EGSB-SBR處理飲料生產(chǎn)廢水工程設(shè)計(jì)

丁 鶴

(同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海 200092)

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EGSB-SBR處理飲料生產(chǎn)廢水工程設(shè)計(jì)

丁 鶴

(同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海 200092)

根據(jù)飲料生產(chǎn)廢水污染物組份分析，對(duì)廢水處理工藝進(jìn)行選擇，介紹工程設(shè)計(jì)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)，提供具體的工程運(yùn)行效果。實(shí)踐證明采用EGSB-SBR處理，系統(tǒng)出水水質(zhì)達(dá)到《GB8978-1996污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，EGSB工藝對(duì)CODCr的平均去除率達(dá)到83%，SBR工藝對(duì)CODCr的平均去除率達(dá)到88%。

飲料廢水；EGSB；SBR；工程設(shè)計(jì)

某飲料生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品有碳酸飲料和非碳酸飲料，碳酸飲料主要為汽水，非碳酸飲料有果汁飲料、水果牛奶飲料。生產(chǎn)過(guò)程是用砂糖和濃縮液或果肉、奶制品及處理水經(jīng)混合后配制成飲料。在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢水含有較高濃度的有機(jī)物及懸浮物，若不經(jīng)處理直接排放，將造成當(dāng)?shù)厮h(huán)境的重大污染。由于生產(chǎn)量隨季節(jié)波動(dòng)大，并且生產(chǎn)不同的產(chǎn)品產(chǎn)生的廢水水質(zhì)水量極不均勻，pH、懸浮物、氨氮極不穩(wěn)定，單純采用好氧處理的方法，處理出水不能達(dá)標(biāo)排放。該飲料生產(chǎn)企業(yè)采用EGSB加SBR處理工藝，工程實(shí)踐證明，該工藝出水水質(zhì)達(dá)到《GB8978-1996污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，且運(yùn)行穩(wěn)定、管理簡(jiǎn)單、高效節(jié)能、操作方便、成本低。

1 工程概況

某飲料生產(chǎn)企業(yè)新建一工廠生產(chǎn)碳酸飲料和非碳酸飲料，一期污水排放量2000 t/d，工廠排水分碳酸飲料和非碳酸飲料生產(chǎn)廢水混合水、洗瓶廢水、設(shè)備沖洗廢水，過(guò)期和不合格產(chǎn)品廢水等，需要新建一套廢水處理系統(tǒng)。

2 處理工藝選擇

2.1 污染物的產(chǎn)生及組份分析

由飲料生產(chǎn)的碳酸飲料和非碳酸飲料工藝可知，生產(chǎn)廢水主要來(lái)自糖漿、果汁、奶制品貯罐的清洗以及糖漿、果汁、奶制品制備過(guò)程漏料而產(chǎn)生的廢水；洗瓶機(jī)排水，灌裝設(shè)備漏料以及灌裝線中未封蓋和不符合灌注要求的產(chǎn)品的廢棄液。另外還包括清洗過(guò)程中排出的濃廢料、清洗劑，其中包含洗瓶機(jī)廢堿液。主要生產(chǎn)廢水進(jìn)水水質(zhì)及設(shè)計(jì)出水水質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 生產(chǎn)廢水進(jìn)水水質(zhì)及設(shè)計(jì)出水水質(zhì) (mg/L)

2.2 工藝選擇

根據(jù)原水水質(zhì)以及污染物組份分析，該廢水BOD/COD=0.6，可生化性好，可采用生化處理。根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)及出水水質(zhì)要求，本方案擬采用厭氧+好氧聯(lián)合處理工藝。其中，厭氧處理技術(shù)可有效地去除廢水中的有機(jī)污染物，并將有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為沼氣，而好氧處理則進(jìn)一步將廢水中的難降解物質(zhì)徹底降解，使之能達(dá)標(biāo)排放或經(jīng)深度處理后回用。

目前較為常用的二種厭氧工藝為UASB和EGSB，UASB負(fù)荷能力很大，適用于高濃度有機(jī)廢水的處理。運(yùn)行良好的UASB有很高的有機(jī)污染物去除率，不需要攪拌，能適應(yīng)較大幅度的負(fù)荷沖擊、溫度和pH變化。EGSB是在UASB反應(yīng)器研究成果的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)的第三代超高效厭氧反應(yīng)器，該種類(lèi)型反應(yīng)器除具有UASB反應(yīng)器的全部特性外，還具有抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、高水力負(fù)荷和高產(chǎn)氣負(fù)荷、厭氧反應(yīng)速率快和有機(jī)負(fù)荷高、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，故此項(xiàng)目選用EGSB厭氧工藝。

厭氧后的好氧工藝，可采用活性污泥法或生物膜法。由于飲料產(chǎn)品根據(jù)市場(chǎng)需要，生產(chǎn)的品種會(huì)經(jīng)常變化，排放的廢水水質(zhì)也相應(yīng)變化，故本方案選用適應(yīng)能力強(qiáng)且較經(jīng)濟(jì)的SBR法(間歇式活性污泥法)作為好氧處理工藝，以滿足不斷變化的廢水的需要。SBR與傳統(tǒng)活性污泥法和接觸氧化法相比，主要有以下特征：

(1)造價(jià)較低，占地較少。由于SBR系統(tǒng)不需要二次沉淀池和污泥回流系統(tǒng)，因此與其它活性污泥法比，可減少占地，降低造價(jià)。

(2)耐沖擊負(fù)荷。SBR反應(yīng)池為間歇進(jìn)水、排放，本身就耐水量的沖擊負(fù)荷。同時(shí)，因高濃度污水是逐漸進(jìn)入反應(yīng)池的，有數(shù)小時(shí)的進(jìn)水時(shí)間，且進(jìn)反應(yīng)池的原污水只占反應(yīng)池容積的2/3左右，有稀釋作用，所以也耐水質(zhì)的沖擊負(fù)荷。

(3)運(yùn)行可靠、操作靈活。SBR系統(tǒng)可調(diào)整運(yùn)行周期和反應(yīng)曝氣時(shí)間等的長(zhǎng)短，使處理水達(dá)標(biāo)后排放。根據(jù)實(shí)際需要，曝氣(或攪拌)起始時(shí)間可靈活掌握。

(4)池內(nèi)兼性厭氧、缺氧、好氧狀態(tài)交替進(jìn)行，可除磷脫氮，因此凈化能力強(qiáng)。

除上述SBR的一般特點(diǎn)外，對(duì)于本工程，由于產(chǎn)品品種繁多，加上飲料生產(chǎn)隨季節(jié)變化大，使廢水無(wú)論在水質(zhì)還是在水量上，都有很大的變化，所以SBR工藝在此更具優(yōu)越性。

由于本項(xiàng)目場(chǎng)地所限，采用的除磷工藝為鋁鹽除磷，投加鋁鹽代替鐵鹽可避免出水中由于鐵離子的存在而引起色度超標(biāo)，或由于亞鐵鹽的存在而引起COD超標(biāo)。

綜上分析，本方案選擇EGSB+SBR法作為生物處理工藝，以滿足不斷變化的廢水處理需要。

2.3 工藝流程圖及說(shuō)明

該飲料生產(chǎn)廢水EGSB+SBR處理工藝流程詳見(jiàn)圖1。

由生產(chǎn)車(chē)間排出的廢水，經(jīng)過(guò)機(jī)械格柵將原水中含有的大顆粒雜物截留。經(jīng)格柵后的廢水進(jìn)入集水井，經(jīng)一級(jí)提升泵提升后經(jīng)水力篩進(jìn)入調(diào)節(jié)池，在調(diào)節(jié)池內(nèi)調(diào)節(jié)水質(zhì)水量，并調(diào)節(jié)pH和溫度，再由二級(jí)提升泵提升，將廢水泵入?yún)捬醭?，在厭氧池中由于水解酸化菌、產(chǎn)甲烷菌等的作用，將廢水中含有的有機(jī)物降解，并產(chǎn)生沼氣。經(jīng)厭氧處理后的廢水進(jìn)入SBR池，在SBR池中在好氧微生物的作用下，廢水中剩余的有機(jī)物被微生物吸附、降解生成二氧化碳、水和氨等，并從廢水中徹底去除，同時(shí)微生物合成新細(xì)胞，使活性污泥量增加。

另外，根據(jù)廢水排放及處理工藝要求，設(shè)置事故池，用于貯存生產(chǎn)過(guò)程中的事故排水。

2.4 污染物去除效率分析

采用該EGSB+SBR處理工藝，設(shè)計(jì)的污染物去除效率分析如表2。

3 主要工藝設(shè)計(jì)參數(shù)

3.1 集水井和格柵

設(shè)集水井1座，鋼筋混凝土池體，內(nèi)做防腐，有效容積50 m3。內(nèi)設(shè)提升泵，提升泵為潛水泵，共2臺(tái)，1用1備，帶自耦裝置；生產(chǎn)廢水機(jī)械格柵過(guò)水量為450 m3/h，循環(huán)齒耙式，格柵柵距為5 mm。另設(shè)置事故切換閥2個(gè)，當(dāng)來(lái)水濃度太高或其它事故排水，通過(guò)切換閥門(mén)，將該股水引致事故貯存池，再逐量泵入調(diào)節(jié)池進(jìn)行后續(xù)處理。

3.2 調(diào)節(jié)池

調(diào)節(jié)池用于調(diào)節(jié)水質(zhì)水量，鋼筋混凝土池體，內(nèi)做防腐，有效容積600 m3，停留時(shí)間HRT=9 h，在此調(diào)節(jié)pH、溫度、投加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及微量元素。內(nèi)設(shè)潛水?dāng)嚢铏C(jī)及提升泵，提升泵為潛水泵，設(shè)2臺(tái)，1用1備；潛水?dāng)嚢铏C(jī)設(shè)2臺(tái)，轉(zhuǎn)速為100～150 rpm。

3.3 厭氧反應(yīng)池EGSB

EGSB成套設(shè)備1座，有機(jī)物容積負(fù)荷為4.5 kgCOD/m3·d，有效容積1140 m3，水力停留時(shí)間16 h，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)防腐。由于原水溫度接近常溫，故采用常溫厭氧，厭氧反應(yīng)池一期每日需去除的COD量平均為3000 kg，最大為5000 kg。

表2 污染物去除效率分析 (mg/L)

3.4 好氧反應(yīng)池SBR

設(shè)SBR池2座，每池一周期為8 h，每池每天運(yùn)行3個(gè)周期。負(fù)荷為0.10 kgBOD/kgMLSS·d，污泥濃度3.0～4.0 g/L，每周期每池去除BOD 76.5 kg。池體為鋼筋混凝土，單池有效容積1130 m3，有效水深6.0 m，內(nèi)設(shè)微孔曝氣頭，曝氣頭直徑為Ф250 mm，每個(gè)服務(wù)面積為0.6～0.8 m2，氧利用率以25%計(jì)。每池每周期排水量為283 m3。

設(shè)潷水能力為Q=200 m3/h的潷水器2臺(tái)，每池1臺(tái)，材質(zhì)為不銹鋼304。每池每周期產(chǎn)泥量約為53 kg干污泥，含水率為99.8% 時(shí)，污泥體積為27 m3，每池設(shè)排泥泵1臺(tái)，共2臺(tái)，用于將SBR池剩余污泥抽入污泥濃縮池。

3.5 中間水池及混凝過(guò)濾

生化出水中殘留的磷酸鹽通過(guò)物化方法加以去除，設(shè)有效容積220 m3中間水池一座，SBR池每個(gè)周期潷水器排水重力流至中間水池，混凝土結(jié)構(gòu)。根據(jù)每周期排水量283 m3計(jì)算，排水時(shí)間1.5 h，后續(xù)物化處理量以80 m3/h計(jì)，每周期滯留水量為163 m3。再由中間水池提升泵提升廢水至混凝反應(yīng)池，混凝反應(yīng)池內(nèi)投加混凝劑鋁鹽，通過(guò)攪拌機(jī)混合，沉淀殘留的磷化物以及去除殘留的懸浮物，混凝反應(yīng)后出水至流砂過(guò)濾器。

4 運(yùn)行情況

廢水處理站在安裝結(jié)束并經(jīng)清水試運(yùn)轉(zhuǎn)，使整套工藝系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，進(jìn)廢水轉(zhuǎn)入調(diào)試階段，調(diào)試周期約需三個(gè)月，并在此期間內(nèi)分析廢水水質(zhì)情況，主要參數(shù)包括：pH、CODCr、BOD5、SS、磷酸鹽(以P 計(jì))、LAS、重金屬離子等。厭氧系統(tǒng)進(jìn)行污泥接種，并進(jìn)行污泥馴化培養(yǎng)，按設(shè)計(jì)有機(jī)物負(fù)荷的1/10 進(jìn)行進(jìn)水，每天測(cè)定進(jìn)出水COD、出水有機(jī)揮發(fā)酸含量，當(dāng)出水COD、出水有機(jī)揮發(fā)酸達(dá)到要求后，逐步增加進(jìn)水的有機(jī)負(fù)荷，每次增加幅度為30%左右。在厭氧系統(tǒng)工藝調(diào)試進(jìn)行的同時(shí)進(jìn)行好氧生化系統(tǒng)的污泥培養(yǎng)，利用厭氧處理的出水作為進(jìn)水進(jìn)行培養(yǎng)。好氧池先加入50 t接種污泥 (由其他飲料工廠提供) ，加入少量的厭氧處理系統(tǒng)出水(保證COD 不超過(guò)2000 mg/L)，進(jìn)行連續(xù)曝氣，并在3 d后每天都加入少量的廢水，直至設(shè)定水位。

廢水處理系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后，配合環(huán)保驗(yàn)收，對(duì)各連續(xù)運(yùn)行單元進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)，實(shí)際污染物去除效率見(jiàn)表3。

表3 實(shí)際污染物去除效率 (mg/L)

由表3可知，廢水處理站進(jìn)水污染物濃度均偏低于設(shè)計(jì)值，這也與生產(chǎn)運(yùn)行初期密切相關(guān)，其中EGSB進(jìn)水CODCr濃度在2000 mg/L以下，但厭氧去除率達(dá)到83%，略低于設(shè)計(jì)值但基本滿足運(yùn)行要求，經(jīng)過(guò)SBR好氧處理后，CODCr濃度達(dá)到40 mg/L以下，總?cè)コ蔬_(dá)到98%。TP及SS在進(jìn)一步混凝過(guò)濾后，也達(dá)到設(shè)計(jì)要求，最終排水分別為0.19 mg/L及12 mg/L。

5 結(jié)論

本工程設(shè)計(jì)采用EGSB+SBR工藝，能有效處理飲料生產(chǎn)廢水，主要污染物質(zhì)CODCr平均厭氧去除率和平均好氧去除率分別為83%及88%，總?cè)コ蔬_(dá)到98%，TP的總?cè)コ蔬_(dá)到91%，SS的總?cè)コ蔬_(dá)到97%，出水水質(zhì)達(dá)到《GB8978-1996污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。

EGSB厭氧工藝，有機(jī)物容積負(fù)荷率高，占地面積小，動(dòng)力消耗低，運(yùn)行費(fèi)用低，污泥產(chǎn)量低，營(yíng)養(yǎng)物要求低。

好氧采用SBR工藝，能除磷脫氮，操作靈活，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，出水水質(zhì)好，運(yùn)行穩(wěn)定。采用混凝過(guò)濾化學(xué)除磷，減少處理構(gòu)筑物，降低運(yùn)行費(fèi)用，確保在排放高濃度含磷廢水時(shí)能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

此廢水處理站及該生產(chǎn)企業(yè)均處于運(yùn)行初期，污染物濃度較低且變化較大，運(yùn)行人員操作較生疏，為了系統(tǒng)正常穩(wěn)定的運(yùn)行，仍應(yīng)做好水質(zhì)分析監(jiān)測(cè)，調(diào)整運(yùn)行參數(shù)并持續(xù)做好人員培訓(xùn)工作。

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Engineering Design of EGSB-SBR Process for Beverage Industry Wastewater Treatment

DING He

(College of Environmental Science and Engineering, Tongji University, Shanghai 200092 ,China)

Based on the influent wastewater quality from beverage industry plant, expanded granular sludge blanket reactor (EGSB) with sequencing batch reactor (SBR)process was selected. The main engineering design details of this wastewater treatment process were developed as well. According to the operation data, the effluent from this EGSB-SBR system could fully meet I Class standard of the GB8978-1996 Integrated Wastewater Discharge Standard, and the CODCrremoval rate of EGSB and SBR reached to 83%, and 88% respectively.

beverage industry wastewater; EGSB; SBR; engineering design

2017-04-10

丁鶴(1982-)，男，江蘇丹陽(yáng)人，可口可樂(lè)飲料(上海)有限公司，高級(jí)環(huán)境審核員，在讀工程碩士，主要從事企業(yè)環(huán)境管理、廢水處理運(yùn)行等研究工作。

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1673-9655(2017)05-0051-04