隔油气浮-A2/O-混凝沉淀处理水产加工废水

陈艺敏，袁水发

(1.漳州职业技术学院石油化工学院，福建漳州 363000；2.漳州博源环保工程有限公司，福建漳州 363000)

0 引言

随着我国渔业的迅速发展，我国已成为世界上主要的水产品生产国，水产品产量连续32年居世界首位，水产加工业也随之发展壮大.水产品加工业是高耗水行业，在水产品的清洗、浸泡、蒸煮等过程中产生大量的废水.由于水产加工废水具有水质波动大，悬浮物多，有机物含量高，氨氮、总磷浓度高，水温低生化降解速度慢等特点[1-2]，处理较为困难.如果直接排放会导致水体水质恶化，甚至威胁到人体健康[3].为了使水产加工废水能够达标排放，不少学者采用了以生物处理为核心，联合应用隔油、气浮和混凝沉淀等多种物理化学方法，取得了较好的处理效果[4-8].然而，对于氨氮浓度较高的水产废水，当水温较低时，特别是冬季，温度是制约污水生物脱氮效率的主要因素.温度既刺激含硝酸盐沉积物氧呼吸，创造厌氧条件，也刺激微生物光合活性，提供反硝化所需的有机碳[9].有研究发现温度升高到25 ℃时，短程硝化反硝化效果最好，氨氮去除率达到95.7%；而当温度降至15 ℃以下，硝化类型转变为全程硝化，总氮去除率仅为20.8%[10].为提高生物脱氮的效率，本项目利用厂内锅炉蒸汽余热来提高水温保证生物脱硝的效率，以隔油气浮为一级处理，以去除有机物同时脱氮除磷的A2/O工艺为二级处理，最后混凝沉淀为三级处理，保证出水水质达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级排放标准.项目的顺利运行将为同类型的水产加工企业废水治理提供参考和借鉴.

1 废水来源及水量水质

某水产加工有限公司主要加工产品以虾、鱼为主，年产水产品罐头约500 t.废水主要来源于生产过程中原材料的去头清洗废水、蒸煮废水以及设备、容器的冲洗废水.这类废水悬浮物多、有机物含量高、氨氮含量高，而且由于水产加工生产中使用多聚磷酸盐，使得水中磷的浓度也大大增加.工程进水水量设计为50 t/d，设计进水水质如表1所示，设计出水水质达到GB8978-1996《污水综合排放标准》表4中的一级标准.水质的检测方法见表2.根据水产加工废水水质情况以及环保排放要求，污水处理工艺的设计采用物理、化学与生物处理相结合的方式，既要考虑对有机物的去除效率，又要保证脱氮除磷的效果.在确定工艺方案过程中，将遵循以下原则：

(1)严格执行国家环境保护的有关要求，确保系统各项出水指标达到国家有关标准.

(2)所选工艺必须先进、成熟、运行稳定，对水质水量变化适应能力强，并对污水冬季温度采取相应措施，以保证出水水质达到设计排放标准.

(3)所选工艺应尽可能减少基建投资和运行费用，节省占地面积和降低能耗.

(4)所选工艺应最大程度地减少对周围环境的不良影响(臭味、噪声等).

设计主要参考依据包括《污水综合排放标准》(GB8978-1996)《室外排水设计规范》(2016年版，GB50014-2006)《给排水管道工程施工及验收规范》(GB50268-2008)等相关标准和规范.

2 工程设计

2.1 工艺比选

目前国内外水产加工废水的生物处理工艺主要采用UASB、SBR、接触氧化、A/O和A2/O等方法中的一种或几种的组合，如厌氧膜生物反应器+恒水位SBR[1]，厌氧脉冲反应器+A/O工艺[11]、UASB+接触氧化+MBR[12]和水解酸化+接触氧化法[13]等.生物组合工艺处理效果好，但是处理流程长、基建费用高、设备多和运营管理麻烦，而该工程日处理量较小，基于成本考虑应尽可能选择单一生物法.由于该水产加工废水的可生化性较好，有机物浓度、氨氮和总磷的浓度高，为保证达标排放，处理工艺必须能够有效地去除有机物、氨氮和总磷.在常见的几种生物处理工艺中，A2/O工艺可被称为最简单的同步脱氮除磷工艺，总水力停留时间少于其他类似工艺，没有污泥膨胀的问题，而且投资少，运行费用低，工艺成熟完善.相比A/O法，A2/O工艺在缺氧池前面增加了厌氧池，利用厌氧菌的作用使有机物发生水解酸化，在去除有机物的同时可以提高污水的可生化性，脱氮除磷效果更优.A2/O工艺已被用于处理水产加工废水，并且取得较好的效果[2,5,14].因此，综合考虑各种生物处理法后，选择A2/O工艺作为主要的处理工艺.

2.2 废水处理工艺流程

来自某水产加工企业厂区的生产和生活污水主要经过细格栅—隔油池—气浮池—调节池—A2/O池—二沉池—混凝沉淀池处理后达标排放，工艺流程见图1.

图1 废水处理工艺流程图Fig.1 Flow chart of wastewater treatment process

由于进水的水量和水质波动较大，水中的动植物油脂、悬浮物质较多，为减轻后续生物处理的负担，采用“隔油—气浮—调节”作为一级处理.隔油池主要去除漂浮在水面的有机物并回收利用，同时为防止冬季水温较低对后续生化过程的影响，在隔油池中引入蒸煮锅炉的蒸汽将水温控制在25 ℃左右.气浮池可去除大部分悬浮物，当水中污染物较多时可开启碱、聚合氯化铝(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)加药系统，利用混凝沉淀进一步去除悬浮物质.调节池主要功能为调节水量水质，池中装有鼓风装置，可起到预曝气的作用，增加水中的溶解氧量.“A2/O池—二沉池”作为二级处理，A2/O池包括厌氧池、缺氧池和好氧池.在厌氧池中，原污水与外循环从二沉池送来的含磷回流污泥同步进入，聚磷菌释放磷，同时部分有机物被分解；在缺氧池中，内循环从好氧池送来硝态氮，主要进行反硝化脱氮；在好氧池中去除有机物，进行硝化反应，同时聚磷菌吸收磷，再通过排出剩余污泥可达到生物除磷的目的.污水在二沉池内进行泥水分离，部分污泥回流至厌氧池，剩余污泥被排出，上清液流入混凝沉淀池.“混凝沉淀池”为三级处理，通过加入石灰、PAC和助凝剂PAM，进一步去除磷和水中其他杂质，使出水可达标排放.处理系统排出的剩余污泥先进入污泥浓缩池，依靠重力沉淀作用进行泥水分离，然后加阳离子PAM改善污泥的脱水性能，再用叠螺机脱水，脱水后泥饼外运处置.

2.3 主要处理单元及设计参数

本工程主要构筑物包括格栅、隔油池、气浮池、调节池、A2/O池、竖流式二沉池、混凝沉淀池(斜管沉淀池)，设计参数及规格详见表3.主要设备包括污水提升泵2台、污泥回流泵2台、排泥泵2台、鼓风机2台、加药泵3台、微孔曝气器30套和叠螺机1台.

3 工程运行

3.1 运行效果

厂区的生产和生活废水经管网收集后进入污水处理系统，在进水口测得污水的化学需氧量(CODCr)为2 375 mg/L，5日生化需氧量(BOD5)980 mg/L，氨氮(NH3-N)93.6 mg/L，总磷(TP)12.3 mg/L.可见该污水有机物浓度高，氨氮浓度高，经过一级处理后可去除约50%的有机物，以及部分氨氮和总磷.但是当污水进入生化处理阶段时，污水中的固体和胶体蛋白水解氨化释放出氨氮，使得氨氮浓度反而会升高[14].因此为提高A2/O法脱硝的效率，本工程一方面利用锅炉蒸汽将水温调节至15～35 ℃以保证短程硝化反硝化的效果，一方面加强对耐盐硝化菌的培养与驯化，采用盐梯度驯化和氨氮浓度逐步提高的培养方法[15-16].生物排泥除磷的效率一般不超过70%，且A2/O工艺为保证脱硝，往往除磷效果不太好.为保证出水稳定达标，在生物池之后的混凝沉淀池中加入石灰和混凝剂进行生化除磷.石灰与污水中的磷酸盐反应，生成难溶的含磷化合物，在混凝剂的作用下变为大的絮凝体从污水中沉淀下来，达到除磷的目的.铝离子与水中的磷酸根离子反应生成磷酸铝沉淀，同时铝盐在水中水解生成羟基络合物并带正电，与水中负电荷物质中和，加快胶体脱稳[17].斜管沉淀池具有处理效果好、停留时间短、占地面积小的特点，在絮凝区中投加高分子絮凝剂有助于颗粒聚结沉淀，斜管沉淀区能够进一步沉淀分离出水中的细小杂质颗粒[18].最终在出水口测得化学CODCr浓度为75 mg/L，BOD5浓度为15 mg/L，NH3-N浓度为10 mg/L，TP浓度为0.43 mg/L，去除率分别为96.8%、98.5%、89.3%和96.5%，达到《污水综合排放标准》表4中的一级排放标准.

3.2 成本分析

本项目污水处理费用约为5元/t，运行成本主要包括电费、人工费用和药剂费用，其中电费占了运行成本的一半以上，主要耗电设备包括鼓风机、曝气机和回流泵.因此为降低污水处理成本，在运营过程中应通过精细化管理来减少工程用电量.例如，在曝气调节池和好氧池增加在线溶解氧仪严格控制曝气量，可以节约运行的电费.通过减少气浮刮渣机和刮泥机的运行时间也可以有效减少耗电量.

4 结语

针对某水产加工企业废水水温低、悬浮物多、有机物含量高、氨氮和总磷含量高的特点，选用“隔油气浮-A2/O-混凝沉淀”工艺进行处理.工程运行中通过锅炉蒸汽提高水温和驯化耐盐硝化菌的方法，提高短程硝化反硝化的效率，以保证出水稳定达标.工程运行结果表明，该工艺对污水中的CODCr、BOD5、NH3-N和TP的去除率分别达到96.8%、98.5%、89.3%和96.5%，出水水质达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)的一级排放标准.本工程的稳定运行为小型水产加工企业废水处理系统设计提供了有益的参考和借鉴.

然而工程运行中也存在一些问题，一是受到泥龄、碳源竞争、回流污泥中溶解氧和硝酸盐氮等因素的限制，A2/O工艺的生化除磷效果不太理想，必须在三级处理中采用化学除磷的方法才能保证出水总磷达标排放.二是由于工程日处理污水量较少(50 t/d)，每吨污水处理费用较高，而电费成为影响工程运行成本十分重要的部分.为了减少运营成本，工程一方面应该在混凝沉淀池增加总磷的自动化监测设备和自动加药设备，由系统根据污水中总磷量自动调整加药量以节约药品的用量；另一方面工程应该通过精细化运营管理来降低电耗，减少污水的处理费用.