全面解析屠宰廢水處理工藝及應用

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宰廢水水質的分析

屠宰廢水來自于圈欄沖洗、淋洗、屠宰及其它廠房地坪沖洗、燙毛、剖解、副食加工、洗油等,它具有水量大、排水不均勻、濃度高、雜質和懸浮物多、可生化性好等特點。另外它與其他高濃度有機廢水的最大不同在于它的NH3-N濃度較高(約120mg/l),因此在工藝設計中應充分考慮NH3-N對廢水處理造成的影響。

宰廢水的預處理

屠宰廢水的預處理是整個系統能否有效運行的關鍵。屠宰廢水中固體懸浮物(SS)高達1000mg/l,該類懸浮物屬易腐化的有機物,必須及時攔截,一方面可防止后續管道設備的堵塞,另一方面即時清理可避免懸浮固體有機質腐化溶入廢水中而成為溶解性有機質,導致廢水CODCr、BOD5濃度提高。屠宰廢水包括含有大量豬糞、未消化飼料的圈欄沖洗水和一般屠宰廢水兩大類。

圈欄沖洗水經一化糞池預處理后再與一般屠宰廢水廢水合并后進入廢水處理站,化糞池內沉積的豬糞和未消化飼料通過擠壓式固液分離機抽提并干燥后(含水率可達70%以下)作為魚類飼料。

一般屠宰廢水預處理的兩種主要方法:氣浮和篩濾(過濾孔徑1~5mm),其中氣浮主要應用于廢水量較小的處理站,其缺點主要是設備復雜、不易管理、運行成本高、衛生條件差;篩濾則主要應用于廢水量較大的屠宰廢水的預處理,管理方便,運行穩定。

另外在篩濾機前需依次設置清撈池、粗格網(50×5mm)、粗格柵(20mm)等?;ご朧?。

酸化水解或厭氧

屠宰廢水中的有機物主要為蛋白質和脂肪,該類物質屬大分子長鏈有機物,難以被一般的好氧菌直接利用,在其生物降解過程中,一般先通過酶的作用分解成氨基酸、碳水化合物等小分子有機物后方可被好氧菌直接利用,因此酸化水解工序的設置是非常有必要的。

另外,本廢水的濃度較高(CODCr:2200mg/l),直接用好氧工藝去除全部的有機物將消耗大量的電能,因此用無需消耗電能的酸化水解工藝來去除部分有機物可節省運行成本。

完整厭氧過程分為酸化水解和產甲烷兩個階段,酸化水解工藝只利用厭氧過程中的酸化水解階段,所以厭氧工藝的去除率高于酸化水解工藝,設計停留時間較長(約12~48小時),其與酸化水解最主要的差別是厭氧除了包含酸化水解階段外,還包含產氣階段(此階段同時產生臭氣)。對于屠宰廢水來說,產甲烷意味著同時也產生了大量臭氣,衛生條件差。另外,厭氧工藝的條件要求比較嚴格:如廢水需達到一定溫度,必須有有效的三相分離器、調試時間長等。即使如此,部分單位為了達到不耗電就能去除更多的有機物的目的,仍選擇了厭氧工藝作為處理站的主要工藝,因此在已建成的屠宰廢水處理站中選用厭氧工藝的較少,成功案例幾乎沒有。

活性污泥或接觸氧化

有機廢水要達到一級排放標準,選用好氧生物處理工藝是最常用、最有效、運行成本最低廉的工藝。好氧生物處理工藝包括活性污泥法和接觸氧化法兩大類。其中活性污泥法是一種傳統且技術成熟的污水處理方法,其發展已經有100多年的歷史;接觸氧化是國內部分公司自行開發的工藝,屬生物膜法的一種,其具體設計參數尚未完善,在經濟發達國家很少使用。兩種方法在工藝上的最大差別是前者的微生物處于懸浮狀態,后者的微生物為固定狀態。后者曝氣池內需要安裝生物填料以作為生物的載體,投資較高,主要應用于小型的廢水處理站;前者則被廣泛的應用于各類廢水處理廠。

在應用的一些接觸氧化工藝的工程中,發現其主要問題是掛膜比較困難,安裝于填料下面的曝氣裝置維修不易、曝氣池面泡沫多、處理效率低(有機負荷低)、二沉池沉淀效果差、投資高等缺點,但由于無需污泥回流,管理方便,所以對于小型的廢水處理站應用還是可行的,對于本工程則不太適合。

有機負荷、氨氮、一級排放標準

本工程廢水的排放既要滿足《肉類加工工業水污染物排放標準》GB13457-92中的一級排放標準,又要滿足《廈門市水污染物排放控制標準》DB35/322-1999中的一級排放標準,其中BOD5小于20mg/l,CODCr小于80mg/l,這兩個數值決定了在活性污泥工藝的設計中,出水前的最后一級生化工藝必須采用低負荷設計(即有機負荷小于0.15kgBOD/kgMLSS),否則出水的BOD、COD值根本無法達標。

另外,本處理站的出水水質氨氮需小于15mg/l,原水的氨氮為120mg/l,氨氮的在處理系統中除了部分合成生物細胞外(以總氮計,約占剩余污泥的11.4%),大部分需通過硝化菌去除,考慮到廢水的總氮大于氨氮,所以剩余污泥11.4%的氨氮量去除率幾乎可以忽略不計,故需硝化的氨氮仍以120mg/l計。參考國內外資料[日高橋俊三《活性污泥生物學》]當BOD負荷需在0.10~0.20kgBOD/kgMLSS范圍,通過4~6小時的曝氣可完成硝化階段,但如果將BOD負荷提高,曝氣時間再長,硝化階段也不可能完成。由此得出如果出水氨氮要達標,則BOD負荷要低。

為滿足高標準的排放標準的要求,本設計中,出水前的最后一級活性污泥工藝有機負荷確定為0.10kgBOD/kgMLSS;同時在低負荷活性污泥池前設一段高負荷(0.50kgBOD/kgMLSS)的活性污泥池,以期望能在較短的停留時間內,去除部分有機物,減少低負荷活性污泥池的處理BOD總量,盡可能減少曝氣池的總池容。

DAT-IAT

DAT-IAT工藝為本設計選用的廢水處理主體工藝,它是活性污泥工藝的一種變形,具體技術說明如下:

DAT-IAT工藝包括連續進水、連續曝氣的高負荷(0.50kgBOD/kgMLSS)活性污泥池DemandAerationTank(DAT)池和以連續進水、間歇曝氣、接歇排水低負荷(0.10kgBOD/kgMLSS)活性污泥池IntermittentAerationTank(IAT)兩部分。酸化水解池的出水和間歇曝氣池尾端的活性污泥同步進入DAT池,并進行連續的高強度曝氣,強化了活性污泥的生物吸附作用,“初期降減”功能得到充分的發揮,60%的可溶性有機污染物被去除。

在IAT池中,由于DAT池的調節、均衡作用,進水水質穩定、負荷低,提高了對水質變化的適應性。由于C/N較低,有利于硝化菌的繁育,能夠產生硝化反應。又由于進行間歇曝氣和沉淀,能夠形成缺氧-好氧-厭氧-好氧的交替環境,在去除BOD的同時,取得脫氮除磷的效果。此外由于DAT池的高負荷高強度曝氣,強化了生物吸附作用,在微生物的細菌中,貯存了大量的營養物質,在IAT池內可利用這些物質提高內源呼吸的反硝化作用,即所謂的存儲性反硝化作用。本池在沉淀和排水階段也連續進水,這樣能夠綜合利用進水中的碳源和前述的貯存性反硝化作用,具有很強的除磷脫氮功能。

即使是在IAT池的沉淀階段和潷水階段,廢水進水也是連續的,所以連續的進水是否會對沉淀和排水造成擾動和影響、來不及處理的廢水是否會直接從潷水器出水口排出而影響出水效果也是業主通常擔心的問題。在設計DAT-IAT池時對其幾何尺寸、兩池隔墻開孔的數量、面積和布置方式均進行了精心設計,當系統停止曝氣后整個反應池成為近乎理想的推流式反應器,污水以極小流速運動,推進速度為2m/h。按沉淀和排水時間2小時計算,總推進距離僅為4m。在沉淀階段和潷水階段進入主反應區的污水先經過反應池底部的污泥層,然后沿池子對角線方向前進,池子長寬比的合理設計可保證在排水結束時未處理的水與潷水器還有一段安全距離。另外在沉淀過程中,按其表面負荷計算,僅為0.25m3/m2.h,該值遠遠低于一般的沉淀池(約為0.85m3/m2.h),所以沉淀效果非常好。

DAT-IAT工藝優點還體現在SVI值較低、污泥易沉淀、不易發生污泥膨脹、僅通過時間的控制就可實現自動運行、剩余污泥量低、污泥齡長、無二沉淀池等。

曝氣系統

曝氣系統為生物好氧提供必須的氧氣,是處理站設計的核心之一,許多廢水處理站無法正常運行均由該系統的故障造成。設計的關鍵是需氧量的計算,許多公司采用經驗值計算往往會造成設計容量過大或不足?;钚暈勰喑氐男柩踔饕扇糠腫槌桑喝コ鼴OD5所消耗的氧(0.5kgO2/kgBOD)、維持曝氣池內污泥好氧所需要的氧(0.11kgO2/kg污泥)、氨氮硝化所需要的氧(4.7kgO2/kgNH3-N),其中氨氮硝化所需的氧接近于其他部分所需氧的總和。許多設計人員在計算需氧量過程中會故意忽略氨氮硝化所需要的氧,以減少曝氣量,降低投資和運行成本,增加項目在投標階段的競爭力,故總是無法達標。

確定需氧量后,選擇供氧系統成為關鍵,目前主要的供氧系統有射流曝氣和鼓風曝氣兩大類。與鼓風曝氣相比,射流曝氣的優點是噪音小,安裝維護簡易;其缺點是能耗大,以目前行業內較為常用的水下曝氣機和射流器為例,一千瓦的電耗所提供的溶解氧僅為0.9kg;而鼓風機+球冠型微孔曝氣器的曝氣系統,一千瓦的電耗所能提供的溶解氧為6.5~8.85kg。小型廢水處理站可選用射流曝氣,對于規模較大的廢水處理站則選擇鼓風曝氣為宜。另外微孔曝氣器的性能和參數則是曝氣系統能否正常運行的關鍵,“溶解氧利用率”的高低直接關系到廢水處理運行費用的高低。

總磷

總磷的去除有兩個途徑:通過剩余污泥排磷或通過化學除磷。DAT-IAT工藝在具有除磷功能,但考慮到污泥齡較長,日排放的剩余污泥較少,需在處理站的出水口增設一化學除磷措施以確保達標,化學除磷藥劑選用CaCl2或Ca(OH)2。

污泥處理

屠宰廢水的剩余污泥中蛋白質含量過高,不易脫水。根據本司過去在處理肉聯廠廢水時對產生剩余污泥的分析,其蛋白質含量高達27%~28%,而且油性大、粘稠,使用板框壓濾無法脫水,本設計從四面解決好剩余污泥的處理問題:減少污泥量并改變污泥性能、設污泥濃縮池、選用污泥帶式壓濾機脫水、選用特定污泥調理藥劑。

將IAT池的部分污泥回流到酸化水解池進行水解消化,以減少剩余污泥的排放量,提高污泥的可壓縮性;所有的剩余污泥均從酸化水解池底部排出;污泥的濃縮時間超過24小時。污泥經過脫水后的含水率約為80%,可直接外運處置。

混凝過濾、中水回用、水質把關

對廢水處理站生化處理系統(二級處理)出水進一步進行物化處理(三級處理)是十分常見的,它可以進一步提高廢水的出水水質,對于那些對出水水質要求較高且需要回用的項目則是必須的。物化處理的工藝包括混凝、砂濾、消毒、氣浮、生物碳過濾等等,以混凝、過濾、消毒(屠宰廢水)最為常見,在本項目需回用400噸/天處理后出水做為生活雜用水,故選擇成本最低、運行最為穩定的混凝反應+砂濾工藝對廢水進行三級處理,砂濾則選用技術成熟的V型砂濾池。

在設計砂濾的過程中放大設計參數,以確保既能滿足400噸/天回用水的需要,又能滿足1800噸/天規模的一般廢水三級處理的需要。當進水水量為400噸/天時,混凝反應時間較長、過濾速度較慢,去除率約為60%,處理出水水質可達回用標準;當進水水質為1800噸/天時,則混凝反應時間較短、濾速較高,去除率約為40%,可為最后的出水進行水質把關。在以后處理站正式運行中,業主可根據出水水質、運行狀況、政府政策改變等具體情況來靈活的運用本處理系統。

臭味與噪音

屠宰廢水處理站的臭味是客觀存在的,對于工藝設計者來說,保持廢水在各個構筑的經常性流動,避免構筑物內廢水形成死區而導致局部廢水厭氧產生臭味是很重要的;另外,在廢水工藝的設計中,不選用厭氧處理工藝、不使廢水產氣,是減少處理站臭味的重要手段;在企業生產初期,可能由于廢水排放量較少而導致酸化水解池的停留時間增加,工藝自動由酸化轉變為厭氧而產生的沼氣,只能通過收集后高空排放,本措施較為復雜,且涉及投資問題,除非業主特別要求,否則我司將予以忽略;在管理方面,即時處理清撈出的固體廢棄物則是消除臭味的重要手段。

處理站的噪聲來自于鼓風機,消除其影響有以下措施:鼓風機房位置盡量不要直接靠近行人多的地方;選擇鼓風機時盡量選用轉速低的風機;鼓風機的進出口安裝消音器;在鼓風機房內部的墻面上安裝隔音板、使用雙層隔音玻璃、專門的進風口等可消除噪音的影響,該措施涉及投資問題,除非業主特別要求,否則將予以忽略。

活性污泥或接觸氧化工藝

有機廢水要達到一級排放標準,選用好氧生物處理工藝是最常用、最有效、運行成本最低廉的工藝。好氧生物處理工藝包括活性污泥法和接觸氧化法兩大類。其中活性污泥法是一種傳統且技術成熟的污水處理方法,其發展已經有100多年的歷史;接觸氧化是國內部分公司自行開發的工藝,屬生物膜法的一種,其具體設計參數尚未完善,在經濟發達國家很少使用。兩種方法在工藝上的最大差別是前者的微生物處于懸浮狀態,后者的微生物為固定狀態。后者曝氣池內需要安裝生物填料以作為生物的載體,投資較高,主要應用于小型的廢水處理站;前者則被廣泛的應用于各類廢水處理廠。

在一些接觸氧化工藝的工程中,發現其主要問題是掛膜比較困難,安裝于填料下面的曝氣裝置維修不易、曝氣池面泡沫多、處理效率低(有機負荷低)、二沉池沉淀效果差、投資高等缺點,但由于無需污泥回流,管理方便,所以對于小型的廢水處理站應用還是可行的,對于本工程則不太適合。

來源|中國海水淡化與水再利用學會

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