某食品废水厌氧处理技术节能效果与经济效益评估

＊林俊敏 明玲玲 徐骥

（上海庞科环境技术有限公司 上海 200120）

1.引言

在水污染处理中，特别是BOD含量较高的废水，利用微生物降解水中的有机物是最经济，同时也是最常用的工艺，被广泛应用于各行各业中[1-3]。其中，好氧活性污泥法需要不断的向废水中通入大量的空气或者氧气，来维持适合好氧微生物的溶解氧，能耗比较高，特别是在高浓度有机废水的治理中[4-6]；而厌氧生物处理则是利用厌氧微生物的代谢过程，在无需提供氧气的情况下，把有机物转化为甲烷、二氧化碳和水等，在高浓度有机废水中，它能耗少、二氧化碳排放少，并且还可以回收大量的能源[7-9]，是我国在环保领域，推进节能减排，助力实现碳中和碳达峰的可靠技术。

本文以广东省某食品厂污水站为实际案例，利用其在技术改、扩建过程中，先运行的好氧MBR，后运行的厌氧+好氧MBR工艺的条件。通过前后运行数据分析，对比单独的好氧MBR与厌氧+好氧MBR工艺在中高浓度有机废水中的实际运行效果和能耗差异，评估厌氧技术带来的实际节能效果和经济效益，为其他行业作参考。

2.金项概况

(1)好氧MBR工艺介绍

好氧MBR工艺如图1所示。车间废水首先进入调节池进行均质、均量；后泵送至进水池，在进水池中进行pH和温度的调节；经pH和温度调节后，废水泵入好氧池中进行有机物的生物降解，好氧池采用全混式的活性污泥法；经过好氧池后的废水自流进入膜池，在膜池中，水透过膜片进入后续深度处理工艺，污泥则被膜截留在膜池中，通过污泥回流泵打回好氧池中，以保持好氧池的污泥浓度，剩余污泥则通过旁通排至污泥处理设施。

图1 好氧MBR工艺流程图

各构筑物的有效容积汇总如表1所示。

表1 污水站各主要构筑物有效容积表

续表

(2)厌氧+好氧MBR工艺介绍

图2 厌氧+好氧MBR工艺流程图

与好氧MBR工艺相比，厌氧＋好氧MBR工艺流程仅在好氧池的前端增加厌氧罐，废水经过均质、调pH、调温度后，先进入厌氧反应器，出水再自流进入好氧池。其他参考2.1的内容。

厌氧反应器采用上海庞科环境技术有限公司的专利技术（专利号CN210313698），反应器示意图如图3所示。厌氧反应器主要分成三个分区：底部的布水区域、中部的污泥床区域和顶部的分离区。污水首先由底部的布水器均匀地进入厌氧反应器，在向上流动的过程中，水中的有机物被厌氧微生物降解并转化为沼气，COD得到去除；在反应器顶部的分离区域，沼气首先释放到灌顶空间，收集后进行后续的沼气处理与利用；污泥和污水经过分离模块时，厌氧污泥被截留下来，重新返回厌氧反应器，以保持厌氧污泥浓度。在厌氧反应器的顶部，部分污水被回流，与进水混合后进入反应器底部，以利用厌氧过程中的COD降低所形成的碱度，并且保持污泥床的上升流速，提高传质效果。

图3 厌氧反应器示意图

3.运行数据分析

(1)好氧MBR数据分析

①进水水质分析

好氧MBR运行期间，控制进水pH在7～8之间，温度在34～38℃之间，好氧池溶解氧在2～3mg/L之间，好氧池污质量泥浓度为6000～8000mg/L，平均值为7000mg/L。

图4表示好氧MBR运行期间每天的平均小时进水量和每天的进水COD总量。由图4可以看出，好氧MBR运行期间进水量为6.0～14.0m³/h，平均进水量为9.0m³/h；进水COD总量为580～1379kg/d，平均进水COD总量为945kg/d，平均污泥负荷为0.36kg COD/（kgMLSS·d）。

图4 好氧MBR进水量和进水COD总量

②运行效果分析

好氧MBR进、出水COD和COD去除率汇总如图5所示。从图中可以看出，好氧池进水COD为2634～6877mg/L，平均值为4408mg/L；膜出水COD为69.3～153.3mg/L，平均值为84.5mg/L；好氧MBR的COD去除率为96.73%～98.90%，COD平均去除率高达98.02%。因此，对于食品废水，单独采用活性污泥法与膜技术的结合，仍然可以取得比较好的COD去除率。

图5 好氧MBR系统进出水COD及COD去除率

(2)厌氧+好氧MBR数据分析

①进水水质分析

厌氧+好氧MBR运行期间，厌氧反应器控制pH在6.8～7.2之间，温度在34℃～38℃之间；好氧池溶解氧在2～3mg/L之间，好氧池污泥质量浓度为5000～5500mg/L。

图6表示厌氧+好氧MBR运行期间每天的平均小时进水量和每天的进水COD总量。由图6可以看出，厌氧+好氧MBR运行期间进水量为9.0～20.6m³/h，平均进水量为16.3m³/h；进水COD总量为780～3195kg/d，平均进水COD总量为1945kg/d。

图6 厌氧+好氧MBR进水量和进水COD总量

②运行效果分析

厌氧+好氧MBR的进、出水COD以及COD去除率汇总如图7和图8所示。由图可知，厌氧进水COD为2024～10313mg/L，平均值为5275mg/L，厌氧出水COD为158.3～337mg/L，平均值为225mg/L。厌氧反应器对COD的去除效率为90.65%～97.9%，平均去除效率为95.16%；好氧MBR出水COD为27.3～94.3mg/L，平均出水COD为56.6mg/L，好氧MBR对COD的去除率为59.17%～84.93%，平均去除率为74.82%；废水经过厌氧+好氧MBR工艺总的COD去除率平均值达到98.93%。

图7 厌氧+好氧MBR系统进出水COD

图8 厌氧+好氧MBR系统COD去除率曲线

对比单独好氧MBR工艺与厌氧+好氧MBR工艺的运行情况。在单独的好氧MBR处理工艺中，平均进水COD为4408mg/L，平均出水COD为84.5mg/L，COD的平均去除率为98.02%；在厌氧+好氧MBR工艺中，厌氧平均进水COD为5275mg/L，厌氧平均出水COD为225mg/L，厌氧COD平均去除效率为95.16%。可见，单独的厌氧反应器出水水质差于好氧MBR出水水质，这与相关书籍和文献指出的结论，厌氧反应器出水水质较差，常需要与好氧联合使用一致[10]。本案例中，厌氧+好氧MBR工艺的出水COD为56.5mg/L，总COD去除率高达98.93%，优于单独好氧MBR的条件下。

(3)厌氧反应器的节能减排效益分析

为了研究厌氧反应器实际产生的效益，需要对比前后工艺的运行能耗、药剂消耗量、污泥处理费用以及沼气产生的收益。

①运行能耗

表2列出了单独好氧MBR和厌氧+好氧MBR运行时各主要设备的运行能耗。由表可以看出，单独好氧MBR吨水运行能耗为7.33kWh/m³；厌氧+好氧MBR吨水运行能耗降低至3.64kWh/m³，节能效果显著。

表2 各主要设备的运行能耗

续表

从水质和工艺上分析，活性污泥法的能耗主要来源于鼓风机的运行能耗，鼓风机的大小又取决于进水水质中有机物的多少，因此，对于高浓度的有机废水，往往能耗比较高，例如本项目单独好氧MBR，鼓风机的运行功率占总运行功率的70%；而厌氧与好氧技术的结合，可以利用节能的厌氧技术降解大部分的有机物，例如本项目厌氧反应器的COD去除率达到95.16%，剩余的4.84%的有机物再利用鼓风曝气去除，可以节约大部分能耗。

表3 鼓风机频率与输出功率

(1)其他损耗

表4汇总了污泥调理药剂消耗量，污泥处置费用。由表可知，单独好氧MBR系统，吨水费用约为1.38元/m³污水；厌氧+好氧MBR系统，不计沼气收益，吨水费用为0.35元/m³污水。

表4 药剂消耗、污泥处置和沼气收益费用

(2)沼气收益及汇总

表5 费用汇总表

按照厌氧进水平均COD为1945kg/d，COD去除率为95.16%，沼气产量为0.40m³沼气/去除kgCOD，每天产生沼气量740m³。

4.结论

（1）单独好氧MBR和厌氧+好氧MBR，对食品废水有机物的生物降解效果均较好，COD去除率分别达到98.02%和98.93%。

（2）从运行能耗看。单独好氧MBR吨水运行能耗为7.33kWh/m³，而厌氧+好氧MBR吨水运行能耗为3.64kWh/m³，约节50.34%的运行能耗，节能效果显著。

（3）从经济效益看。单独好氧MBR吨水处理费用约为7.244元/m³；厌氧+好氧MBR不计沼气的收益，吨水处理费用为3.262元/m³，计入沼气收益吨水运行费用为0.291元/m³，经济效益显著。