某味精企业废水站扩能改造工程实例

余波， 张楠， 陈百恒， 王了辽

（陕西昕宇表面工程有限公司， 西安 710003）

我国2018 年味精产能占世界的80% 以上， 供给量占全球的60% 以上， 我国已成为全球最大的味精生产国和味精出口国， 每生产1 t 味精， 要排放15 ～20 t 废水， 对环境造成严重污染［1］。 东北某企业的味精生产主要以淀粉、 大米及糖密为原料，通过制糖、 发酵、 提取精制等工序， 最终制成味精， 产生的废水主要来源于生产过程中原料与设备的洗涤水、 消毒废水和提取味精后的发酵母液及浓缩结晶遗弃的结晶母液（离子交换尾液）， 具有“五高一低”的特点： 即CODCr、 BOD5、 菌体、 硫酸根（或氯离子）和氨氮含量高， pH 值低［2-4］。 目前， 高浓度（ρ（CODCr）＞1 500 mg／L）有机废水处理多采用生物法， 而A／O 工艺在工程实践中被证实为一种经济有效、 运行稳定的生物处理技术［5］。 味精废水具有较好的可生化性， 因此大都采用A／O 处理工艺或与其他技术联用的组合处理工艺。

移动床生物膜反应器（MBBR）是20 世纪80 年代后期出现的一种新型生物膜反应器［6］， MBBR 工艺以处理能力高、 能耗低、 不需要反冲洗、 出水水质稳定、 占地少、 剩余污泥量少、 维护管理简单等特点受到广泛关注［7］， 对氨氮和总氮处理效率优于一般活性污泥法［8-10］。

1 工程概况

东北某味精生产企业废水站设计水量为10 000 m3／d， 实际运行水量约为10 100 m3／d， 采用水解-厌氧-缺氧-好氧工艺， 出水CODCr、 氨氮要求达到GB 8978—1996《污水综合排放标准》中一级排放标准限值。 实际运行过程中， 由于进水量大于设计负荷， 进水水质波动较大， 导致出水CODCr、 氨氮不能稳定达标。 同时该企业拟对生产进行扩能改造，扩能后味精产量达到5 万t／a， 总排水量达到15 000 m3／d， 是现有废水站设计处理能力的1.5 倍。 针对这些情况， 拟对废水站进行扩能改造。 本次扩能改造将原有A／O 活性污泥法系统改造为以MBBR 专用填料为核心的生物膜法， 同时新增1 套处理量为5 000 m3／d 的A／O-MBBR 生化系统， 以满足扩能改造后新增水量的需求。

2 设计进出水水质

根据生产车间统计， 进入废水站的废水主要有7 股， 分别为淀粉蒸发工段排水、 复合肥蒸发工段排水、 提取蒸发工段排水、 糖化蒸发工段排水、 精制工段中和后排水、 淀粉高浓工段排水以及其他废水。 生产排水温度较高， 约为45 ～50 ℃， 各工段排水量、 水质及设计进出水水质详见表1。

表1 各工段排水量、 水质及设计进出水水质Tab.1 Discharged water quantity and quality of each section and design influent and effluent water quality

由表1 可知， 生产废水排放的CODCr、 BOD5、氨氮浓度较高， 进水pH 值较低， 处理难度大。 因此， 寻求适合该废水水质特点的处理技术， 是本次扩能改造成功的关键。

3 工艺流程

本次改造需要提高现有废水处理设施对CODCr、氨氮的去除效率， 同时新建1 套处理量为5 000 m3／d污水处理系统， 满足扩能部分的需求。 与传统活性污泥法相比， MBBR 能大幅提高CODCr、 氨氮去除效率， 而且对废水水质、 水量变化具有一定抗冲击负荷能力［11-15］。 在实地考察大量升级改造案例及查阅相关文献基础上， 本次扩能改造采用MBBR 技术， 具体思路如下： ①针对现有废水站处理水量超过设计处理能力， 出水CODCr、 氨氮不能稳定达标问题， 从现有IC 反应池出水总管上引一路管道至现有废水处理系统， 在该管道上增设流量计， 控制进入现有废水处理系统的水量， 同时更换现有好氧池的曝气系统， 并投加专有MBBR 填料及配套拦截反吹装置。 曝气风量一部分由现有罗茨风机（利旧）供应， 不足部分由新建废水处理系统的鼓风机供应。 ②从现有IC 反应池出水总管上引另一路管道至新建废水处理系统， 在管道上增设流量计， 新建系统缺氧池内设置MBBR 专用填料、 搅拌器及拦截装置， 好氧池内设置MBBR 专用填料、 曝气设备及拦截装置。 针对旧系统风量不足及新系统需求， 增设曝气设备（离心风机）， 保证整套足够风量。 ③针对生化系统进水pH 值过低或过高， 增设1 套HCl 和NaOH 加药系统， 同时在预酸化调节池内设置1 套pH 在线监测系统， 对pH 值进行监控，保证生化系统稳定性。

本项目主体采用预酸化-IC-A／O-MBBR 工艺，工艺流程如图1 所示。

4 主要建构筑物及设备参数

图1 工艺流程Fig. 1 Process flow

（1） 调节预酸化池。 现有1 座， 平面尺寸为22.8 m×22.1 m， 池深6.0 m， 有效水深5.5 m。 配套潜水搅拌机4 台， 功率为7.5 kW， 材质SS304；配套提升泵3 台， 流量为380 m3／h， 扬程为28 m，功率为110 kW； 现有冷却塔2 台， 单台处理量为300 m3／h。 针对调节池损坏， 本次改造采用玻璃钢“三布五油”防腐； 新增1 套逆流式方形工业用冷却塔， 材质为玻璃钢， PP 格栅填料， 处理水量为300 m3／h， 进塔水温为50 ℃， 出塔水温≤35 ℃。

（2） 事故池。 现有1 座， 平面尺寸为22.8 m×13.5 m， 池深6.0 m， 有效水深5.5 m。 配套潜水搅拌机2 台， 功率为7.5 kW， 材质SS304； 配套提升泵2台， 流量为150 m3／h， 扬 程 为30 m， 功 率 为7.5 kW。 针对事故池损坏， 本次改造采用玻璃钢“三布五油”防腐。

（3） IC 反应池。 现有1 座， 尺寸为φ 11.0 m×24.0 m， 有效容积为2 185 m3， 碳钢防腐。 配套70 m3沼气稳压罐。 IC 池由于扩能改造， 进水总量由10 000 m3／d 提升至15 000 m3／d， 有效停留时间仅为3.5 h， 有机物降解停留在水解阶段， 本次改造把其作为预处理和流量分配池使用。

（4） 缺氧池。 现有2 座， 平面尺寸为22.3 m×19.5 m， 池深6.7 m， 有效水深6.0 m， 有效容积为2 600 m3， 有效停留时间为12.5 h。 配套潜水搅拌机4 台， 功率为7.5 kW， 材质SS304。

本次改造新增缺氧池1 座， 平面尺寸为21.0 m×14.7 m， 池深6.5 m， 有效水深6.0 m， 有效容积为1 850 m3， 有效停留时间为8.9 h。 新增缺氧池内投加MBBR 悬浮填料780 m3， 填充率为30%， 填料材 质 为HDPE， 比 表 面 积 为500 m2／m3； 配 套MBBR 专用潜水搅拌机2 台， 功率为7.5 kW， 材质SS304； 配套拦截及反吹装置8 套， 圆筒形筛网尺寸为φ 650 mm×1 100 mm， 筛网孔径为10 mm， 不锈钢304 材质； 针对现有缺氧池损坏， 采用玻璃钢“三布五油”防腐。

（5） 好氧池。 现有2 座， 30.0 m×19.5 m， 池深6.7 m， 有效水深6.0 m， 有效容积为3 510 m3， 有效停留时间为16.8 h。 配套硝化液回流泵3 台， 流量为890 m3／h， 扬程为5.0 m， 功率为45 kW； 配套罗茨风机3 台， 流量为77 m3／min， 扬程为70 kPa， 功率为132 kW。

针对好氧池损坏， 本次改造采用玻璃钢“三布五油”防腐； 将现有好氧池微孔曝气改为MBBR 配套专用穿孔曝气管， 增加8 套出水拦截及吹扫装置， 向好氧池投加MBBR 悬浮填料， 填料直径为25 mm， 其比表面积为500 m2／m3， 材质为HDPE，填料堆积密度为（96 ± 2） kg／m3， 填充率为30%。新增好氧池1 座， 平面尺寸为28.3 m×21.0 m， 池深6.5 m， 有效水深6.0 m， 分隔为6 个串联水池，总有效容积为3 565 m3， 有效停留时间为17 h； 新增MBBR 拦截及反吹装置48 套， 配套离心风机3台， 流量为120 m3／min， 扬程为70 kPa， 功率为250 kW， 配套硝化液回流泵3 台， 流量为308 m3／h， 扬 程 为10 m， 功 率 为18.5 kW， 配 套 好 氧MBBR 专用填料， 填充率为30%。

（6） 二沉池。 现有1 座， 尺寸为φ 34.0 m×4.5 m。 配套中心传动刮泥机1 套； 配套污泥泵3 台，流量为210 m3／h， 扬程为10 m， 功率为7.5 kW。

本次改造新增二沉池1 座， 尺寸为φ 18.0 m×3.5 m。 配套中心传动刮泥机1 套； 配套污泥回流泵3 台， 流量为103 m3／h， 扬程为10 m， 功率为5.5 kW。

（7） 污泥浓缩池。 1 座， 尺寸为φ 14.0 m×4.5 m。 配套污泥泵3 台， 流量为40 m3／h， 扬程为20 m， 功率为11 kW； 配套2 台带宽为2 m 的压泥机。现有污水处理系统日产污泥量约1.8 t［干泥］／d， 新系统产生的污泥量为0.9 t［干泥］／d， 合计产泥量为2.7 t［干泥］／d， 经核算， 现有2 台污泥带式压滤机每天工作7 h 即可处理完所有污泥。

5 运行效果分析

工程改造完成后， 在调试期间， 由于系统进水悬浮物浓度较高， 导致缺氧池与好氧池之间的填料拦截网（拦截网孔径为10 mm）堵塞， 造成缺氧池水位超过报警水位， 为此， 在调节预酸化池进水处增设1 台处理能力为800 m3／h 的转鼓格栅， 间隙为3 mm， 有效解决了拦截网堵塞问题。 生化系统稳定运行后， 废水站采用24 h 连续监测各工艺段出水水质和水量指标， 检测结果表明， 经过改造后，整个废水处理系统运行正常， 出水水质良好， 出水CODCr、 氨氮稳定达到排放标准。 稳定运行期间，实际月平均进出水水质监测结果如表2 所示。

表2 实际进出水水质Tab. 2 Influent and effluent water quality

由表2 可知， 经过扩能改造处理后， 项目运行效果稳定， 出水各项指标都达到GB 8978—1996 的一级排放要求。

6 经济效益分析

项目总投资2 721.4 万元， 其中土建工程1 183.1万元， 设备及工器具购置费为1 298.2 万元， 安装工程费150.7 万元， 设计及技术服务费89.4 万元。

本次扩能改造运行成本考虑电耗、 药剂费（液碱）、 蒸汽费（加药管线伴热）， 处理水量以15 000 m3／d 计， 年运行8 640 h， 折合吨水费用为0.67 元。

7 结语

通过对现有生化曝气系统进行改造， 将原有A／O 工艺活性污泥法改造成A／O－MBBR 复合生物处理技术， 系统兼具生物膜法和A／O 工艺特点，具有处理效果好， 抗水质、 水量冲击负荷的优点，出水水质能稳定达到GB 8978—1996 一级排放标准。 在工程设计时， 应注意对进水采取合适的预处理措施， 防止填料拦截装置堵塞。