豆制品生產廢水能源化利用的工藝實踐

楊圣廣

摘要豆制品在我國有著悠久的歷史和廣泛的市場，其生產廢水含有高濃度有機質，COD高達30 000 mg/L，直接排放對水環境污染嚴重。針對豆制品廢水可生化性好的特點，提出厭氧發酵（沼氣）—生物膜法處理工藝，實現廢水的能源化處理，同時達到環境排放標準要求，設計日處理水量300 m3，日產沼氣1 300 m3，排水執行《農業灌溉水質標準》中水作標準。

關鍵詞豆制品；廢水；能源化；厭氧發酵；工藝實踐

中圖分類號X703文獻標識碼A文章編號0517-6611（2018）25-0064-03

Process Practice of Energy Utilization of Soybean Production Wastewater

YANG Shengguang

（Environmental Monitoring Station of Feixi County，Hefei，Anhui 231200）

AbstractBean products have a long history and a wide market in China. The production wastewater contains high concentrations of organic matter， COD is as high as 30，000 mg/L， and direct discharge is seriously polluted by water environment.In view of the good biodegradability of soybean product wastewater， the anaerobic fermentation （biogas）biofilm process was proposed to realize the energy treatment of wastewater and meet the requirements of environmental emission standards.The designed daily treatment water volume was 300 m3， and the daily biogas was 1 300 m3. The drainage implements the water standard in the Agricultural Water Quality Standards.

Key wordsBean products；Wastewater；Energy；Anaerobic fermentation；Process practice

豆制品生產廢水主要來源于浸豆、泡豆及蒸煮、壓濾廢水和沖洗廢水，該廢水屬于高濃度有機廢水，有機物含量高，可生化性強，直排環境污染嚴重。根據文獻資料[1-2]，豆制品廢水處理易出現以下問題：①該企業屬于間歇生產方式，水量和水質不均勻，排水時間較集中；②高濃度廢水在厭氧處理水解酸化段易酸化，是控制難點；③好氧階段，如采用活性污泥法，易產生污泥膨脹。因此，豆制品生產廢水能源化利用顯得非常重要。

安徽壽縣是著名的豆腐之鄉，安徽迎淮豆制品有限公司主要從事豆制品生產銷售，日產各類豆制品260 t，其生產廢水有機物含量高，其中黃漿水CODCr一般在20 000～30 000 mg/L，泡豆水的CODCr為1 200～2 000 mg/L，其他廢水CODCr相對較低；廢水的C∶N∶P平均為100.0∶4.7∶0.7，可生化性達到0.6～0.7，大都污染物為可降解有機物，適合微生物的生長。為落實好環境保護的要求，必須對其生產廢水進行處理，筆者提出厭氧發酵（沼氣）—生物膜法處理工藝[1]，以便實現廢水的能源化處理，同時達到環境排放標準要求。

1處理水量、進水質和排放標準

1.1日處理水量

項目擴建后廢水產生量300 m3/d，其中黃漿水150 m3/d、清洗水150 m3/d，取日變化系數1.2，則系統日處理最大廢水量為360 m3/d。按24 h運行，則15 m3/h，其中黃漿水7.5 m3/h。

1.2進水水質

濃度最高的黃漿水pH為4～6，SS≤6 600 mg/L，CODCr≤30 000 mg/L，BOD5≤14 000 mg/L。普通清洗水pH為6～8，SS≤130 mg/L，CODCr≤220 mg/L，BOD5≤76 mg/L。

1.3出水水質

系統排水執行《農業灌溉水質標準》中水作標準：pH 6～9、SS≤150 mg/L、CODCr≤200 mg/L、BOD5≤80 mg/L。

2設計依據

《農業灌溉水質標準》（GB5084—1992）、《地表水環境標準》（GB3838—2002）、《給排水工程結構設計規范》（GBJ69—84）、《室外排水設計規范》（GB50014-2006）、《環境工程手冊—廢水卷》高等教育出版社、《水處理工程師手冊》化學工業手冊、《環境設備材料手冊》（第二版）冶金工業出版社、《沼氣工程設計規范》 NY5074—2009、《水解酸化反應器污水處理工程技術規范》（HJ2047—2015）。

3設計思路

分質處理高濃度黃漿水，清洗水預處理后，混合達標排放；考慮氨氮、酸化等不利因素，預留處置接口；主體處理工藝是預處理+USR反應池+生物膜法；厭氧發酵采用兩段多級技術，分段利于培養不同細菌群高效發揮作用，多級發酵可使高濃度廢水逐級降低，使殘余的有機物徹底分解。

4處理工藝流程設計

4.1處理工藝的確定

4.1.1

初沉池。把進水COD濃度降至20 000 mg/L以下，必要時利用氣浮處理設備。

4.1.2

USR反應池。主要處理單元采用35 ℃中溫發酵、兩段5級推流式分級降解技術，池內設置填料，COD負荷1.0～2.5 kgCOD/（m3·d），把污水中COD濃度從20 000 mg/L降至1 000 mg/L，有效容積3 000 m3，理論沼氣產生量900～1 300 m3/d[3]。

4.1.3

生物膜池。填料負荷2 kgBOD/（m3填料·d），把污水中COD濃度從1 000 mg/L降至200 mg/L以下（表1）。

4.2工藝流程設計

該項目的工藝流程如圖1所示。該工藝具有以下特點：①厭氧發酵采用兩段式，產酸和產氣段獨立進行，提高效率，同時對產氣段又分4級降解，可穩定實現降解效果，快速降解COD值到1 000 mg/L以下[2]。②2組2條生產線輪換進料，檢測和調試系統獨立進行，有助于提高

生產效率，如有不良結果出現，可以及時調節，具備應急功能[4]。③充分利用水力條件，注意管道布列，最大程度減少動力消耗，全套裝置功率僅為4.55 kW·h。④預設除酸、除氨系統，當兩段厭氧首池酸化時，可以投加堿性物質調節，當USR末端池氨氮濃度過高，可以采用化學方式予以去除，以此實現不良工況可調可控。⑤與公共衛生間連建，糞便水直接進入系統處理，處理后的中水引入沖廁，形成循環，大大改變了衛生環境，節約水資源。⑥USR末端池具有較高的氨氮含量，可直接回用農田，此沼液不僅具備普通沼液的生物肥效，其氮元素含量更高。

5構筑物及設備

5.1集水井

設計規模為3 m×3 m×3 m，地下鋼砼結構，設污水泵2臺，一用一備，1.5 kW，揚程7 m，管徑65 mm。設置氣浮機裝置一臺，采用溶氣氣浮法，將大量空氣溶于水中，形成溶氣水，通過釋放器驟然減壓快速釋放，產生大量微細氣泡與水中污染物質黏附成絮體上浮，從而迅速去除水中懸浮物質，達到凈化的目的。

5.2調節池

該單元主要是水質均和、平衡水量，削減高峰水量對后續處理單元的沖擊負荷，以期降低水量變化對處理效果的影響，設計規模為3 m×3 m×3 m，地下鋼砼結構，設污水泵2臺，一用一備，1.5 kW，揚程7 m，管徑65 mm。

5.3沉淀池

該單元主要是利用重力的作用使廢水中的懸浮物、生物處理后產生的污泥或生物膜與水分離，形成泥水界面。平流沉淀池3 m×7 m×1.5 m，地下鋼砼結構，斜底板；平面負荷取1.3。

5.4USR反應池

在高濃度廢水處理工藝中，廢水的厭氧生物處理是指在沒有游離氧的情況下，以厭氧生物為主對有機物進行降解的一種處理方法，成功的厭氧水解工段去除效率可達到50%以上。在厭氧生物處理過程中，厭氧處理技術是一個關鍵步驟，復雜的有機化合物被降解，轉化為簡單、穩定的小分子化合物，同時釋放出能量，大部分能量以甲烷（CH4）的形式出現，如果厭氧消化過程徹底，最終產物均為CH4、CO2及NH3。該單元可降解有機物提取水中有效元素能源化利用，同時也為后續好氧處理做了很重要的前期處理[5]。

結合理論計算和工程經驗，推薦USR總池容3 000 m3，有效容積2 400 m3，地埋隧道式推流結構，水力總停留時間16 d。設置二組隧道式沼氣池，每組長30 m（設5個分區，每區長6 m），池深4 m，單拱跨度10 m，拱高1 m，全鋼砼結構，半地下式。設置低速推流器2臺，出渣系統2套，人孔12套，生物填料900 m3，正負壓保護器12套，氣體檢測系統1套，沼液檢測系統1套，池內水流溝通12套，沼氣收集系統2套，脫氮回流設施2套，加套系統12套。

5.5預曝氣池

該單元為厭氧環境轉換好氧環境節點。設計規模為5 m×5 m×4 m，地下鋼砼結構；設污水泵2臺，一用一備，1.5 kW，揚程7 m，出口75 mm。

5.6生物膜池

廢水中存在的各種有機物以膠體狀、溶解態的有機物為主，作為微生物的營養源，與厭氧方法不同，廢水的好氧生物處理是一種有氧的情況下，以好氧微生物為主對有機物進行降解處理。這些有機物經過一系列的生物反應，最終以CO2和水無機物質穩定下來，達標排放[6]。設計規模為12 m×5 m×4.5 m，地下鋼砼結構；設置生物填料160 m3，回流泵2臺，曝氣系統一套，風機2臺，一用一備，污泥泵2臺。

5.7二沉池

該單元主要通過靜置使污泥進一步濃縮，將各個處理單元產生的剩余污泥匯集。設計規模為3 m×3 m×4 m，地下鋼砼結構；設污泥泵2臺，一用一備，1.5 kW，揚程10 m，出口50 mm。

5.8干化池

進過污泥濃縮后的污泥需要進一步處理，含水率仍然在98%以上，采用污泥干化場的方式可以減少對機械壓濾機等設備的需求，但需要一定的場地。設計規模為10 m×10 m×1 m，地上磚結構，3座輪換使用，總有效面積300 m2；底部設置砂石濾層，利用現有干化設施，濾液回流到預曝氣池。

5.9控制房

普通磚瓦平房20 m2，設置門窗、空調、辦公桌椅、滅火器等。

5.10濕式氣柜

配400 m3濕式氣柜，存儲甲烷氣（沼氣），恒壓恒流供給后續鍋爐燃燒使用。

5.11沼氣鍋爐

配2 t/h純沼氣蒸汽鍋爐一臺，系統提供沼氣含量約65%，低位燃燒值2.3×107 J，滿足豆制品生產需求。

5.12脫硫、凝水及安全水封

配脫硫、凝水、安全水封及沼氣計量裝置各2套。

5.13加熱系統在各室采用鍍鋅管制作加熱盤管，采用熱水循環加熱方式，保證冬季系統穩定運行在35 ℃工位，提高發酵效果[7]。

5.14運行調節系統

運行調節是系統穩定運行的重要保證，預設pH、甲烷、揮發性有機酸、水溫、污泥濃度等監控系統。

6消防、環保與安全設計

6.1消防設計

該工程作為整個生產項目的公用輔助項目，消防統一規劃設計，在此不單獨設計。

6.2節能設計

該工程設計節能措施主要有：污水處理構筑物布置緊湊，注意高程布置，減少聯絡管渠的水頭損失；設備選型杜絕采用國家公布的淘汰產品，選用高效率、低能耗的設備產品；重視計量、儀表、監控設計使用，整個系統能根據不同的水量和工況調整設備運行情況，既實現污水的處理效果，又達到節能目的[8]。

6.3環境保護

6.3.1

施工期環境影響的緩解措施。

6.3.1.1

工程施工棄土的管理。土方工程施工中產生的土方，應本著因地制宜的原則，首先考慮為該工程利用回填，余土就近填入農村道路修建。

6.3.1.2

噪音防護。施工期間噪音主要為運輸車輛的喇叭聲、電動機聲、混凝土攪拌聲等。晝間施工時要盡量避免各種施工機械同時啟動，減少對周圍環境的影響，夜間不施工。

6.3.2污水處理站對外部環境的影響。

6.3.2.1

污水處理站排放的尾水。污水處理站內部的生產污水主要為污泥干化池濾液等，返回調節池，進入污水處理系統，不會產生新的污染。污水處理站排放的尾水即出水，按照工程設計出水水質能達到排放要求，回用于農田。

6.3.2.2

噪聲。主要噪聲源為水泵機組和風機，該項目設計主要水泵采用潛污泵，非潛污泵采取減震降噪措施；采用低噪聲回轉式鼓風機，并在底座均加減震措施，進出氣管上加裝消音器和可曲繞橡膠接頭外，把噪聲控制到最小程度，噪聲對環境影響不大，可達到《工業企業廠界噪聲標準》（GB12348—90）中的要求。

7工程節能、保溫

7.1節能措施

污水處理系統消耗的能源主要是電能，其中又以工藝設備為重中之重，為降低指標、減少單位污水處理的成本，設計中采取的節能措施有：通過選擇合理的工藝路線，減少污水提升的次數，以減低單位污水處理的能耗；注意設備的合理搭配，處理系統的機電設備選用成熟的高效節能機電產品，可使整個系統始終處于高效運轉。

7.2保溫措施

該工程無需保溫措施，不影響工程運行。

8結論

采用該設計工藝，可以使豆制品生產廢水資源化、能源化處理，污染物轉化成清潔燃氣甲烷，給企業帶來較好的經濟效益。經測算，年生產沼氣474 500 m3，收入186.65 萬元/a；污染物達標排放，年削減COD 1 839.6 t，年削減BOD 5 855.6 t，年削減SS 487.62 t，對周邊生態環境有良好的改善，環境效益明顯。

參考文獻

[1] 林聰.沼氣技術理論與工程[M].北京：化學工業出版社，2007.

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[3] 徐曾符.沼氣工藝學[M].北京：農業出版社，1981.

[4] 王繼斌，宋來洲，孫穎.環保設備選擇、運行與維護[M].北京：化學工業出版社，2007.

[5] 于爾捷，張杰.給水排水工程快速設計手冊（2）[M].北京：中國建筑工業出版社，1996.

[6] 張自杰.排水工程：下冊[M].4版.北京：中國建筑工業出版社，2000.

[7] 李田，胡漢明.給水排水工程快速設計手冊（5）[M].北京：中國建筑工業出版社，1994.

[8] 趙欣欣，孫玲，董玉瑋，等.固定化微生物技術及其在污水處理中的應用[J].水處理技術，2015（7）：17-20.