屠宰及肉類加工廢水脫氮除磷工藝改造與優化

黃占峰

(山西國環環境工程有限公司，山西 太原 030006)

引 言

出于改善水環境質量的考慮和環境容量本底較小的局限，山西省響應國家號召，要求國考劣V類水質斷面控制單元內所有工業企業外排廢水(礦井水除外)達到《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)中的Ⅴ類標準，即要求ρ(CODcr)≤40 mg/L、ρ(TN)(以N計)≤10 mg/L、ρ(TP)(以P計)≤0.4 mg/L。

而控制單元內某屠宰與肉類加工型企業生產排放的廢水，經現有工藝“格柵—兩級氣浮—調節—厭氧—缺氧—好氧—MBR膜—消毒”運行處理后，出水對比達標水質，TN、TP超標，需進行針對性的工藝改造。

1 現存問題與成因分析

1.1 冬季廢水處理能力問題與成因

改造企業地處北方地區，廠區污水收集管網長，生產廢水來源復雜且多為間歇式排放，經調節緩存、均化后，冬季最低時水溫在10 ℃～12 ℃。加之冬季為企業生產旺季，日排水量增加，而廢水本質特點又與企業生產相對應，水質隨之波動大，油脂、有機物濃度高，所以廢水處理冬季壓力比較大。

1.2 TN現存問題與成因

根據圖1監測數據，廢水處理站采用A/O法生物脫氮工藝，末端監測出水氨氮值低，表明好氧段硝化反應進行較為充分，氨氮在硝化菌、亞硝化菌作用下充分轉化；但另一方面，總氮的去除效果不理想，分析主要的原因在于缺氧池反硝化效果不佳。

經現場測量核實，確系原設計水溫與底物濃度等與生產實際不符，造成缺氧池池容嚴重不足，反硝化反應不完全，總氮脫除有限，體現為二沉池可見氣泡溢出，即部分反硝化的延遲進行。

圖1 改造前企業日平均出水氨氮含量在線監測記錄

1.3 TP現存問題與成因

廢水處理站設有厭氧環境的水解酸化池，但工藝運行并非針對除磷的厭氧-好氧工藝，未設有之間的污泥傳質聯絡，無法實現釋磷菌的除磷作用，僅靠微生物同化作用消耗，磷的去除有限。

2 工藝改造與過程優化對系統脫氮除磷的影響分析

2.1 生物脫氮工藝改造與過程優化

在兼顧脫除效果、改造成本及現有工人運行水平之后，切實可行的生物脫氮工藝改造與過程優化如下。

2.1.1 反應環境溫度優化

在脫氮的硝化與反硝化進程中，硝化速率受環境溫度影響比較大，如第173頁式(1)所列，環境溫度的提升可以促進硝化的速率的增快。

μmt=μm20exp[θ′(t-20)]

(1)[1]

式中：μmt為溫度t(℃)時的最大比生長速率，d-1；μm20為標準溫度(20 ℃)時的最大比生長速率，d-1；θ′為溫度系數。

工藝改造優先利用企業肉制品加工余熱，同時考慮企業生產過程中現有熱源為冬季低溫儲備熱，并盡可能對廢水管道與設施做保溫或封閉處理。經現場檢測，在調試運行期間改造后的生化處理系統溫度可維持在27 ℃～35 ℃。魏等人[2]在實驗中表明當溫度高于19.8 ℃時，比反硝化負荷的提高量有了一定的提高，由此類推，反應溫度的優化可以改善脫除效果，并在冬季低溫時段更為明顯。

2.1.2 外源物質優化

分段進水是基于同步硝化反硝化和動力學的研究成果，借助改進進水方式來提高廢水脫氮處理效果[3-5]。Lin等人研究表明[6]，在相同的進水負荷條件下，分段進水出水的硝態氮含量遠低于傳統出水。

根據A/O工藝運行特點并結合工藝實體，為保障后段缺氧池進水的m(BOD)/m(TN)比值，促使反硝化地充分進行，將缺氧池進水改為分段進水。

2.1.3 物理改造與過程調控

在A/O生物脫氮工藝中，硝化液回流比對系統的脫氮效果影響很大，過程調控如圖2所示。同時回流量又受缺氧池池容限制，故此，經工藝整合與池體功能改造，對現有缺氧池進行了一次擴容，增加約1.4倍池容。對于尚缺池容，提出將二沉池上清液回流以稀釋和改善缺氧池運行環境，如降低大量硝化液回流攜帶的缺氧池溶氧過高等來彌補。

圖2 生物脫氮工藝調控示意圖

2.2 除磷工藝改造

鑒于原有生物系統對磷更多地體現在同化作用脫除，工藝改造上主要依托化學除磷技術，而限于化學除磷系統混合程度、反應時間、接觸均化、分離效果等影響[7-8]及工人運行水平的差異，化學除磷投加難以做到精準，作為保障體系，在尾水增設吸附法以保障出水達標。

能夠用于化學除磷的金屬藥劑大部分為鋁鹽、鐵鹽與鈣鹽。以改造后二沉池出水(TP=2.97 mg/L)為測試水樣對目前常用的三種除磷劑不同投加量下的除磷效果實驗結果見表1與圖3。

表1 三種除磷劑在不同投加量下出水中剩余磷的含量

圖3 三種除磷劑在不同投加量下對水中磷的去除率

考慮作用效果及價格、來源等因素，優化工藝擬選用聚合硫酸鐵(PFS)作為除磷劑[9]，如圖3試驗結果中，除磷效果在投加適量的前提下可以達到90%以上。

3 改造后系統脫氮除磷的效果

系統改造完成后，經過3個月的調試運行，處理水質達到了預期指標要求。表2為2018年4月15日至6月20日對系統的檢測結果。

表2 改造前后主要單元水質指標對比

4 結語

在提標改造中，施以工程層面改造并擴充了缺氧池池容，增設了化學除磷設施，工藝優化方面主要有以下幾點：1) 提高了生化系統反應溫度，尤其改善了冬季對氮的脫除效果；2) 對缺氧段采用分段進水的形式，改善了反硝化反應外源物質條件；3) 過程調控并優化了回流液內循環功能；4) 經過化學除磷劑的篩選，驗證了鐵鹽對除磷效果的影響。經為期3個月的調試運行，證實上述改造效果良好，問題指標TN與TP均可達標外排。