某制茶公司生产废水处理工程实例

周焕勇， 夏君

（贵州中车绿色环保有限公司， 贵阳 550081）

贵州某制茶公司主要从事茶与草本植物的精深加工业务， 以鲜茶叶及草本植物（如三七、 桂花、金银花等）为原料， 开发具有特定保健功效的植物活性成分， 以植物活性成分为基础， 设计、 开发健康食品饮品和功效化妆品， 工艺过程主要包括摊青、 粉碎、 萃取、 膜分离与浓缩等。 该企业生产废水来源较为复杂， 主要由膜分离截留液废水、 膜清洗废水、 设备及车间冲洗水、 研发中心废水组成。由于生产废水COD 含量高、 色度高， 若不加以处理直接排放， 将严重污染周围水环境。 通过对生产废水进行水质分析并结合国内外处理技术， 确定采用气浮-厌氧折流反应器（ABR）-A/O-MBR 组合工艺对生产废水进行处理， 产生的污泥用板框压滤机处理， 臭气采用UV 高效光解废气净化装置进行处理， 出水达到GB 8978—1996《污水综合排放标准》一级标准后排入市政污水井。

1 设计进出水水质

生产废水由截留液废水、 膜清洗废水、 设备及车间冲洗水、 研发中心废水等4 股废水组成， 截留液废水为陶瓷膜微滤、 管式膜超滤分离、 浓缩工序产生的截留液， 排放量为34 m3／d； 膜清洗废水包括膜酸洗废水、 膜碱洗废水和膜透析废水， 产生量为46 m3／d； 设备及车间冲洗水为项目车间及设备冲洗废水， 排放量为150 m3／d； 研发中心废水为研发中心在试验过程中产生的废水， 排放量为8 m3／d。 每天废水产生量约为238 m3， 设计余量为20%，设计进水量为285 m3／d。

根据当地环保局要求， 出水应达到GB 8978—1996一级标准后排入市政污水井。 综合各组成废水水质及出水标准， 设计进出水水质如表1 所示。

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

2 处理工艺流程

废水COD 和SS 浓度较高， 高SS 对生化法去除COD 影响较大， 同时去除COD 和SS 成为本工程的难点。 进水m（BOD5）／m（COD）值为0.5， 可生化性好， 且来水COD 质量浓度达到4 000 mg／L，属于有机物浓度较高的废水， 因此宜采用厌氧及好氧生化法作为主体处理工艺； 但因为SS 浓度高，对生化系统影响较大， 所以采用预处理工艺（浅层气浮）与生化法相结合， 先去除废水中的SS， 再对COD 和氨氮进行梯度降解， 以满足出水要求。

主要处理工艺选择如下：

（1） 预处理工艺。 由于生产废水主要由设备及车间冲洗水、 膜清洗废水及截留液废水组成， 其中含有大量的茶叶及草本植物残渣， 这些悬浮物密度小、 含量高， 因此采用浅层气浮作为预处理工艺，可大量去除生产废水中的悬浮物及其产生的COD。

（2） 厌氧生化工艺。 厌氧生化工艺主要有EGSB、IC、 UASB、 ABR 等， 由于本项目要求所有废水处理装置均设置在地下， 而EGSB、 IC、 UASB 等厌氧反应器设备的高度大， 全建在地下工程难度大、费用高， 因此选择装置高度相对较低的ABR 厌氧反应器。 ABR 是一个由多隔室组成的高效反应器，具有水力条件好、 生物固体截留能力强、 微生物种群分布好、 结构简单、 启动较快及运行稳定等优良性能［1］， 适合处理水质变化较大的废水。 利用ABR将废水中不易降解的难生化的大分子有机物， 水解成易生化的小分子有机物， 一方面降低了污染负荷， 另一方面提高了废水的可生化性［2-3］， 从而提高后续好氧处理对COD 的去除率。

（3） 好氧生化工艺。 好氧生化工艺主要有氧化沟、 SBR、 A2／O、 A／O 工艺等， 本项目处理规模小，不宜采用氧化沟及SBR 法， 同时废水中氨氮含量高、 总磷含量极少， 因此选择A／O 工艺作为本项目的好氧生化工艺。 A／O 工艺固液分离主要采用二沉池及MBR 工艺， 由于本装置占地面积小、 A／O池高度低， 为了提高A／O 污泥浓度、 处理负荷及固液分离效果， 采用MBR 法作为A／O 的固液分离。 MBR 作为一种生物技术与膜技术相结合的高效生化水处理技术， 因其污染物去除效率高、 净化水质好、 水质稳定和净化水宜于回用等特点［4-5］而广受关注。 MBR 结合了生物处理技术与膜分离技术的特点， 在有机物降解和脱氮除磷等方面发挥出独特的技术优势， 使得出水水质更加稳定优越［6-7］。

最终本项目采用气浮预处理-ABR 厌氧处理-A／O 好氧处理-MBR 工艺对废水进行处理， 工艺流程如图1 所示。

图1 废水处理工艺流程Fig. 1 Process flow of wastewater treatment

3 主要构筑物及设备参数

（1） 调节池。 1 座， 钢筋混凝土结构， 尺寸为15.0 m × 5.0 m × 4.5 m， 有效容积为300 m3， HRT为24 h。 内置QJB0.85／8－260／3－740S 型潜水搅拌机2 台， 功率为0.85 kW； 提升泵2 台（1 用1 备），流量为15 m3／h， 扬程为15 m， 功率为1.5 kW。

（2） 浅层气浮。 处理水量为12 m3／h， 1 座， 碳钢材质， 尺寸为φ3.0 m×1.0 m， 有效水深为0.7 m，HRT 为0.58 h， 表面负荷为1.7 m3／（m2·h）， 回流比为50%～100%。 主电机功率为0.75 kW， 刮渣机功率为0.75 kW， 溶气水泵功率为1.5 kW， 空压机功率为0.75 kW， 配有PAC 及PAM 投加系统各1 套。

（3） ABR 反应器。 2 座， 钢筋混凝土结构， 单座尺寸为10.0 m × 5.0 m × 5.5 m， 单座分为4 格，尺寸分别为3.0 m×5.0 m×5.5 m、 3.0 m×5.0 m×5.5 m、 2.0 m × 5.0 m × 5.5 m、 2.0 m × 5.0 m × 5.5 m， 有效容积为250 m3， 隔室上升流速为1.2 m／h，HRT 为40 h， 容积负荷为1.37 kg［BOD5］／（m3·d），配套φ100 mm ABS 弹性生物填料300 m3， 设置温度在线分析仪、 pH 在线分析仪及ORP 在线分析仪。

（4） A 池。 1 座， 钢筋混凝土结构， 尺寸为5.0 m×5.0 m×4.5 m， 有效容积为100 m3， HRT 为8 h， 污泥质量浓度为3 000 mg／L， 设计BOD5污泥负荷为0.2 kg［BOD5］／（kg［MLSS］·d）， 溶解氧质量浓度控制在0 ～0.5 mg／L， 混合液回流比为100%～300%。 内置QJB0.85／8－260／3－740S 型潜水搅拌机1 套， 功率为0.85 kW。

（5） O 池。 1 座， 钢筋混凝土结构， 尺寸为10.0 m×5.0 m×4.5 m， 有效容积为200 m3， HRT 为16.5 h， 污泥质量浓度为3 000 mg／L， 设计BOD5污泥负荷为0.3 kg［BOD5］／（kg［MLSS］·d）， 溶解氧质量浓度控制在2 ～5 mg／L。 内置管式曝气器30 根， 尺寸为φ94 mm × 1 000 mm； 配套罗茨风机2 台（1用1 备）， 风量为4.17 m3／min， 风压为0.05 MPa，功率为5.5 kW； 设置溶解氧在线分析仪。

（6） MBR 反应池。 1 座， 钢筋混凝土结构，尺寸为5.0 m × 4.0 m × 4.5 m， 有效容积为80 m3，内置PVDF 中空纤维膜2 组， 膜通量为15 L／（m2·h）， 总面积为1 000 m2。 设管式曝气器15 根， 尺寸为φ94 mm×1 000 mm； 罗茨风机1 台， 风量为4.17 m3／min， 风 压 为0.05 MPa， 功 率 为5.5 kW；产水泵2 台（1 用1 备）， 流量为15 m3／h， 扬程为20 m， 功率为2.2 kW； 污泥回流泵2 台（1 用1 备）， 流量为20 m3／h， 扬程为7 m， 功率为1.5 kW； 反洗泵2 台（1 用1 备）， 流量为20 m3／h， 扬程为20 m，功率为2.2 kW； 次氯酸钠投加装置1 套。

（7） 污泥处理系统。 污泥池1 座， 钢筋混凝土结构， 尺寸为2.0 m×2.0 m×3.5 m。 选用2 台污泥泵（1 用1 备， 流量为5 m3／h， 扬程为100 m， 功率为5.5 kW）， 将污泥抽至隔膜式板框压滤机（过滤面积为50 m2）进行脱水， 泥饼外运处理。

（8） 除臭装置。 采用UV 高效光解废气净化装置， 1 套， SS304 材质， 处理能力为1 000 m3／h， 尺寸为900 mm×525 mm×670 mm， 功率为1.28 kW。

4 设计特点

（1） 该项目生产废水进水量小、 有机物浓度较高， 采用气浮预处理大量降低了废水中的悬浮物，同时降低了BOD5、 COD、 色度等污染物， 减少运行成本。 通过ABR 厌氧处理可去除大部分COD，提高废水可生化性。 A／O-MBR 膜处理利用好氧活性污泥将废水中的有机物、 氨氮、 悬浮物等进一步去除， 出水满足GB 8978—1996 一级标准要求。

（2） 装置基本设置在地下， 生产中产生的臭气单独收集后进入UV 高效光解废气净化装置进行处理， 整套装置无异味， 保证了厂区的清洁生产。

5 运行效果

调试期间接种的厌氧及好氧污泥均来自市政污水处理厂活性污泥， 经过65 d 调试， 装置达到设计负荷， 出水达到GB 8978—1996 一级标准， 各工段处理效果见表2。

表2 各主要处理单元出水水质Tab. 2 Effluent water quality of each main treatment unit

由表2 可知， 采用浅层气浮-ABR-A／O-MBR工艺对废水进行处理时， 气浮运行较为关键， 直接影响到各项出水指标， 在项目调试初期， 溶气水释放头孔距较小， 运行中经常出现堵塞， 影响生化系统的调试效果， 后更换为较大孔距（5 mm）的释放头得以解决。 系统整体运行及出水水质稳定， COD、BOD5、 氨氮、 色度、 SS 去除率分别达到97.84%、99.73%、 94.62%、 91.74%、 99.74%， 出水水质均满足GB 8978—1996 一级排放标准。

6 技术经济分析

该项目总投资约为500 万元。 运行电费为0.87元／m3， 药剂费约为0.32 元／m3（含PAC、 PAM、 次氯酸 钠 的 费 用）， MBR 膜 更 换 费 用 为0.49 元／m3，人工费为1.20 元／m3， 总运行费用为2.88 元／m3。

7 结语

（1） 草本植物深加工生产废水水质比较恶劣，COD 和SS 含量高， 采用浅层气浮预处理-ABR-A／O-MBR 组合工艺对其进行处理是可行的， 出水水质稳定达到GB 8978—1996 一级标准。 该工艺运行稳定， 处理效果好， 维护简单。

（2） MBR 膜深度处理可以很好地控制出水SS浓度， 并避免了污泥膨胀导致出水不达标等风险。