以果冻为主的食品生产废水如何处理

Posted 2023-01-13 生产废水

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据报道，中国将在2015年取代美国成为全球最大的食品和日用品市场。随着食品工业的高速发展及其工业化程度的不断加强，食品生产过程中产生的环境污染日益加剧，对人类健康的危害也日益普遍和严重，特别是生产过程排出的废水，具有有机污染物浓度高、悬浮物含量高、油脂含量高、氮磷化合物含量高、水质和水量变化幅度大等特点，如果不加以妥善处理直接排入水体，必将对环境造成极大危害。食品生产过程中排放的废水不仅量大，而且成分复杂，单一的处理工艺往往无法达到较高的处理要求，且对废水中的不同污染物的处理效果也不相同。因此，实际工程中，通常采用多级流程联合处理，以达到高效、高负荷、抗冲击等要求。针对废水各污染物的不同特性，在物化阶段尽可能去除其中的油脂及SS等污染物质，并在此基础上采用厌氧和好氧组合生物处理技术。

1 项目概述

某食品有限公司主要生产经营果冻、膨化食品、烘焙食品等，生产废水70%以上来自于果冻生产，另外还有少量膨化、烘焙生产车间排放的废水及少量生活污水。果冻生产废水主要来自水果预煮、制汁、浓缩等工序，有机物主要以碳水化合物为主，如糖类、有机酸、多元醇等，废水中还含有一定量的明胶、果胶、卡拉胶等，这些胶分子质量大、结构稳定。因此该企业废水是一种高浓度的有机废水，水质特点是COD、BOD、SS、油脂含量高，B/C高，可生化性好，氮、磷含量高。按照环保“三同时”的要求，公司配套建设相应的废水处理工程。

2 设计参数及工艺流程

2.1 水量及水质

根据企业提供的资料，本废水处理工程处理的废水主要为果冻生产废水，另外包括少量膨化食品生产废水、烘焙食品生产废水以及厂区生活污水。按照公司所在地环保部门的要求，该废水处理工程需达到国家环保部颁布的《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）的二级排放要求，然后排入市政污水处理厂进一步处理。综合国内外同行业的经验数据，结合企业的发展规划，确定该废水处理工程的设计规模为1 000 m3/d（42 m3/h），综合废水水质及排放标准如表 1所示。

表 1 综合废水水质及排放标准

2.2 工艺流程

废水的BOD5/COD=0.447，可生化性较好，故废水处理可采用以生化处理（厌氧+好氧组合工艺）为主、物化处理为辅的组合处理工艺，又因废水中动植物油浓度较高，可增加除油预处理设施，以确保后续处理工序良好运行以及外排废水中动植物油浓度达标。确定工程采用“预处理+高效气浮+UBF厌氧+改良氧化沟”的综合处理工艺，工艺流程见图 1。

图 1 废水处理工艺流程

2.3 工艺说明

生产系统排出的废水以及厂区内的生活污水经排水管（沟）进入废水处理站，在经过机械格栅去除大粒径漂浮杂质后进入集水调节池。集水调节池上设撇油器，池内安装穿孔管曝气系统。设置集水调节池，可以稳定调节废水的水量与水质，防止由于废水排水的不连续而造成废水处理系统的负荷冲击。曝气可充分搅动混合废水，一方面可使废水中漂浮状油脂充分上浮，另一方面可防止有机质沉淀厌氧氧化进而腐败发臭，同时对废水进行预曝气还可以降解部分有机负荷，减轻后续系统的压力。废水在集水调节池均质均量后由泵送入高效气浮澄清器，在输送过程中投加混凝剂，经过混凝气浮去除废水中大部分的胶体类悬浮物质及动植物油脂等有机污染物，为后续生化处理奠定基础。

高效气浮澄清器出水进入生化处理系统的微生物酸化池。在微生物酸化池中，特种产酸菌将复杂难降解的COD转化为易降解的COD，高分子有机物转化为低分子有机物，这为后续的厌氧反应器中的产甲烷菌提供了充足的食物。微生物酸化池出水在厌氧调节池中与厌氧处理后的一部分出水混合后由泵送入UBF厌氧反应器。在高效产甲烷菌的作用下，大部分的有机物被分解为无机小分子物质（二氧化碳和水）和甲烷，出水自流入好氧生化处理系统，甲烷通过三相分离器收集后送入锅炉燃烧。

厌氧出水进入由生物选择池、改良氧化沟以及二沉池组成的好氧生化处理系统进行好氧生化处理。经过好氧生化处理后的废水经二沉池泥水分离后，上清液即可回用或达标外排。

高效气浮澄清器的浮渣及沉淀污泥以及厌氧池、二沉池的剩余污泥，经污泥浓缩池浓缩后泵入污泥脱水机脱水，含水率达到75%左右后外运，进行综合利用或填埋处置。污泥浓缩池的上清液及脱水过程中的滤液、冲洗液回流入集水池进行再处理，杜绝产生二次污染。

3 工艺设备及设计参数

3.1 预处理单元

（1）格栅。LHXG-500型格栅1台，材质为304不锈钢，有效栅宽500 mm，栅齿间隙5 mm，栅网速度3.8 m/min，功率0.55 kW。格栅倾角60°，沟（渠）深1.5 m，卸渣高度2 m。

（2）集水调节池。鉴于该企业生产废水的排放为间歇性排放，水质、水量的波动性较大，为避免整个处理系统受到负荷冲击致使处理效果不稳定，在整个废水处理系统前设置大容积砖混结构集水调节池1座，用来收集生产系统排放的废水，起到稳定水量，调节水质的作用。集水调节池池面设置撇油器，撇油撇渣。水下设置曝气管，防止悬浮物沉积。从集水调节池出来的废水由泵提升送至高效气浮澄清器。集水调节池设计流量42 m3/h，水力停留时间（HRT）8 h，规格尺寸16.0 m×6.0 m×4.0 m，有效容积336 m3，高程布置上超高0.5 m。

配套设备包括：80WQ50-10-3废水提升泵2台，1用1备；LHPY-60行车式撇油器1台，钢制防腐；DN 50穿孔曝气管1套，ABS；SWR150-150A-1520罗茨鼓风机2套，1用1备。

3.2 物化处理单元

（1）高效气浮澄清器。钢制内衬不锈钢LH- QC7.5型高效气浮澄清器1台，设计流量42 m3/h，外型尺寸为6.0 m×2.0 m×2.4 m，功率7.5 kW +0.5 kW。

（2）加药系统。包括溶药罐4台，尺寸为D 2.0 m×2.5 m，体积6.5 m3，碳钢防腐；JBR-400溶药搅拌器 4台，2用2备，钢制防腐；加药泵4台，Q=2 m3/h，H=20 m，2用2备。

3.3 厌氧生化处理单元

（1）微生物酸化池。砖混二廊道折流式微生物酸化池1座，主要用来接收高效气浮澄清器出水，利用特种产酸菌将复杂难降解的COD转化为易降解的COD，高分子有机物转化为低分子有机物（低级脂肪酸），为后续UBF厌氧反应器中的产甲烷菌提供充足的营养。设计流量42 m3/h，HRT=9 h，规格尺寸为14.0 m×8.0 m×4.5 m，有效容积380 m3，高程布置上超高2.0 m。

酸化池填料采用专用全塑性夹片维纶醛化丝填料，规格D=150 mm，安装高度2.5 m，总体积280 m3。

（2）厌氧调节池。砖混结构厌氧调节池1座，用来接收微生物酸化池出水、反应器回流水，废水在此混合后由提升泵送入UBF厌氧反应器。池内设置列管式蒸汽加热管，冬季利用生产系统废蒸汽的余热循环加热池内废水，以提高厌氧效果。设计流量42 m3/h，HRT=51.4 min，规格尺寸4.0 m×3.0 m×3.5 m，有效容积36 m3，高程布置上超高0.5 m。

配套100W80-20型厌氧进液泵2台，1用1备。

（3）UBF厌氧反应器。钢制内衬玻璃钢UBF厌氧反应器1座，在这里高效产甲烷菌将废水中大量的低级脂肪酸降解转化为甲烷、二氧化碳、水和新的细胞物质，在降解废水污染负荷的同时回收沼气。设计流量42 m3/h，HRT=7.62 h，COD容积负荷4.73 kg/（m3·d），外形尺寸D 8 m×7.0 m，有效容积320 m3，高程布置上超高4.5 m。

厌氧填料采用专用全塑性夹片维纶醛化丝填料，规格为D=150 mm，总体积125 m3，安装高度2.5 m。

钢骨架玻璃钢三相分离器1套，规格为D 8 m×0.5 m。

厌氧附件1套，包括布水器、溢流堰、回流装置、水封系统，钢制防腐。

3.4 好氧生化处理单元

（1）生物选择池。钢筋砼结构生物选择池1座，设计流量42 m3/h，HRT=34.3 min，规格尺寸为D 3.0 m×4.0 m，有效容积24 m3，高程布置上超高3.5 m。

配套QJB320型不锈钢潜水搅拌机1台。

（2）改良氧化沟。钢筋砼二廊道折流式改良氧化沟1座，设计流量42 m3/h，HRT=25.7 h，COD容积负荷0.56 kg/（m3·d），MLSS 2～3 g/L，污泥负荷（以 COD/MLSS计）0.22 kg/（kg·d），池体尺寸30.0 m× 8.0 m×5.0 m，有效容积1 080 m3，高程布置上超高3.0 m。

配套LH-TB11型不锈钢推流搅拌式曝气机 2台。

（3）二沉池。钢筋砼平流式沉淀池1座，用来接收好氧生化废水，沉淀澄清，回流及外排污泥。设计流量42 m3/h，HRT=6.9 h，表面负荷0.53 m3/（m2·h），规格尺寸10.0 m×8.0 m×4.2 m，有效容积290 m3，高程布置上超高2.5 m。

配套设备包括：LHXN-8型行车式刮吸泥机 1套，钢制防腐，水下不锈钢；80WQ40-12-3吸泥泵2台。

3.5 污泥处理单元

（1）污泥浓缩池。钢筋砼竖流式沉淀池2座，用来储存系统产生的污泥并进行浓缩。规格尺寸 D 3.0 m×4.5 m，有效容积28 m3，高程布置上超高 0.5 m。

（2）污泥脱水机。LH-X1000带式浓缩压榨一体化过滤机1台，处理能力10～25 m3/h，功率0.55 kW +1.5 kW。

配套设备包括：污泥输送泵2台，1用1备，Q=30 m3/h，H=20 m；冲洗水泵1台，Q=20 m3/h，H=45 m；空压机1台，Q=0.30 m3/min，P=0.7 MPa。

加药系统1套，含溶药储药罐、溶药搅拌器、加药计量泵。

4 工程实际运行效果

4.1 污染物去除效果

该工程经半年多的实际运行检验，各项指标都能稳定达到设计要求，具体各阶段处理效果见表 2。

表 2 实际处理效果监测

注：各组数据均为10次检测结果的平均值。

4.2 处理成本

（1）工程用电设备共计26台（套），总装机容量为131.39 kW，实际水处理系统正常运行功率 86.29 kW，若电价按0.60元/（kW·h）计，则每天电费994.06元。

（2）污水处理厂采用四班三运转工作制，定员5人（其中污水站站长1名、技术员、化验人员由站长兼、操作工4名），人均日工资按60元计，则每日人工工资300元。

（3）工程每日絮凝剂消耗费用为250元。以上合计，本工程每日运行直接费用为1 544.06元，折合吨水处理直接成本为1.54元。。

5 结论

运行结果表明，采用预处理+厌氧+好氧工艺来处理以果冻为主的食品生产有机废水可行，系统处理效果明显，各项指标去除率高，COD总的去除率为97%，BOD5总去除率为98.5%，SS总去除率94.9%，氨氮总去除率为85.7%，油脂总去除率为93.4%。出水水质优于《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）二级排放标准。

从运行实践来看，该工艺具有较高的抗冲击负荷能力，运行稳定，尽管车间排出水的水质水量起伏大，但出水水质始终能满足排放要求。

工程投资较低，运行费用合理。该工程总投资为235万元，运行费用为1.54元/m3。该工艺对同类废水的处理有一定的借鉴意义。

由于没有采用自控加药系统，药剂的投加不能根据进水水质的变化及时调整，运行中存在药剂浪费现象。厌氧产生的沼气经测量每天可达300 m3左右，工程中只是简单引入锅炉燃烧，没有高效利用。如果在上述方面加以改进，运行费用会有大幅降低。