混凝沉淀—水解酸化—CAST 工艺处理食品工业废水

李尚月，余建朋，况 力，饶思源

（1.机械工业第三设计研究院，重庆400039；2.重庆水务集团股份有限公司，重庆400020）

食品加工过程中有大量的副产物和废弃物产生，而且用水量很大，废水排放量也很大。食品工业废水主要来源于3个生产工段：一是原料清洗工段，废水含大量悬浮物；二是生产工段，原料中未利用的部分进入废水中，含有大量有机物；三是成形工段，使用了各种食品添加剂，一部分流失进入废水，使废水化学成分复杂。

食品工业废水的特点主要体现6个方面：1）废水量大小不一；2）生产随季节变化，废水水质水量也随季节变化；3）废水中可生物降解成分多；4）废水中含各种微生物，包括致病微生物，废水易腐败发臭；5）高浓度废水多，其BOD浓度在500mg／L以上的情况很多，其中有浓度高达数万毫克每升的，亦并不罕见；6）废水中氮、磷含量较高。

1 废水水质、水量及工艺选择

1.1 废水水质、水量

彭水县某工业园区企业为农副产品深加工和食品加工类型企业，所排放的废水主要包括园区内企业的生产废水、园区内居民区及公共场所生活废水。废水的主要成分为食品工业废水，随季节、制作工艺的变化而变化，废水中含有大量的有机物，易腐败，不含有害物质，属于中高浓度废水。

对于企业生产废水，要求第二类污染物达到GB8978－1996《污水综合排放标准》第二类污染物最高允许排放浓度的三级标准后，才允许排入工业园区污水管网系统，但是，由于园区采用标准厂房，入驻企业多采用作坊式生产，所排放的废水一般情况下未经过预处理（或预处理后不一定达到三级标准）就直接排入园区污水处理厂，造成园区污水处理厂的进水水质浓度偏高。

工业园区的污水经污水处理厂处理达标后排入郁江，达到GB8978－1996《污水综合排放标准》一级标准。园区污水处理厂设计进出水水质见表1

表1 污水处理厂进出水水质

根据工业园区发展情况和企业入住情况，预计到2015年，废水排放量将达到3 000t／d左右，园区污水处理厂远期建设规模扩建至6 000t／d。

1.2 处理系统工艺选择

目前处理城市废水主要采用生化处理法，但由于该工业园区污水处理厂的原水大部分来自食品工业，废水的有机物浓度较高，因此必须经一定预处理后再进行生化处理。预处理工艺采用混凝沉淀法，加少量的混凝剂可去除废水中50%以上的有机物。

处理中高浓度的有机废水常常需要在好氧处理系统前段设置厌氧预处理段，水解酸化可以将废水中的难降解的大分子有机物分解成易降解的小分子有机物，水力停留时间较短，只部分降解有机物，达到降低好氧生物阶段的负荷、改善废水营养平衡的目的。

好氧处理系统采用循环式活性污泥法处理工艺，即CAST工艺，指设有生物选择器及兼氧区和主反应区的可变容积反应池，生物选择器可有效防止污泥膨胀，以序批曝气—非曝气方式运行的间歇式活性污泥处理工艺，在一个反应器中完成有机污染物的生物降解和泥水分离的处理功能。它的循环操作运行过程包括以下四个阶段：充水－曝气阶段、沉淀阶段、滗水（上清液排出）、闲置阶段。CAST工艺具有运行方式灵活、占地面积小、耐冲击负荷，适合小规模污水的生化处理。

通过以上分析，最终确定选用混凝沉淀—水解酸化—CAST工艺的组合工艺技术作为该工业园区污水处理厂处理工艺。该组合工艺是一种有效的、合理的优化工艺，运用此组合工艺处理后，污水污染物排放浓度可达到GB8978－1996《污水综合排放标准》一级标准。拟建项目污水治理分级去除效果见表2。

表2 废水中污染物分级去除效果

2 工艺流程及主要构筑物

2.1 工艺流程

混凝沉淀—水解酸化—CAST工艺流程见图1。

图1 园区污水处理厂工艺流程图

2.2 主要构筑物设计

根据工程规模及分期安排，格栅井、调节池、鼓风机房、接触消毒池和污泥脱水机房按远期（6 000 m3／d）设计，其它构筑物按近期（3 000m3／d）设计。主体构筑物见表3。

表3 主体构筑物一览表

2.2.1 格栅井

格栅井是污水处理厂内工艺流程的最前端构筑物，其作用为拦截污水中的垃圾渣子，保证污水提升泵能够正常运行。为保证事故排放，设置了安全溢流口。

2.2.2 调节池

根据污水水量和水质实际情况，为保证污水处理厂生产设施的正常稳定运行，在污水处理厂内设置调节池，起到均质、均量的作用。水力停留时间8h，有效池容1 000m3。

2.2.3 混凝沉淀池

投加PAC和PAM通过机械搅拌进行反应，反应时间分别为3min，再进行絮凝反应，反应时间为15min，絮凝反应后的污水进入混凝沉淀池。

沉淀池将絮凝反应后的混合液进行固液分离后，澄清水进入水解酸化池。本工程沉淀池采用平流式沉淀池，采用桁车式刮泥刮渣机。平流沉淀池具有沉淀效率高、停留时间短、占地少、去除浮油等优点。

为节约工程投资，平流式沉淀池采用与混凝反应池合建的一体式构筑物。

2.2.4 贮泥池

贮泥池作为临时贮存污泥的作用，贮泥池的污泥通过潜污泵抽至污泥脱水机房，平流式沉淀池的污泥和CAST池的剩余污泥排至贮泥池。

2.2.5 水解酸化池

水解酸化池是一种新型的厌氧反应器，将厌氧水解处理作为各种生化处理的预处理工艺，由于不需充氧曝气而大大降低了运行成本，有效提高污水的可生化性，降低后续生物处理阶段的负荷，大大减少了后续好氧处理工艺的曝气量，降低工程投资和运行费用。停留时间8h，有效池容667m3。

2.2.6 CAST生物处理池

CAST生物处理池分为生物选择区、厌氧区和好氧主反应区二个部分。其中选择区容积占单格总容积15%。进水与回流污泥充分混合后进入厌氧区。每个选择区内设有1个潜水搅拌器。厌氧区污水通过厌氧区与主反应区之间的隔墙底部开孔缓慢进入主反应区，主反应区内设有微孔曝气器。污水在主反应区经过周期性充水、曝气、沉淀、排水、闲置等阶段得到净化。工程设计两个CAST池，每格池设剩余污泥泵1台、回流污泥泵1台；底部微孔曝气器采用管式微孔曝气器；主反应区撇水采用旋转式滗水器，每格设1台。

根据自控程序周期性运行。循环时间为8h，其中充水4h、曝气6h、沉淀1h、排水1h，进水同时进行污泥回流，剩余污泥的排放在沉淀结束后进行。污泥负荷：Ns＝0.11kg BOD5／kgMLSS·d，污泥浓度：MLSS＝3 500mg／L，污泥龄：t＝15d。

2.2.7 接触消毒池

接触消毒是为了杀灭污水中的致病细菌，消毒系统采用二氧化氯消毒法。接触消毒池的池容按远期平均流量设计。设计流量：Q＝500m3／h（滗水器单台流量），接触时间：t＝30min，有效池容：V＝250m3，运行方式：间歇消毒。

2.2.8 柴油发电机房及鼓风机房

鼓风机房和变配电间合建，预留远期设备位置。鼓风机房考虑隔音降噪措施。

2.2.9 污泥脱水间

污泥脱水间设污泥带式浓缩脱水一体机及配套设备，保证污泥能及时被处理，可以有效防止污泥的二次污染。污泥脱水机房内预留远期设备位置。

2.2.10 加药间

加药间内设加氯系统、混凝剂投加系统和辅助营养物质投加系统。加氯系统包括二氧化氯发生器和配套设备；混凝剂投加系统，包括PAC投加系统和PAM投加系统；辅助营养物质投加系统包括投加酸碱、投加碳源、投加除磷剂等，工业废水成分复杂，设置辅助营养物质投加系统目的是保证微生物生长的环境和营养配比。

加药间和污泥脱水机房合建，包括原材料库房和设备间。土建按远期建设，并预留远期设备位置。

3 工程投资及成本分析

3.1 工程投资

彭水某食品工业园污水处理厂工程总投资预算为1 948.67万元，其中：第一部分工程费用1 355.67万元，工程建设其他费用448.65万元，基本预备费用144.35万元。

3.2 成本分析

处理每吨废水的各项直接运行费用见表4。

表4 处理每吨废水的各项直接运行费用

4 结 语

①混凝沉淀—水解酸化—CAST工艺技术先进，经济合理，运行可靠，适用于治理食品工业废水。

②按近期规模计算各污染物削减量为：CODCr686.2吨／年，BOD5423.4吨／年，SS 277.4吨／年，NH3－N14.6吨／年，对于水体污染物的减排起到一定的贡献。

③ 实施工业园区污水处理厂工程，有效确保园区工业废水实现达标排放，保护郁江和乌江免受污染，同时对保护三峡库区的水体质量和生态环境具有积极作用。

④ 工程运行费用较低，单位水量直接运行费用仅为0.43元／m3污水。

［1］ 唐受印，戴友芝.食品工业废水处理［M］.化学工业出版社.

［2］ 赫桂珍，高永.水解酸化＋SBR工艺在啤酒废水处理中的应用［J］.河北建筑工程学院学报，2005，23（04）：35－37.

［3］ 崔成武，江波.水解酸化－CASS工艺处理计划生育用药废水［J］.给水排水，2005，31（12）：59－60.

［4］ 许吉现，胡卜元.混凝沉淀－水解酸化－SBR工艺处理乳品废水［J］.中国给水排水，2007，23（6）：71－74.