廢棄菜葉處理廠廢水處理工藝

廢棄菜葉是蔬菜收獲、加工、銷售過程中產(chǎn)生的廢棄物，含有豐富的有機(jī)質(zhì)和N、P、K等多種營養(yǎng)元素，具有含水率高、易腐爛等特性，廢棄菜葉腐爛后產(chǎn)生的滲濾液是一種碳、氮和磷含量都較高的廢水。大量廢棄菜葉如果得不到合理處理和處置，則可能在堆放或者填埋過程中產(chǎn)生惡臭和高濃度的滲濾液，對空氣和地下水造成嚴(yán)重的污染。

目前，廢棄菜葉處理廠大多采用A/O、A/A/O等處理工藝，這些工藝普遍存在TN去除率偏低、出水難以穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的問題。

1、工程概況

云南省某廢棄菜葉處理廠采用破碎+厭氧產(chǎn)沼氣+泥水分離的模式處理廢棄菜葉，處理量為2500t/d，產(chǎn)生廢水2000m3/d。采用A2O2為主體的工藝處理厭氧出水，在保證COD處理效果的同時，強(qiáng)化對氮的脫除。污泥處理采用疊螺脫水機(jī)，出水水質(zhì)滿足《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T31962―2015)C級標(biāo)準(zhǔn)。該廢水處理裝置占地面積6000m2，于2019年底建設(shè)完成開始投入運(yùn)行，總投資為3800萬元。

1.1 設(shè)計進(jìn)、出水水質(zhì)

廢水處理系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)、出水水質(zhì)見表1。

1.2 工藝流程

該廢棄菜葉處理項(xiàng)目進(jìn)水來自厭氧發(fā)酵系統(tǒng)經(jīng)固液分離后的廢水，是一種高濃度有機(jī)廢水，COD、SS、氮和磷的濃度非常高，C/N偏低，需要強(qiáng)化對NH+4－N和TN的去除。本處理工藝設(shè)置混凝沉淀和氣浮分離廢水中的SS，同時去除部分TP。針對出水TN要求，選擇A2O2處理流程，通過兩級脫氮保證出水TN穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。該廢水的水質(zhì)和水量季節(jié)性波動較大，需要一套適應(yīng)性較強(qiáng)的處理工藝。

廢棄菜葉廢水處理流程見圖1。

2、主要處理單元及設(shè)計參數(shù)

2.1 A2O2+MBＲ生物處理

好氧池根據(jù)已有池體改建，A2O2池體有效容積合計14506m3，其中一級A池有效容積2778m3，一級O池有效容積9878m3，二級A池有效容積1101m3，二級O池(MBＲ膜池)有效容積749m3，設(shè)計污泥濃度(MLSS)為8000mg/L，污泥負(fù)荷為0.14kgCOD/(kgMLSS?d)?；旌弦夯亓鞅葹?/span>8～10，設(shè)有混合液回流泵2臺(1用1備)，單臺回流泵Q=800m3/h、H=90kPa、N=37kW。

一級A池及二級A池中安裝潛水?dāng)嚢铏C(jī)，其中一級A池分兩格，一級A池1安裝2臺，葉輪直徑320mm，轉(zhuǎn)速740r/min，功率2.2kW；一級A池2安裝2臺，葉輪直徑620mm，轉(zhuǎn)速480r/min，功率10kW；二級A池安裝2臺，葉輪直徑620mm，轉(zhuǎn)速480r/min，功率5kW。

一級O池中安裝射流曝氣器，某氧轉(zhuǎn)移效率約25%，曝氣量404m3/min，同時根據(jù)氣水比4∶1選擇射流循環(huán)泵。曝氣風(fēng)機(jī)共5臺，其中1臺Q=86m3/min、P=58.8kPa、N=132kW，另外4臺(3用1備)Q=106m3/min、P=58.8kPa、N=160kW，4臺中2臺風(fēng)機(jī)為變頻電機(jī)，轉(zhuǎn)速由變頻器控制。

在二級O池中安裝內(nèi)置式MBＲ膜，膜材質(zhì)為PVDF，規(guī)格25m2×0.4μm，360片，分為6套，單套60片，膜通量最大設(shè)計值為0.22m3/(m2?d)。設(shè)置3臺膜風(fēng)機(jī)，2用1備，單臺Q=27m3/min、P=58.8kPa、N=45kW。2臺自吸泵(1用1備)作為出水泵，單臺Q=115m3/h、H=150kPa、N=11kW。2臺污泥回流泵(1用1備)，回流比8～10，單臺泵Q=800m3/h、H=90kPa、N=37kW。同時為膜設(shè)置獨(dú)立的控制系統(tǒng)及加藥清洗系統(tǒng)。

2.2 污泥處理

設(shè)計好氧產(chǎn)泥系數(shù)0.2kgMLSS/(kgCOD?d)，預(yù)處理及好氧處理合計產(chǎn)泥472t/d(含水率為99%)，通過污泥脫水后產(chǎn)生含水率為80%的污泥23.6t/d，用無軸螺旋輸送機(jī)輸送至小車上外運(yùn)。

將現(xiàn)有一格池體改造為污泥池，有效容積453m3，池內(nèi)安裝2臺潛水?dāng)嚢铏C(jī)防止污泥沉積，葉輪直徑320mm，轉(zhuǎn)速740r/min，功率0.75kW。污泥池配2臺螺桿泵(1用1備)作為污泥進(jìn)料泵，將污泥提升至污泥脫水機(jī)，單臺螺桿泵Q=55m3/h、H=300kPa、N=11kW，變頻控制。

污泥脫水采用1臺疊螺脫水機(jī)，主體材質(zhì)為不銹鋼304，處理量為400～600kgDS/h，設(shè)備總功率9kW，配獨(dú)立控制系統(tǒng)，與污泥進(jìn)料泵、加藥裝置、加藥泵連鎖，配獨(dú)立三倉式PAM加藥裝置，制藥量為3000L/h，加藥螺桿泵2臺(1用1備)，單臺Q=5m3/h、H=300kPa、N=2.2kW。

3、工藝運(yùn)行

廢水處理系統(tǒng)設(shè)備安裝完成后進(jìn)入設(shè)備調(diào)試和工藝啟動階段，接種污泥取自曲靖某城市污水處理廠的脫水剩余活性污泥，含水率約為81.3%，MLVSS/MLSS為71%。接種濃度按3000mg/L計算，接種污泥量為240t。進(jìn)水來自廢棄菜葉厭氧消化后經(jīng)固液分離后的廢水，啟動初始時O池COD控制在1000mg/L以內(nèi)，采用定量間歇進(jìn)水，逐步提高系統(tǒng)的處理負(fù)荷。

A2O2池兩個缺氧段DO控制在0.5mg/L之內(nèi)，各個好氧段控制DO為1.0～2.5mg/L。進(jìn)水與一級O池末端的回流混合液及二級O池(膜池)的回流污泥混合后進(jìn)入一級A池，根據(jù)TN的脫除及A池的DO進(jìn)行混合液回流量的控制，回流比控制在8～10。根據(jù)COD、NH+4－N和TN的負(fù)荷調(diào)整，通過污泥回流比和排泥量控制A池MLSS為3～8g/L，膜池為8～10g/L。剩余污泥通過疊螺脫水系統(tǒng)脫水后外運(yùn)處置，污泥含水率為81%～83%。

4、結(jié)果與討論

4.1 容積負(fù)荷變化及污泥濃度控制

圖2所示為系統(tǒng)啟動過程中容積負(fù)荷隨時間的變化關(guān)系。由于啟動初期出水NH+4－N濃度過高，為減少進(jìn)水帶入系統(tǒng)的NH+4－N，控制進(jìn)水量為300m3/d。當(dāng)NH+4－N濃度降至正常范圍后，隨即提升系統(tǒng)的處理量，將污泥負(fù)荷控制在0.05～0.15kgCOD/(kgMLSS?d)、0.02～0.04kgNH+4－N/(kgMLSS?d)、0.04～0.13kgTN/(kgMLSS?d)，經(jīng)過40多天，容積負(fù)荷逐步提升到設(shè)計值。

圖3所示為各處理水量對應(yīng)的MLSS，污泥負(fù)荷的控制通過調(diào)整系統(tǒng)的MLSS實(shí)現(xiàn)，隨著廢水處理量的提升，MLSS也相應(yīng)提升。此外，由于廢棄菜葉處理有明顯的季節(jié)性，水量隨季節(jié)變化幅度較大，運(yùn)行時需要根據(jù)水量調(diào)整，以滿足不同處理量時的MLSS控制要求。

在啟動初期池內(nèi)泡沫和浮渣現(xiàn)象較為嚴(yán)重，圖4所示為O池的泡沫和A池的浮渣情況。分析原因可能與接種污泥量偏多，不適應(yīng)新環(huán)境的污泥死亡較多以及進(jìn)水SS偏高等因素相關(guān)。此外。系統(tǒng)長期在低負(fù)荷下運(yùn)行對泡沫和浮渣的產(chǎn)生也有一定的貢獻(xiàn)。因此，通過控制沉淀和氣浮系統(tǒng)的運(yùn)行效果、投加消泡劑、投加磷和調(diào)整射流曝氣系統(tǒng)等方法消除泡沫對系統(tǒng)正常運(yùn)行的影響。隨著運(yùn)行負(fù)荷的逐步上升，泡沫和浮渣現(xiàn)象逐步減輕并消除。

4.2 對COD的去除效果

圖5所示為系統(tǒng)進(jìn)、出水COD及COD去除率的變化情況。

在運(yùn)行初期(第1～26天)，系統(tǒng)進(jìn)水COD為3900～7400mg/L，出水COD為160～430mg/L，COD去除率達(dá)到90%以上。從第27天開始，對COD去除率逐漸降低，出水COD逐漸升高。在第40天時，出水COD最高達(dá)到1000mg/L以上，COD去除率降到70%。分析認(rèn)為系統(tǒng)運(yùn)行初期COD去除率較高可能與調(diào)試時池內(nèi)注入了約2/3的地下水以及新接種污泥對污染物的吸附作用相關(guān)。此外，為了控制池內(nèi)NH+4－N的濃度，在開始運(yùn)行的前40天內(nèi)系統(tǒng)的進(jìn)水量較少，活性污泥的COD負(fù)荷平均不到0.03kg/(kgMLSS?d)，這導(dǎo)致微生物長期缺乏營養(yǎng)，開始內(nèi)源呼吸，所以表現(xiàn)為出水COD升高，COD去除率下降。在系統(tǒng)的氨氮去除率升高后，第46天開始逐步提升進(jìn)水量，并投加了甲醇作為碳源，污泥的COD負(fù)荷約達(dá)到0.1kg/(kgMLSS?d)。因此從第47天開始系統(tǒng)對COD的去除率逐步恢復(fù)，又經(jīng)過25天左右的運(yùn)行(第81天)，對COD的去除率達(dá)到了94%以上，出水COD降至300mg/L以下，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

4.3 對NH+4－N的去除效果

圖6所示為系統(tǒng)進(jìn)、出水NH+4－N濃度和去除率的變化情況?？梢钥闯觯到y(tǒng)的進(jìn)水NH+4－N濃度變化較大(930～1300mg/L)。在系統(tǒng)運(yùn)行的前15天內(nèi)，出水NH+4－N逐步上升后趨于平穩(wěn)，最高達(dá)到了740mg/L，NH+4－N去除率較低，平均為40%左右。分析認(rèn)為運(yùn)行初期由于系統(tǒng)的污泥齡較短，而硝化菌世代時間較長，增殖較慢，影響了硝化反應(yīng)的進(jìn)行。此外，水溫相對較低、pH值較高(約8.3)，游離氨(FA)的升高也會在一定程度上抑制硝化菌的活性。第38天時，出水NH+4－N開始出現(xiàn)降低的趨勢，經(jīng)過7天左右的運(yùn)行，出水NH+4－N逐步降至5mg/L以下，NH+4－N去除率逐步上升并穩(wěn)定在99%以上，最高達(dá)到99.8%，系統(tǒng)硝化效果良好。

4.4 對TN的去除效果

圖7所示為系統(tǒng)進(jìn)、出水TN濃度和去除率的變化情況。

在系統(tǒng)啟動初期(第5～41天)，由于硝化反應(yīng)微弱，所以大部分NH+4－N沒有轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，導(dǎo)致反硝化效果也相對較差，表現(xiàn)為系統(tǒng)對TN的去除率較低，出水TN濃度較高。隨著系統(tǒng)內(nèi)硝化作用的加強(qiáng)，NH+4－N幾乎全部轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，為硝化反應(yīng)的進(jìn)行創(chuàng)造了條件。因此從第48～61天，出水TN開始出現(xiàn)緩慢下降的趨勢，系統(tǒng)對TN的去除率也相應(yīng)地逐步提高。但從第59～78天，發(fā)現(xiàn)出水TN穩(wěn)定在200mg/L左右，去除率沒有提升。分析認(rèn)為與A段DO的控制、混合液的回流比以及碳氮比有關(guān)。相應(yīng)地采取控制兩個A段的DO＜0.5mg/L、適當(dāng)加大回流比和投加甲醇作為碳源等措施，從第78天開始，出水TN逐步從200mg/L左右降到最低6mg/L，去除率最高時超過99.5%。

4.5 對TP的去除效果

由于混凝沉淀和氣浮處理過程對TP有較高的去除效率，所以進(jìn)入生物處理系統(tǒng)的TP濃度只有5～10mg/L，經(jīng)過生物處理后出水的TP維持在2～5mg/L。由于進(jìn)入生物處理系統(tǒng)COD/TP達(dá)到400，考慮碳源增加后系統(tǒng)的COD/TP高達(dá)600～800，所以系統(tǒng)表現(xiàn)為活性污泥增長緩慢。解決方案：投加磷酸二氫鈉或少量菜葉原汁，系統(tǒng)缺磷的狀況有所好轉(zhuǎn)，經(jīng)過一段時間的運(yùn)行，池內(nèi)的浮渣和泡沫問題基本消除。

5、運(yùn)行費(fèi)用

廢水處理系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用主要包括藥劑費(fèi)、電費(fèi)、水費(fèi)、人工費(fèi)、在線監(jiān)測委托費(fèi)、排污費(fèi)、設(shè)備維修費(fèi)等。

①藥劑費(fèi)：PAC單價為2元/kg，用量為1.94kg/m3，費(fèi)用為3.88元/m3；PAM單價為28元/kg，用量為0.06kg/m3，費(fèi)用為1.68元/m3；消泡劑單價為3元/kg，用量為0.08kg/m3，費(fèi)用為0.24元/m3；化驗(yàn)藥劑費(fèi)為4400元/月，折合0.073元/m3(處理水量按2000m3/d計)；碳源(甲醇)單價為3.5元/kg，用量為2.1kg/m3，費(fèi)用為7.35元/m3。

②電費(fèi)：電價為0.85元/(kW?h)，用量為23500kW?h/d，費(fèi)用為9.99元/m3。

③水費(fèi)：單價為3.5元/m3，用量為35m3/d，費(fèi)用為0.061元/m3。

④人工費(fèi)：主管1人，操作工9人，化驗(yàn)工1人，主管8000元/月，其余人員5500元/月，折合1.11元/m3。

⑤委托在線監(jiān)測費(fèi)：235000元/a，折合0.33元/m3。

⑥排污費(fèi)：2.7元/m3。

⑦設(shè)備維修費(fèi)：300元/d，折合0.15元/m3。以上合計為27.564元/m3。

6、結(jié)論

①采用A2O2工藝處理廢棄菜葉厭氧處理出水，對COD的去除率達(dá)到90%以上，出水COD＜300mg/L；對NH+4－N的去除率達(dá)到99%以上，出水NH+4－N＜10mg/L；對TN的去除率達(dá)到97%以上，出水TN＜45mg/L；對TP的去除率達(dá)到90%以上，出水TP＜5mg/L，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

②當(dāng)廢水水量和水質(zhì)發(fā)生變化時，需相應(yīng)調(diào)整系統(tǒng)內(nèi)MLSS，保證微生物的負(fù)荷在合理范圍內(nèi)。（來源：無錫馬盛環(huán)境能源科技有限公司，江南大學(xué)環(huán)境與土木工程）