斜板隔油-涡凹气浮-ABR-接触氧化组合工艺处理油脂废水

白王军， 倪军， 祝建中

（1.河海大学， 南京 210098； 2.河海大学 环境学院， 南京 210098）

油脂废水中的动植物油以浮油、 分散油、 溶解油等形式存在， 其危害性是油脂在静置后形成一层油膜， 从而隔绝空气中的氧溶解到水体中， 使得水中溶解氧大幅减少， 导致水体中生物因缺氧而死亡， 同时也妨碍水生植物的光合作用， 最终影响水体自净功能降低， 更有甚者致使整个水体变臭， 破坏地区水生态环境。

本文介绍了某油脂企业的废水处理工程， 该工程根据油脂废水的特点， 采用物化－生化组合处理工艺， 优化运行参数后出水达到排放标准要求， 为油脂企业的废水处理工程的设计和运行提供参考。

1 工程概况

安徽某油脂企业主要产品为菜籽、 玉米胚芽、米糠三大油料的植物油制取品等， 年生产规模为1.5 万t， 生产工艺主要为油料预处理、 机械压榨法取油、 浸出法制油、 油脂精炼、 油脂的改性与调制等工序。 油脂废水主要产生于油脂生产车间各个生产过程中， 包括水化、 酸化、 中和、 脱胶、 脱臭、水洗、 过滤等生产环节。 废水所含主要污染物除高浓度油脂外， 还含有磷脂、 皂等有机物以及酸、 碱和悬浮物等， 结果造成废水中COD 和BOD5浓度都很高。 废水特征主要为成分复杂， 水量、 水质波动性大， 含油量高， 碳氮质量比较低。

2 设计规模及进出水水质

2.1 设计规模

依据该企业提供的数据， 处理量为600 m3／d，处理设施运行时间每天按24 h 计， 则设计规模为25 m3／h。

2.2 设计进出水水质

该废水来源于生产车间产生的生产废水、 冲洗废水以及厂区少量的生活污水。 根据环评和环保部门的要求， 出水水质需达到GB 8978—1996《污水综合排放标准》的一级标准。 设计进出水水质见表1。

表1 设计进出水水质Tab. 1 Design influent and effluent water quality

3 废水处理工艺

3.1 废水处理工艺选择

油脂废水大多数为间歇性排放， 含有的污染物成分复杂， 水质水量波动幅度大， 从而导致难以有效处理， 且对废水处理设施有较强冲击。 目前， 按其作用原理和去除对象可分为物理化学法、 化学法和生物处理法， 虽然油脂废水的处理工艺较多， 但生物处理仍是降解油脂废水最重要、 最稳定的一种工艺。 乔大磊等［1］采用CAF－EGSB－SBR 组合工艺处理植物油脂废水， COD、 BOD5和SS 去除率分别可达95.0%、 95.3%、 88.9%； 赖万东等［2］通过筛选高效降油菌进行除油试验， 废水中总油的去除率可达90.7% 以上； 刘妮妮等［3］采用隔油、 破乳、 絮凝、 气浮和生化处理相结合的工艺有效降低了废水中的COD 浓度和含油量； 李德胜［4］采用酸析－隔油－气浮－A／O－BAF 工艺处理油脂废水， 出水指标达到GB 8978—1996 的二级标准。

目前， 油脂废水处理的技术相对比较成熟，采用的主体工艺包括隔油－气浮－UASB－接触氧化－混凝沉淀或隔油－气浮－水解酸化－接触氧化－混凝沉淀等处理单元。 如果废水中COD 浓度不高， 则采用水解酸化或ABR 即可； 相反， 如果COD 浓度较高， 则选择UASB 处理较为合适。 而对于油脂废水中的动植物油、 SS 等污染物可以通过隔油－气浮等物理单元进行去除， 以减轻后续污染负荷，从而缩短工艺流程， 节省日常运行费用。

预处理后续的生化处理单元目前应用最多的是SBR 工艺和接触氧化工艺。 SBR 法是集调节、 初沉、 生物降解和终沉排水等功能于一体的组合工艺， 无需污泥回流系统［5］， SBR 的基本操作从时序上依次为进水、 反应、 沉淀、 出水和闲置5 个过程， 并组成一个周期［6］； 接触氧化法则具有工艺相对成熟、 去除污染物负荷高、 耐冲击能力强及产生污泥量少等优点， 且具有成功处理油脂废水的实例［7－8］。 接触氧化相对SBR 有很多设计和运行上的优点， 邬容伟等［9］采用混 凝气浮-UASB-接触氧化-混凝沉淀组合工艺处理油脂废水， 其运行数据表明接触氧化工艺的处理效果较佳。

3.2 废水处理工艺流程

在油脂废水处理的过程中， 虽然有很多不同的工艺组合， 但需结合实际情况， 并考虑废水的水质特征。 本工程根据进出水的特点， 采用的主体工艺为斜板隔油－涡凹气浮－ABR－接触氧化， 具体的废水处理工艺流程如图1 所示。

图1 废水处理工艺流程Fig. 1 Wastewater treatment process

油脂废水首先经格栅池拦截废水中大的杂物，防止堵塞水泵的叶轮； 之后废水流入CPI 斜板隔油池去除浮油、 分散油和少量乳化油， 减轻后续工艺单元的油负荷； 废水再用泵提升至涡凹气浮机， 此阶段废水中含有较多以乳化油的形式存在的油脂，同时废水中含有的悬浮物无法通过前序工艺去除，因此在涡凹气浮机中设置加药系统以投加混凝剂PAC 和助凝剂PAM， 去除废水中含有的乳化油和悬浮物［10-11］， 以保障后续工艺的安全运行， 同时可以进一步降低生化负荷。

经上述预处理后的废水自流至调节池进行水质、 水量调节， 然后泵至后续处理： 首先进入ABR 池， 通过厌氧水解作用将比较难降解的大分子转化成小分子， COD、 BOD5浓度大幅降低， 提高了废水的可生化性， 更有利于后续生化过程的处理； 之后自流进入接触氧化池， 由于生物膜上的各类生物相非常丰富， 在接触氧化池内BOD5进一步得到降解， 且由于生物膜由外向内微生物的不同， 也会有硝化菌和反硝化菌的存在， 可以在降解BOD5的同时消减TN。 最后废水进入二沉池，进行泥水分离， 分离后的污泥排至污泥浓缩池，上清液则进入消毒池经消毒后排放至水体。

废水预处理过程中产生的浮渣、 ABR 池底泥和接触氧化池生物污泥自流进入污泥浓缩池， 进行混合重力浓缩后， 经污泥泵打入污泥脱水机进行脱水， 脱水污泥外运妥善处置， 污泥浓缩池的上清液和脱水机的压滤水回流至调节池。 格栅产生的浮渣进行清运， 隔油池的油进行收集回收。同时， 工程设置事故池， 用于发生事故时废水暂存，事故解除后则少量、 分批次进入废水处理系统。

4 主要构筑物及设计参数

（1） 粗格栅。 1 台， 不锈钢304 材质， 格栅池内深度为5 000 mm， 宽度为800 mm， 栅间隙为20 mm。 机械式循环齿耙清污机材质为不锈钢304，机械粗格栅根据液位差计控制自动运行。

（2） CPI 斜板隔油池。 1 座， 钢筋混凝土结构，外形尺寸为6 000 mm × 3 000 mm × 3 300 mm， 有效水深2.8 m， 有效容积为50 m3， 停留时间为2 h，最大表面负荷为1.4 m3／（m2·h）。

（3） 涡凹气浮机。 2 套， 采用方形碳钢防腐，外形尺寸为4 800 mm × 2 000 mm × 1 800 mm， 有效水深1.0 m， 总停留时间为23 min。 配套设1 台风机、 4 台溶气释放器、 2 台刮渣机。

（4） 调节池。 1 座， 钢筋混凝土结构， 外形尺寸为10 000 mm×6 000 mm×5 500 mm， 有效水深5.0 m， 有效容积为300 m3， 停留时间为12 h。 调节池内设置UPVC 材质穿孔曝气搅拌装置1 套； 转鼓细格栅1 套， 直径为800 mm， 栅距为3 mm， 配套螺旋输送机1 台， 转鼓细格栅根据液位差计自动运行。

（5） 提升泵池。 1 座， 钢筋混凝土结构， 外形尺寸为5 000 mm × 4 000 mm × 5 500 mm。 设置废水提升泵3 台， 2 用1 备； 超声波液位控制器1套， 根据水位高程自动控制调整提升泵的启停。

（6） ABR 池。 1 座2 组， 钢筋混凝土结构， 外形尺寸为10 000 mm×5 700 mm×5 500 mm， 有效水深5.0 m， 水力停留时间为11.4 h。 ABR 池采用等间距敞口并增设立体弹性填料， 填料高度为3.0 m；同时为保障均匀上向流布水， 在ABR 池底部设置穿孔配水渠， 顶部设置三角堰集水槽。 ABR 反应器分隔成6 隔室， 容积负荷为1.0 kg［COD］／（m3·d）， 污泥质量浓度为15 g／L。

（7） 接触氧化池。 1 座2 组， 钢筋混凝土结构， 外 形 尺 寸 为11 000 mm × 6 000 mm × 5 200 mm， 有效水深为4.5 m， 有效容积为300 m3， 设计停留时间为12 h， 污泥质量浓度为5 000 mg／L， 容积负荷为2.0 kg／（m3·d）， 溶解氧质量浓度为2.5 ～3.5 mg／L， 气水比为（15 ～20）∶1。 池内安装立体弹性填料， 直径为150 mm， 填料高度为3.0 m， 采用穿孔管曝气。

（8） 二沉池。 设置形式为斜管沉淀池， 1 座，钢筋混凝土结构， 外形尺寸为5 000 mm × 5 000 mm×4 500 mm， 有效水深3.0 m， 设计停留时间为3.0 h， 表面负荷为1.0 m3／（m2·h）。

（9） 消毒池。 1 座， 钢筋混凝土结构， 外形尺寸为2 900 mm×2 000 mm×3 000 mm， 有效水深2.5 m，停留时间为35 min。 采用二氧化氯消毒。

（10） 鼓风机房及配电室。 1 座， 砖混结构， 平面尺寸为8 000 mm×4 000 mm。 设置罗茨鼓风机2台， 1 用1 备； 配电自控系统1 套。

（11） 污泥浓缩池。 1 座， 钢筋混凝土结构，直径为5 000 mm， 有效水深3.0 m。

（12） 污泥脱水间。 1 座， 砖混结构， 平面尺寸为6 000 mm×4 000 mm。 设置污泥脱水机、 加药设备、 污泥泵、 无轴螺旋输送器等。

（13） 事故池。 1 座， 钢筋混凝土结构， 外形尺寸为10 000 mm×6 000 mm×5 500 mm， 有效水深5.0 m， 有效容积为300 m3。

5 运行效果

经过近2 个月的单机调试， 以及3 个月的联动调试后投入运行， 各处理单元的去除率基本达到设计要求， 最终的出水指标平均值为： COD 95.2 mg／L， BOD523.8 mg／L， SS 62.0 mg／L， 动植物油7.0 mg／L， 出水水质达到GB 8978—1996 中的一级标准。 各处理单元的出水水质检测数据见表2。

表2 各处理单元的出水水质及去除率Tab. 2 Effluent water quality and pollutants removal rate of each treatment unit

6 主要技术经济指标

该工程的总建设费用为230.0 万元， 其中土建费用120.0 万， 设备及材料费用80.0 万元， 安装费及相关技术服务费30.0 万。

该 工 程 的 运 行 费 用 为1.50 元／m3， 包 括 电 费0.8 元／m3， 药剂（PAC、 PAM）费用0.21 元／m3， 人工费0.34 元／m3， 污泥处置费0.15 元／m3。

7 结语

（1） 从运行实践可知， 该工程采用斜板隔油－涡凹气浮－ABR－接触氧化组合工艺处理油脂废水是可行的。 经过该工艺处理后， 出水各指标平均值为： COD 95.2 mg／L， BOD523.8 mg／L， SS 62.0 mg／L，动植物油7.0 mg／L， 出水水质达到GB 8978—1996中的一级标准。

（2） 该工程采用的CPI 斜板隔油和涡凹气浮，克服了浮油、 分散油、 乳化油、 少量溶解油难以去除的问题， 可以有效防止油脂过高对后续单元的影响。