高濃度豆制品廢水處理的工藝選擇和設計
黃武
(杭州能源環境工程設計所，浙江杭州310020)
摘 要：通過介紹豆制品廢水處理的成功工程實例，就豆制品廢水處理的工藝選擇和有關設計進行了探討，使廢水處理工程在低投入、低成本下運行。
關鍵詞：豆制品廢水；工藝選擇；設計；Lipp罐
中圖分類號：X703.1
文獻標識碼：C
文章編號：1000-4602(2001)07-0033-03
紅光豆制品廠位于杭州市區內，是杭州市最大的豆制品生產(10 t/d)企業之一，其高濃度有機廢水系豆制品加工中產生，而低濃度廢水系大豆浸泡、洗滌及衛生沖洗時排出，廢水的水量及水質見表1。
1 工藝流程的確定
根據豆制品廢水的特點及經處理后的廢水接入城市污水管網的要求，對高濃度廢水采用酸化水解—厭氧消化處理工藝，充分利用其能耗低、處理效率高、耐負荷并能產生沼氣等特點。
高濃度廢水經酸化水解—厭氧消化后，出水與低濃度廢水混合，泵入城市排污管網。具體工藝流程見圖1。
高濃度廢水在酸化水解池的滯留期為12 h，經水解酸化后的酸化液通過水力篩網篩除未被水解酸化的大顆粒豆制品，然后進入增溫計量池，把酸化液增溫至38 ℃，再泵入厭氧消化罐。厭氧發酵采用復合式上流厭氧污泥床工藝，中溫發酵，水力滯留時間為84 h，容積負荷為4.40kgCOD/(m3·d)，COD去除率在95%以上，產沼氣達510m3/d，產氣率為1.70m3/(m3·d)。厭氧出水經沉淀后進入配水池與稀廢水混合，最終排入城市污水干管。
水解酸化池的設置，可以把復雜且難降解、大顆粒的有機物水解成易降解的簡單有機物，大大降低廢水中的SS含量，此時廢水的pH值不僅沒有降低，反而有所提高(這主要是與酸化時間較長、酸化后期產甲烷菌群的活躍和部分銨離子的產生有關)，這樣可以大大減少廢水對厭氧消化的沖擊。
在設計厭氧消化池時，增加了廢水回流設施的設置，三相分離器上部的厭氧出水回流至回流罐，與未經處理的高濃度廢水混合后再進入厭氧消化罐，這樣可以提高廢水的pH值，降低進入厭氧消化罐的廢水COD濃度，減少對厭氧污泥的局部沖擊，防止厭氧池內部酸化反應的存在，提高厭氧消化效率。隨著回流比例的調整，可以大大提高厭氧消化罐的耐沖擊能力。
2 設計和施工
由于廠區內可利用的空地很小，進行總圖設計時，結合工藝流程，將預處理各池以及沉淀池和配水池建成重疊型，節約了建設用地。
①由于廢水處理設施正好位于原有的池塘上，其地基承載力和土質均勻度都很差，如采用鋼筋混凝土結構，由于其自重大，地基處理費用就相當高。厭氧罐和貯氣柜設計采用德國引進的Lipp罐體，由于罐體自重輕，基礎比較容易處理，費用隨之降低。厭氧消化罐高為9 m，直徑為7 m，是地上式圓形Lipp罐。由于對厭氧消化罐的徑、高比進行了調整，原有的三相分離器就不是很適合。因此，對三相分離器進行了重新設計，采用三層鋼結構漏斗式導流板做三相分離器(見圖2)。從使用結果看，三相分離效果相當好，厭氧污泥流失量很小，污泥截留效果明顯。
②沼氣貯氣柜采用干式貯氣柜，由于其自重很小，地基無需進行特別處理。而濕式貯氣柜其自重較大，需較大的地基處理費用。采用Lipp技術卷制的干式貯氣柜，柜體為鍍鋅鋼板一次卷制成形的筒體，在柜內安裝了貯氣袋和高位控制架，柜外安裝有氣體量的顯示裝置，并同時安裝了氣袋保護裝置——氣體超壓保護器。貯氣袋采用從德國進口的專用沼氣貯氣袋，其使用壽命較長，并且不需每年進行維護，一年可節約一筆不小的維護費。
③厭氧消化罐采用Lipp技術進行卷制。筒體材料采用不銹鋼復合高強度板卷制，在罐頂上部安裝有壓頂槽鋼，采用不銹鋼螺栓與筒體之間的定位，不采用焊接方式。筒體制作完成后，進行罐內的金屬結構安裝。由于罐體為金屬結構，罐頂可在罐內金屬結構完成后再進行安裝，這樣給罐內的安裝工作帶來了極大的便利。厭氧罐內設有布水器，布水器采用枝狀布水，隔3m2設有一個布水頭，布水較為均勻。三相分離器的安裝是罐內金屬結構安裝的重點，由三個圓錐形正反斗組成，施工要求高、難度大。在施工中充分利用罐頂后施工的特點，三個圓錐斗在外進行拼接，然后到罐內進行安裝，降低了施工難度和勞動強度，工程質量也較容易控制，加快了工程進度。安裝完成三相分離器和溢流槽后，進行罐頂的安裝施工工作。罐體保溫材料采用阻燃型的聚苯乙烯泡沫板，外殼采用彩色瓦楞鋼板，瓦楞鋼板采用特制的定位卡頭扁鋼定位，安裝效果良好。Lipp罐體與鋼筋混凝土之間的澆筑采用膨脹混凝土(見圖3)。
3 調試運行
調試運行工作從1996年11月開始，對水解酸化、厭氧消化進行培菌調試。
①水解酸化：菌種采取自然富集培養，處理水量與厭氧消化進水量相匹配，從10m3/d、20m3/d……逐步增加負荷，1個半月后達到滿負荷運轉，處理能力為80m3/d。經酸化處理后，出水COD平均從 24 000 mg/L降為16 500 mg/L左右，COD去除率達30%，pH值為5.5。
②厭氧消化：厭氧菌采用廠區的陰溝污泥和杭州四堡污水處理廠的厭氧污泥接種，共接種60%含水率的厭氧污泥30 m3，菌種接入厭氧罐后，加入少量生產廢水作為培養基，先進行升溫和馴化培養。每天升溫1 ℃左右，直至達到設計要求的38±1 ℃。廢水處理量從10m3/d開始，COD負荷從0.36kgCOD/(m3·d)逐步增加，1個半月后，進水量達到80 m3/d，COD負荷為4.40kgCOD/(m3·d)，出水COD濃度為650 mg/L左右，COD去除率達96%，出水pH值為7.2，產沼氣為510m3/d，產氣率為1.70m3/(m3·d)。
4 正常運行
廢水處理工程運行初期，由于水量變化較大(約為60～150m3不等)，廢水濃度波動也很大，最低時CODCr濃度在8 000 mg/L左右，而最高時CODCr濃度可達到3×104 mg/L，這給正常運行帶來了困難。同時也發現，當廢水量較大時其濃度相應較低，而水量少時其濃度就很高，在工程實際運行管理中，根據這個特點，當水量較大時采用延長進料時間同時減少厭氧消化罐的回流比例，以減少由于水量的增加而對厭氧消化所產生的沖擊。當水量減少而濃度較高時，加大厭氧消化罐的回流比例和回流時間，加大回流比可以很好地減少高濃度廢水對厭氧消化的局部沖擊。經過一段時間的探索，總結出高濃度廢水與厭氧回流水相混合后的COD濃度在1.5×104 mg/L以下時，就可以減少對厭氧消化的沖擊，而將混合廢水的COD濃度控制在1×104 mg/L以下時，基本上不會對厭氧產生沖擊，出水各項指標均很正常。
處理工程經過近2年的運行，效果穩定，沒有出現大的反復，各單元的處理效果(平均值)與沼氣產氣量見表2。
5 結論與經驗
①通過近2年的運行，處理效果達到和超過設計指標，處理設備和裝置運行正常，說明用水解酸化—厭氧發酵的工藝處理豆制品廢水是切實可行的。同時，采用德國Lipp技術與設備，大大縮短了工程的施工周期，受天氣影響的程度也遠比鋼筋混凝土結構的工程要小，無論在南方或北方，Lipp技術都比較適合發展。
②由于采用Lipp技術卷制的罐體其自重很小，罐體結構受力得到大大改善，對地基的處理費用大大降低，特別是在軟土地基的地區，工程造價更是顯著下降。同時，可以減少大量的日常維護和檢修費用，工程使用壽命也大大延長。
③增加厭氧消化罐的回流量可以大大減少對厭氧的沖擊，不必為調節pH而多支出藥品的費用，可以使運行處于低成本狀態，增加了沼氣出售的收入(該工程產沼氣為510m3/d，若按1.2 元/m3計，則收入為612 元/d)。
電 話：(0571)6093262
E-mail:daodingfeng@sina.com
收稿日期：2001-01-19
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