉池后，COD应降至200mg/L以下。

5.2.4 物化—生化处理

二沉池出水进入混凝气浮装置，废水经投药混合反应，对二沉池出水中的剩余活性污泥，生物降解困难的大分子有机物，投加聚凝剂后能形成絮状颗粒，利用在水中引入大量高度分散的微小气泡作为载体去黏附水中的污染物，使其密度小于水而上浮，实现固液分离。浮渣由括渣机定期刮出；清水室中30%的水量由溶气泵增压后经溶气罐与压缩空气接触，制备溶气水后回流至气浮池；70%的水量由提升泵输往后级处理。气浮具有表面负荷高、停留时间短、占地少，泥渣含水率低、污泥体积少、不易腐化等特点。

气浮出水中有机物含量仍高于排放标准，采用新颖的HOK生物处理工艺，能够提高生物降解能力，更好地去除NB－CODCr和有机化合卤素(AOX)以及废水色度。

新型生物膜法HOK反应器是在固定床内装填用平炉工艺生产的褐煤焦炭，焦炭颗粒具有循环的吸附和解析功能，可以使用多年而无需更换，只要定期加以反洗便可重复使用。HOK反应器除具有常见滤池的机械物理净化功能外，还具有相当高的生物降解能力。平炉褐煤焦炭作为细过虑器，能阻止未分解物质直接排出；作为吸附剂，可以吸附一些已分解的小分子物质和有毒物质；作为微生物的载体，可以使好氧菌、兼氧菌和厌氧菌共生，有利于世代时间长的微生物，更有效地进行细菌接种，有利去除特定目标污染物。

HOK处理技术具有物理、化学和生物的综合分解效果，废水经气浮和生物炭深度处理后，出水可达标排放。

5.2.5 污泥处理

厌氧塔、曝气池和二沉池中的活性污泥分别进入污泥浓缩罐，其中部分污泥由泵回流至缺氧池和UASB反应器进行消化处理；浓缩罐中剩余污泥和气浮渣用带式压滤机脱水干化后，送至锅炉燃烧或外运做肥料；UASB反应器中过剩的活性污泥半年或一年排放一次。

六. 环境保护和安全生产

由于废水处理站是个污染源，沼气是易燃易爆危险物品，处置不当会对周围环境造成严重影响，设计方案中对环境保护、劳动保护、生产安全及消防采取以下措施。

⑴对有可能产生臭味的构筑物加盖密封，处理站房设置排风扇，加强通风、防止有害气体或异嗅在室内积聚。

⑵处理过程中只有合格水排出站外，经处理后的不合格水及运行中间过程产水（二沉池上清液、溢流、污泥脱水、冲洗水等）均回流至调节池重新处理。

⑶对泵、减速机、风机等动力装置选用低噪音设备，强噪声源采用消声措施。

⑷对污水站产生的污泥作干化处理后与煤拌合焚烧或作肥料外运处置。

⑸ 对设备平台的操作走道、地坑四周均设置保护栏杆。栏杆高度1.2m。

⑹ 对电气设备的安装、防护以及操作条件，按电器有关安全规定设计。

⑺ 对废水站操作人员、管理人员进行安全教育、制订操作规程和管理制度。

⑻ 在厌氧处理区域设置名显严禁烟火标志；沼气柜与建（构）筑物分离，在沼气柜周围一定区域内留出空地，满足消防规范要求距离，站内道路宽度满足消防车辆行驶要求。

七． 供配电及自动控制

本系统经调试正常投运后基本上能连续自动运行，废水从提升进入运行的处理设施开始到出合格水能按设定的流程自动进行。只有少数运行工况的实施要工作人员通过手动切换和调节相应阀门的启闭状态来实现。如投配药、溶药、调整加药量、清渣、排泥、污泥脱水等要工作人员在现场操作。

系统中分段设置液位、流量、压力、pH值等仪表用于现场监测相关单元装置的运行情况；调节池、加药箱设置液位仪，有超限报警功能，并与相应水泵实现连锁，以控制水泵的工作状态。

系统装机总功率264.885Kw，其中备用容量72.015Kw，间断用电使用系数40％所有用电负荷均为380V和220V低压用电负荷；处理系统以100%设计能力同时运行时，最大需要用电量为234.31Kw，其中连续用电量为192.87Kw，间断用电量为41.44Kw。

根据国家标准《供配电系统设计规范》（GB50052-95）中关于负荷分级的规定，装置所有负荷均为三级负荷。

处理系统中的大部分用电设备均为三相对称的线性负荷，预计用电设备投运后产生的高次谐波最大允许值符合《电能质量公用电网谐波》（GB/T14549-93）的要求，不需要采取防止高次谐波污染电网的措施。