糕点行业废水处理技术的研究与应用 59页

' 糕点行业废水处理技术的研究与应用ResearchandApplicationonPastryIndustryWastewaterTreatmentTechnology领域：环境工程研究生：樊建军指导教师：顾平教授企业导师：梁全民高工天津大学环境科学与工程学院二零一五年十一月 摘要糕点行业是我国主要的食品制造业之一，糕点食品的基本原料为面粉、酵母、食盐、砂糖和水，同时添加适量油脂、乳品、鸡蛋、食品添加剂等，经一些列复杂工艺烘焙而成的食品。其生产废水含有大量的可生物降解有机物，COD、BOD、SS值较高，而且还含有较高浓度的动植物油，若不经处理直接排入附近水域中，将会大量消耗水中的溶解氧，使水质恶化，污染环境。本论文在多年食品工业废水处理工艺研究的基础上，分析了不同处理工艺之间的差异，优化系统整体组合处理方案，利用理论知识来指导实践，通过工程实践去验证理论的合理性及可行性；结合已完成的工程实例通过工程前期规划设计、工艺设备选型、系统调试驯化，直至验收移交，掌握“物化+生化”组合工艺处理糕点行业废水的规律性、处理效率与工程效益、经济技术指标。本论文研究的内容可以分为两个部分。第一部分：研究分析物化处理技术、厌氧处理技术、好氧处理技术中不同的处理方法，比较不同处理方法的工作原理、工艺设计及特性，通过对各种方法的技术特征进行相互比较，根据技术的适用性，择优选择处理工艺。第二部分：结合实际工程的项目背景，根据所提供的水质水量及排放标准，利用天津恩纳社环保有限公司开发的专利技术，设计了污水站工艺流程和主要构筑物尺寸，通过了系统的调试运行，进行成本费用分析与评价，总结工程过程中的经验教训，用于指导以后的工程实践。从2011年8月至2012年的10月，开始进行前期规划设计，项目施工及调试验收，以及近几年现场定期回访反馈，确认选择的“混凝气浮+高效厌氧反应器+好氧生物法处理系统”处理工艺可以非常有效的处理焙烤食品制造业废水，出水水质满足相应的国家二级污水综合排放标准要求，给企业创造更大的社会价值，为人类社会打造一片碧水蓝天。关键词：焙烤行业废水；处理工艺；混凝；气浮；厌氧生物；好氧生物；工艺设计 ABSTRACTPastryindustryisoneofmainfoodmanufacturingindustriesinChina.Thebasicrawmaterialsofthepastryfoodwhichisbakedthroughaseriesofcomplexprocesses,areflour,yeast,salt,sugarandwater,withamoderateamountofgrease,dairyproducts,eggs,foodadditivesandsoon.ThewastewaterfromthisindustrialcontainslargeamountsofbiodegradableorganicssuchasCOD,BODandSS,andahighconcentrationofanimalandplantoil.Ifthewastewaterisnottreatedanddirectlydischargedintonearbywaterbody,alargeamountofoxygenwillbeconsumed,whichwillmakewaterqualitydeterioratedandenvironmentpollution.Inthispaper,onthebasisoftheexperienceonfoodindustrywastewatertreatment,theauthoranalyzesthedifferencesamongdifferenttreatmenttechnologies,andoptimizesthewholecombinationtreatmentscheme.Combinedwiththecompletedproject,throughattendingtheprojectfromtheearlyplanninganddesignstage,selectingtheprocessequipment,debuggingthesystemtothefinalacceptanceandtransfer,theauthormasterstheregularity,treatmentefficiency,projectbenefit,economicandtechnicalindexof"physicochemical+biochemical"combinationprocesswhichdisposespastryindustrywastewater.Accordingtotheresearchcontents,thispaperisdividedintotwoparts.Inthefirstpart,someresearchandanalysisofdifferenttreatmentmethodsarereviewed,includingthephysicalandchemicaltreatmenttechnology,anaerobictreatmenttechnology,andaerobictreatmenttechnology.Mastertheoperatingprinciple,technologicaldesignandcharacteristicsofdifferenttreatmentmethods.Choosetheoptimaltreatmenttechnology,accordingtothetechnologyapplicabilitybasedonmutualcomparisonofvarioustechnologyessentials.Inthesecondpart,combiningwiththeactualprojectbackground,basedontherawwastewatersqualityandquantity,aswellasdischargestandards,makinguseofthepatentdevelopedbyTianjinERRCEnvironmentalProtectionCo.,Ltd,theauthordesignsthewastewaterplantprocessandthemainstructurespecification.Basedonthesystemdebuggingandrunning,analyzeandevaluatethecost.Summarizetheengineerexperienceandlessonstoguidetheengineeringpracticeinthefuture.MakinguseofyearsoftheorylearningandcombiningwiththepatentdevelopedbyERRC，theauthorparticipatedintheprojectfromtheearlyplanninganddesign stage,projectconstruction,debuggingtotheprojectacceptance,andvisitedthesceneregularlywithfeedbackduringtheAugust2011andOctober2012.Basedontheactualprojectpractice,the"coagulationfloatation+highlyefficientanaerobicreactor+aerobicbiologicaltreatmentsystem"technologyistestifiedeffective,whichcanbeusedintreatingthebakingindustrywastewater.Theeffluentwaterqualitymeetstherequirementsoftherelevantnationalwastewaterdischargestandards.Makeuseofthismethodtocreatemoresocialvaluefortheenterprise,andbuildapieceofgreenwaterandblueskyforthehumansociety.Keywords:bakingindustrywastewater;treatmenttechnology;coagulation;airflotation;anaerobicbiology;aerobicbiology;processdesign 目录第一章绪论........................................................11.1糕点行业概况....................................................11.2糕点行业废水特性................................................11.3糕点行业废水处理技术的应用现状..................................2第二章污水处理工艺技术比选........................................42.1物化技术的比选..................................................42.1.1分散空气气浮法..............................................42.1.2电解气浮法..................................................62.1.3加压溶气气浮法..............................................62.2厌氧生物处理技术的比选..........................................92.2.1折流式厌氧反应器（ABR）...................................102.2.2完全混合式（CSTR）厌氧消化器..............................112.2.3升流式厌氧污泥床反应器（UASB）............................122.2.4厌氧膨胀颗粒污泥床反应器（EGSB）..........................142.3好氧生物处理技术的比选.........................................162.3.1活性污泥法.................................................162.3.2生物接触氧化法.............................................162.3.3膜生物反应器（MBR）.......................................17第三章工程实例设计...............................................193.1项目背景.......................................................193.2水质、水量及处理标准...........................................193.3设计原则.......................................................203.4工艺流程及设计说明.............................................203.4.1工艺流程...................................................203.4.2设计说明...................................................213.5主要构筑物设计参数.............................................30第四章调试运行...................................................354.1系统的启动.....................................................354.1.1污泥的投加.................................................354.1.2驯化培养...................................................354.2运行记录.......................................................36 第五章成本费用与评价.............................................425.1成本费用构成与计算.............................................425.2运行情况评价...................................................43第六章结论.......................................................44参考文献...........................................................46发表论文和科研情况说明.............................................49致谢...........................................................50 天津大学硕士学位论文第一章绪论第一章绪论1.1糕点行业概况糕点行业是我国主要的食品制造业，随着社会现代化生活节奏的加快，居民的物质生活水平日益提高，我们的生活与糕点食品已经息息相关，密不可分，糕点食品不仅具有丰富的营养，而且品类繁多、形色俱佳、应时适口，老人、青年人、儿童已经将其列入生活的必备品行列。近年来，我国糕点行业的扩张呈现爆发式发展，伴随国民经济水平的不断提高，下游末端需求量市场的不断扩大，加之行业的生产技术不断提高、生产组织结构的规模化、产品也呈现多样化发展态势。由此带来了的糕点企业生产废水的排水量也在不断的增加，车间生产的工业废水日排放量从早年间的几吨到几百[1]吨，发展到目前的几千吨废水排放量，同时废水的水质也更加复杂化。糕点食品的基本原料以面粉、酵母、食盐、砂糖和水为主，根据生产工艺的要求调加适量油脂、乳品、鸡蛋、食品添加剂等，再经过一些列复杂工艺烘焙而成的培烤食品，其生产所产生的废水含有大量的可生物降解的有机物污染物，主要表现为COD、BOD、SS、动植物油等浓度很高。鱼类和水生生物的生存水域环境中，若直接排入不经处理此类废水，水中的溶解氧将会大量消耗，水体原本的平衡体系将遭到破坏，水体的溶氧量被消耗而降低，造成缺氧状态使水质恶化，鱼类和水生生物因此而死亡；工业废水中所含的大量动植物油及浮渣将水体表面所覆盖，阻止了空气中的氧气向水中扩散；同时密度较大的悬浮物颗粒沉人水体底部，在缺氧或厌氧条件下腐蚀、变质和分解，产生大量恶臭气体，进一步加快的水质恶化，污染周围环境。农田的灌溉用水如引用未经处理的生产废水，有机污染物通过植物根茎的吸收，将会直接影响农业果实的品质，同时有机污染物将下渗到地表以下，污染地下水资源，通过蒸发扩散到空气中，使得空气中可能携带大量的病毒和病菌，人类和动物将易于感染疾病，危害自身健康，因此糕点行[2]业废水的有效处理，起越来越多得到社会和政府的关注和重视。糕点行业废水处理技术如何得到提高和改进，更加科学、更加优化的工艺技术组合路线的采用，将能切实有效地解决糕点行业废水的治理问题，对整个行业乃至国家的经济发展都具有极其深远的影响。1.2糕点行业废水特性糕点行业废水由生产各个环节的设备清洁、更换生产品项及车间内部清洗时1 天津大学硕士学位论文第一章绪论所产生，主要来源四个方面：（1）清洁原物料配料机、输送装置、烘烤设备的洗涤用水，以及清洗容器用水。废水中含有生产设备上大量残留的成品或半成品下脚料，例如残余的糕点碎屑、淀粉、蛋白以及各种食品添加剂等；（2）用来浸泡原物料的自来水和蒸馏水；（3）在高温生产过程中，设备和容器所带来的冷却水和冷凝水；（4）伴随着企业整理、整顿、清扫、清洁和素养，即“5S”管理要求，车间所产的环境清洁废水。糕点行业企业排水的污水，根据外在环境和市场的供需关系，不断调整生产内容，通过变换制作工艺、改善生产条件、研发的生产品项等各方面，其车间产生的废水水量、水质也呈现较大差异，既具有食品废水的一般特性，也具有自身[3]独特的特点，其主要特点如下：（1）随着企业制作工艺、生产条件、生产品项、季节变换等各方面因素，其排放的水质水量也随之发生变化；（2）废水中有机物含量高，主要体现在COD、BOD浓度高，SS、动植物油含量高。一般情况下COD在500～20000mg/L，BOD在300～12000mg/L，SS在300～1500mg/L，动植物油在15～1200mg/L；有机污染物主要以碳水化合物为主，包括糖类、有机酸、多元醇以及添加剂等溶解性有机物；悬浮在水中的固体物质由蛋白质、淀粉、油脂以及胶体等为主要组成部分；（3）废水中BOD/COD比值在0.4～0.7之间，说明该废水可生化性比较好,非常适合主体工艺采用生物处理技术；（4）废水容易由于悬浮物质的酸化、腐败发臭而形生恶臭气体。在夏季高温或低pH值情况下，废水中的蛋白质多会引起变性凝结成块，悬浮物和变性蛋白质被较轻的动植物油吸附后浮于水面形成浮渣层，易造成结块，并且结块物质含油、含水率高，污泥比阻大，脱水干化困难，同时将伴随大量恶臭气体产生、蚊蝇滋生，影响周围环境。1.3糕点行业废水处理技术的应用现状糕点行业废水含有大量的可生物降解的有机物，属于食品工业类有机废水，其所含COD、BOD5、SS值较高，而且还含有高浓度的动植物油，同时废水具有较高的B/C。目前此类废水的处理技术在国外内的研究报道比较少，由于企业生产规模的大小及环保资金投入的差异，处理技术也存在较大差别，根据可以查阅到的资料显示，比较常用的糕点废水处理工艺一般有物理法、物化法和生化法[4]工艺组合的技术路线。2 天津大学硕士学位论文第一章绪论物理法是在不改变物质的化学性质前提条件下，通过物理分离的作用去除大部分污染物的处理技术。在糕点行业废水处理中主要用于实现颗粒状或油脂物质与水的分离，其构筑物单元主要为格栅池、隔油池和沉淀池，其相应配套的池体结构及机械设备简单，购置方便，总体造价低廉。物化法是通过该物质的物理性质在添加化学药剂的条件下，使其所带正负电荷相吸汇集形成絮凝沉淀，最终实现污染物与水的分离。在糕点行业废水处理中主要用于混凝气浮处理系统，可以除去废水中大部分悬浮物、动植物油、以及部分有机和无机污染物等。该方法可以作为后续处理工艺的预处理阶段，运行情况比较稳定，可以得到较好的出水水质，为后续处理工艺提供水质保证；但该法的所配套的机械设备比较多，系统的运行能耗和维护管理费用都比较高，同时所产生的污泥含油量较大，污泥脱水后含水率也较高。生化法是在满足微生物自身生存的环境条件下，通过微生物自身的新陈代谢作用，吸附、吸收和降解废水中有机污染物的处理技术。目前该技术广泛应用于环境治理行业中，其具有投资管理费用低，运行性能稳定，没有二次污染的产生，是环境友好型处理技术。根据微生物代谢环境的差异分为厌氧生物处理技术和好氧生物处理技术，两种处理技术各有优势，在糕点行业废水处理工艺中一般选用两种工艺的优化组合，实现处理系统整体的经济性，最终确保系统的稳定达标运行。3 天津大学硕士学位论文第二章污水处理工艺技术比选第二章污水处理工艺技术比选2.1物化技术的比选气浮设备主要利用浮力原理，通过在废水中加入或产生大量的微细气泡，使悬浮物颗粒附着在以高度分散的微小气泡形式的空气上，在气泡上浮的推动力下，使其聚集上浮至水面，从而实现固-液分离的水处理设备。当溶入水中的微气泡与水中固体颗粒粘附时便形成水、气、固三相的粘附界面，为提高气浮的处理效果，在处理含油废水气浮过程中，利用乳化油表面带负电的情况，有时还需向废水中投加破乳剂，使去除效果较差的乳化油聚集成气浮设备可以去除的油粒。目前气浮分离方法有很多种，根据微细气泡产生的方式主要可分为：分散空气气浮法、电解气浮法和加压溶气气浮，大都广泛应用于城市给水、工业废水和[5-9]城市污水处理等方面。通过对分散空气气浮法、电解气浮法和加压容器气浮法从气浮的原理、运行情况和优缺点等因素综合性考虑进行分析，最终确定选用加压容器气浮法作为糕点行业废水处理的物化技术。2.1.1分散空气气浮法分散空气气浮法是利用机械碎细空气的方法。空气被高速旋转的叶轮离心力所造成的真空负压区通过大气压强差吸入，转变成为微细的空气泡而扩散于水中。水中的悬浮物被由池底向水面上升的气泡粘附一起带至水面，实现固-液分离的目的，不断堆积形成的浮渣被缓慢旋转的刮渣板刮出池外。废水中主要含有絮体或细小颗粒时，不适用于分散空气气浮设备处理。因为分散空气气浮设备机械剪切力产生的气泡较大（直径达1mm左右），无法将粘附在絮体上，不能实现分离的目的。散气气浮设备气浮周期约为30min左右，每吨水的溶气量达到了0.51m³常压空气，根据粉碎气泡方法主要分为三种：射流气浮、扩散板气浮和叶轮气浮。（1）射流气浮以水带气通过射流器向废水中混入空气进行气浮的方法称为射流气浮，主要有射流布气、射流溶气两种方式。射流布气由液气射流器、工作泵、释放器和气浮池组成。废水从喷嘴高速喷4 天津大学硕士学位论文第二章污水处理工艺技术比选出时，气体由于气压差，被喷嘴吸入室形成的负压区吸入；相互混合后，被剪切成微细气泡的空气融入废水中，通过气浮池骤然减压释放，由于气泡的上浮力，被粘附的油珠和悬浮物固体一并被带出水面。射流布气的工艺结构简单、系统运行安全可靠、设备的投资费用低，噪声小，SS去除率可达70%以上，但射流器本身的能量损失较大，耗能损失为水泵功率的30%～40%，故当需溶气水压力为0.3MPa时，则水泵出口压力约需0.5MPa。射流溶气采用循环式射流加压的溶气方式，空气在高效液气射流器喷射时吸入，经过高速紊动混合后，通过能量转移，产生带压的气水混合体，利用溶气罐保持带压状态下存储，经污水池体底部的释放器进行释放，溶解在水中的空气由于压力的变化，骤然减压释放形成微细气泡上浮，并粘附在絮体和悬浮物上，一并上升至水面，经刮渣机刮除。内循环式射流加压溶气，采用了空气内循环和水内循环，除保留射流溶气方式的特点，既不需要空压机外的同时能耗还得到进一步的降低。射流气浮装置的核心由离心泵组、溶气罐和真空进气阀（自动加气装置）组成，能形成量大稳定的溶气水。（2）扩散板气浮扩散板曝气气浮利用鼓风机的加压原理，将常压下的空气经过鼓风机装置送至气浮池充气器，在废水中释放，形成细小气泡。一般采用扩散板、穿孔板或曝2气管等形式的充气器，曝气压力在1kg/cm时，每吨水空气量达到2～3m³。由于扩散装置的微孔孔径不好确定，从而导致该种方法在工程推广上受到限制。当孔径太小时容易引发堵塞，孔径过大时，得不到有效的溶气效果，甚至需要投加表面活性剂后，方可形成可利用的微小气泡。弹性膜微孔曝气器通过近年来研制和开发，克服了扩散装置微孔易堵或孔径大等缺点，但由于其材质易变形、老化而影响使用寿命。（3）叶轮气浮电机在高速旋转时，空气被盖板下叶轮转动形成的负压区吸入，当废水进入在叶轮区域后，在叶轮的飞速搅动下，与被粉碎成细小的空气气泡充分混合，形成水气混合体，经过整流板稳流后，平稳地在池体内垂直上升进行气浮，大量的浮渣不断形成，并被带出水面，由缓慢转动的刮渣板刮出槽外。导向叶片与叶轮间的间距影响吸气量的大小，有研究证明，两者之间间距超过8mm将使进气量降低，所以叶轮直径多为200～400mm，最大不超过600～700mm，转速多采用900～1500r/min，圆周线速度则为10～15m/s等技术指标的设备常在气浮中使用。5 天津大学硕士学位论文第二章污水处理工艺技术比选溶气量大、停留时间短、处理速度高、除油效率高、造价低、适应于处理油田污水是叶轮气浮的主要优点，后经过不断改进和发展，成功研发了涡凹气浮和MAF旋切气浮。2.1.2电解气浮法电解气浮法指废水中的微小油滴、悬浮颗粒，利用电解槽中发生电絮凝过程中，阴极产生大量氢气气泡的粘附作用下，随其上浮而得到净化。由于电解过程比较缓慢，产生的氢气气泡非常细小，极易于粘附在微小油滴和悬浮颗粒上，同时比表面积很高，所引发的浮载能力也很大，油滴和悬浮物很容易实现与水的分离；废水在电解过程中，通过电化学氧化及电化学还原等作用，将发生一系列电极反应，大量的金属离子在电极阴极沉积，废水中的有机污染物也被部分降解，电解作用的脱水、脱臭、消毒功能显现。电解气浮法多用于处理高难度污水处理、多环、杂环物质的处理、生化工艺前作为预处理，提供B/C的比值，但由于电极棒的使用成本及使用寿命所限，目前，主要研究集中在降低电耗和防止电极钝化等方面有关的改进上。2.1.3加压溶气气浮法压力溶气气浮（DAF）是国内最成熟的一种气浮技术，由于研发时间早，技术稳定可靠，较早的应用于现代化工业废水治理中，如造纸、印染、电镀、化工、食品、炼油等行业。相对于其他气浮方式，它具有较高水力负荷，并对于处理高色度、高有机物含量、低浊度、低表面活性物质含量或富含藻类的工业废水具有明显的优势特点，但由于其工艺比较复杂、设备能耗较大、噪声大等因素，限制着它的应用和发展。（1）加压溶气气浮的溶气方式根据废水的加压方式、悬浮物的种类和性质、处理水净化程度的要求，可将溶气的方式分为全流程溶气气浮法、部分溶气气浮法、部分回流溶气气浮法三种基本方法。全流程溶气气浮法将所有废水通过水泵进行加压，在加压的过程中注入压缩空气，压缩空气和废水在溶气罐内进行混合溶解，由输送管道在减压阀的控制下进入气浮池骤然释放，由于混合废水中溶有大量空气，在常压下释放出大量的小气泡，粘附于废水中的乳化油或悬浮物上，随着上升浮力的作用，乳化油或悬浮物逐渐被带出水面形成浮渣，利用刮渣板将浮渣排入浮渣槽流入浮渣池，处理后6 天津大学硕士学位论文第二章污水处理工艺技术比选的废水流经溢流堰排出气浮池。由于全流程溶气气浮利用全部废水进行溶气，增加了气泡和油粒或浮渣的接触机会，在相同处理水量条件下，相比部分回流溶气气浮法，具有溶气量大，所需气浮池池体小的优点，但与其配套的压力泵和溶气罐都比较大，投资和运转动力消耗会有所增加。部分溶气气浮法是取部分废水进行加压产生溶气水，与其余废水在气浮池内进行混合，由部分废水所产生的溶气水来去除废水中所含的油粒或悬浮物，其余流程与全流程溶气气浮法相似，其特点较全流程溶气气浮法所配套的压力泵和溶气罐都小，动力消耗也低。部分回流溶气气浮法是抽取部分除油后的出水回流至压力溶气设备进行加压和溶气，加压后的溶气水通过管道直接进入气浮池减压释放，利用加完絮凝药剂的废水和回流后产生的溶气水混合气浮，产生浮渣实现固液分离，一般为废水的回流量为25%～100%。其特点：由于回流量少，配套动力消耗小；溶气和气浮的释放过程时间短，不会促进乳化情况；大部分废水加入絮凝药剂后直接进入气浮池，所以气浮形成的矾花效果好，出水仅有少量的絮凝物，同时反应所需气浮池的池体会有所增大。部分回流加压溶气气浮配套设备规格要求相比全加压溶气气浮流程小，所以能源消耗量较小，同时能充分利用浮选剂，处理效果明显处于优势地位，而在回流比50%时能达到最佳处理效率。由于部分回流加压溶气气浮工艺优势突出，所以现代气浮理论认为其是目前国内外最常采用的气浮处理方法。（2）加压溶气气浮的组成加压溶气气浮主要由溶气系统、溶气释放器、气浮池和排渣系统等部分组成。溶气系统包括：离心水泵、空压机、填料溶气罐及其他附属设备，其中填料溶气罐的主要影响因素有：填料的特性、填料层的厚度、罐内的液位高差变化、布水和进气的方式、温度等等。填料溶气罐的工艺设计参数主要为：①用气量：一般为40～60L/m³污水量设计；2②过流密度：2500～5000m³/(m·d)；③填料层高度：0.8～1.3m；④停留时间：根据溶气罐的型式确定污水在溶气罐内停留时间，一般选用1～4mim为宜，罐内通过液位高度的变化控制进气量来促进气、水的充分混合；⑤液位的控制高：0.6～1.0m（从罐底计）；⑥溶气罐罐体的承压能力：大于0.6MPa；溶气罐工作压力：0.3～0.4MPa；7 天津大学硕士学位论文第二章污水处理工艺技术比选⑦溶气罐的顶部设有安全阀和排气阀。溶气罐通过仪器、仪表来实现自动化控制，在进入溶气罐的入口管道上设有除污过滤器；在溶气罐底部安装快速排污装置。溶气系统设计的合理性、气浮装置能否正常运行主要由系统确定的回流比和需气量等参数决定。气固比的选择与悬浮颗粒的疏水性有关，合适的气固比应该达到足以浮起废水中的全部悬浮物的释气量的要求，通常由试验确定，一般取值约为0.005～0.06。当无资料时，可由此公式计算：QCfp1Rgs（2-1）QS1000Sa式中—气固比Q—气浮池所需要的空气量，kg/h；gQ—气浮池处理的水量，m³/h；S—污水中悬浮物浓度，kg/m³；—空气容重，g/L；C—在确定温度条件下，一个大气压时空气溶解度，mL/(L·atm)；sf—加压溶气的系统溶气效率，一般f8.0~9.0；p—溶气压力，绝对压力，atm；R—回流比或溶气水回流比，%。当确定气固比后，上式可推导出：Q1000SrR（2-2）QCfp1s由亨利定律推导需气量V的公式为：3-10SKfppQ10rV（2-3）V式中V—需气量，m³/h；S1—空气余量系数；K—标准状态下空气溶解度，29.3mg/L。溶气释放装置和配套的溶气水管路组成溶气水减压释放设备。减压释放设备一般要求溶气水的微气泡直径为20～100μm，溶气释放装置的作用是将压力溶气水进行减压释放，以微气泡的形式释放出溶气水中的气体，微气泡迅速、均匀地黏附在水中的颗粒物质上，上浮产生浮渣。最常用的溶气释放装置包含减压阀和释放器。气浮池一般分为平流式和竖流式两种气浮形式。平流式气浮池为保证气泡与8 天津大学硕士学位论文第二章污水处理工艺技术比选废水有一定的接触反应时间，废水由池体下半部分进入气浮池的接触区域，再由池底集水管排出，中间经隔板进入气浮分离区进行分离，利用刮渣设备将上浮至水面上的浮渣刮入集渣槽后排出。具有池身高度低，工程造价低廉，构造简单，便于管理等优点，但分离区容积的利用率不高。竖流式气浮池在池中央进行接触，经过混合反应后的水流向四周扩散，水力条件比要好于平流式气浮池，但池容的利用率比较低，反应池的衔接比较困难。2.2厌氧生物处理技术的比选厌氧生物处理方法的对象只限于有机物在厌氧条件（无分子氧存在）下通过厌氧菌的厌氧发酵被降解成最终产物CH4、CO2等。整个降解过程可分为酸性发酵和碱性发酵两个阶段。在第一阶段，在不同的厌氧微生物种群（厌氧和兼性厌氧菌）作用下，将蛋白质、脂肪、碳水化合物等复杂的有机物水解并厌氧分解成脂肪酸及其它产物，主要是一些低分子如乙酸和丙酸等有机酸、乙醇和丙醇等醇类、并伴有氢气、二4+氧化碳、NH和H2S等，同时合成并新细胞。由于在该阶段中厌氧兼性菌会产生大量的脂肪酸，脂肪酸造成废水的pH会降低。所以，称此阶段为酸性发酵阶段或产酸阶段。在第二阶段，在具有生理独特性的专性厌氧菌—产甲烷菌的作用下，将第一阶段的最终代谢产物转化成甲烷和二氧化碳。随着专性厌氧菌不断消耗有机酸，废水中的pH值会不断升高，有机物分解释放能量，用于合成新的细胞。所以称此阶段为碱性发酵阶段或产甲烷阶段。厌氧消化的不同阶段，随着有机物被降解，降解过程中同时释放很多的能量，以满足细菌的新陈代谢，并合成新的细胞。由于厌氧消化的有机物最终被主要分解成CH4和CO2，在碱性发酵阶段主要能量存储在CH4中，剩余提供给产甲烷菌用于合成新细胞的能量就会降低，造成专性厌氧菌-甲烷菌的世代周期加长，生长繁殖缓慢。通过对折流式厌氧反应器（ABR）、完全混合式（CSTR）厌氧消化器、升流式厌氧污泥床反应器（UASB）和厌氧膨胀颗粒污泥床反应器（EGSB）从反应器的工艺原理、构造结构及特点等因素进行综合性分析，最终确定选用厌氧膨胀颗粒污泥床反应器（EGSB）作为糕点行业废水处理的厌氧生物处理技术。9 天津大学硕士学位论文第二章污水处理工艺技术比选2.2.1折流式厌氧反应器（ABR）（1）ABR反应器基本原理在20世纪80年代McCarty等人提出折流式厌氧反应器是一种新型高效厌氧[10,11]反应器。该工艺由一系列折流板使反应器组成，将池体按一定数量分隔成串联的隔室，水流上下折流前进通过导流板，废水中的有机物与反应器内污泥床层中的微生物进行的充分接触，实现有机污染物的去除降解。ABR反应器为促进废水和微生物菌群的充分接触，设计一系列折流板延长了废水在反应器内的流径，增加了相互接触反应的时间；不同隔室内培养出与该室环境条件相适应的微生物群落，在良好生物固体截留能力下，确保了微生物拥有稳定的工作活性，提高了每个阶段废水有机污染物的处理效果，实现了生物相的分离。ABR相对于其他厌氧反应器具有构造设计简单、启动运行容易、不需要气、固、液三相分离器的特点，通过不同隔室中形成的差异化颗粒污泥，在不同条件[12,13]下增设反应器内的填料，可进一步提高ABR的处理性能。（2）ABR工艺设计ABR反应器应控制在7%～20%的死区容积；对于一定处理水量的ABR反应器设计，废水在反应器内要保持较长的水力停留时间，则在升流区废水的瞬时上升流速就得降低，废水有机物与污泥层中的微生物之间就不能得到很好的接触，造成系统处理效率降低；相反减少水力停留时间，增大废水通过升流区的上升流速，废水与微生物不能充分地接触，有机物的去除率同样降低。未解决上述问题，在底部设一块45°倾角的斜板,使得平稳下流的水流速在通过ABR反应器斜板断面时，流速骤然加大，让底部的污泥床在大水流的冲击下搅拌起来，增加局部的水力搅动，实现一个隔断内污泥层的均匀化，提升有机物与微生物的完全接触混合，提高系统的处理能力。在ABR中，反应器通常被竖直向导流板分隔成5～7个串联的反应室，在单独的反应室内水流的升流区和降流区长度比值为4:1，在反应室污泥床以颗粒化形式或以絮状形式存在形成一个相对独立的上流式污泥床UASB系统，水流以缓慢上升流速通过上流室，在各上流室内可以将大量微生物固体截留，可根据废水沿推流方向的流速变化来调整隔室的长度，增加最后面隔室里的水力停留时间来提高系统的去除率，确保出水水质达到预期的目标。容积负荷Nv[kgCOD/(m³·d)]是计算反应器尺寸的主要参数，反应器的尺寸可根据经验或实验值选取，综合考10 天津大学硕士学位论文第二章污水处理工艺技术比选虑填料、短流等问题，一般取有效设计值的1.1～1.2倍为最后的实际容积，再通[14]过水力停留时间和水力负荷对计算的结果进行校核。对于HABR反应器，由于反应器对流体流速要求不是很高，所以可选择立体弹性填料和球形填料来挂膜，在填料载体上固定的生物相形成生物膜，增加了系统生物量，有利于提高有机物的降解。（3）ABR反应器存在的问题反应器的占地面积较大，由于要满足一定的水流和产气上升速度的要求，所以反应器不能太深；进水无法均匀分布；废水刚进入第一格反应器时有机负荷浓度最高，该反应室的微生物不得不承受远大于平均水平有机负荷，导致微生物性状受到冲击，去除效率大幅下降。2.2.2完全混合式（CSTR）厌氧消化器（1）工艺原理为提高常规厌氧反应器的处理效率，可以内部安装搅拌器，加速污泥的完全混合状态，增大发酵原料的活性和消化活性的区域。在消化期内发酵底物受到搅拌作用始终保持着相同的浓度，新进入的原料可以很快的与发酵器内的全部发酵液混合，并且带有较高浓度的微生物在出料时也一并被排出。该消化器具有完全混合流态的特性，一般要求HRT达到15d或更长的时间，以确保生长缓慢的产甲烷菌的增值和产甲烷菌种的流失之间的平衡。对于高浓度及含有大量悬浮固体原料的废水处理，要求完全混合式厌氧消化器采用恒温连续[15,16]投料或半连续投料的方式运行。（2）池型及优缺点消化池的好坏取决于结构条件是否良好、能否防止沉淀、系统有没有死区、混合状态的效果、去除浮渣的难易程度及是否有效的解决泡沫问题。目前工程中常用的有：龟甲形、平底圆柱形、传统圆形和卵形消化池。优点：进入原料可以含有高悬浮固体；物料均匀分布在消化器内，可提高底物与微生物的接触机会，同时避免出现分层状态；消化器内的温度变化一致；抑制物质进入消化器后，会被迅速的稀释分散，消化器内整体维持一个较低的水平浓度；浮渣、结垢、堵塞、气体逸出不畅和短流等现象可以被有效的避免。缺点：消化器在运行过程中HRT要大于SRT，所以消化器所需要体积较大；大功率、大能耗设备的投入使用才能满足搅拌混合的效果要求；很难做到大型消11 天津大学硕士学位论文第二章污水处理工艺技术比选化器的完全混合，不可避免有死区的产生；部分微生物可能在未完全消化的情况下随底物流出系统。（3）消化池搅拌方式生污泥与消化污泥利用搅拌作用，实现充分地混合接触，提高接种的效果；污泥固体和水分通过搅拌调整相互关系，使消化池内的中间产物和代谢产物均匀分布；消化过程中产生的气体能通过搅拌作用，使气体分离出来，聚集在液面上空；消化池内的温度和pH值能通过搅拌能减少对消化细菌敏感性的影响，让池内基本保持均匀化，同时还能有效的防止浮渣现象的发生。消化池大致分为气体、机械、泵循环和综合搅拌法四种搅拌方式。根据设计经验来选择消化池的搅拌设备，一般依据消化池的池形、池容、设备投资预算、综合运行管理等因素来确定选择消化池搅拌设备。沼气搅拌、机械搅拌法是目前国内外常用的搅拌方式。悬挂喷嘴式沼气搅拌器具有设置和操作比较灵活等特性，其搅拌强度较小、对池体的适应性强、且不受液面控制影响，根据池体的结构多点布设，可采用分组运行进行分组搅拌的工作方式；多根束管式沼气搅拌器构造简单，易于操作，沼气管从消化池顶部的中间位置进入池中，并延伸至池体底部的进行搅拌，因沼气释放口的设置聚集在池底中部，所以适合于小直径且带陡峭锥底的池形，因释放口容易发生堵塞情况，故需要在池顶各束端头增设观察球及高压冲洗装置以确保系统的正常运行；底部多根吹管式沼气搅拌器由多根沼气输送管和沼气释放口组成，与多根束管式沼气搅拌器相类似，区别在于可从池底部侧壁和池体侧面安装沼气输送管，沿池底延伸到池中部与沼气释放口连接。机械搅拌的方式可分为旋浆式、涡轮式和浆式。旋浆式搅拌器的工作转速较高，一般由2～3片推进式螺旋桨叶构成，适合处理搅拌液体黏度低、乳浊度和含固量＜10%的悬浮液；涡轮式搅拌器工作转速适中，由安装2～4片平直的或弯曲的叶片在水平圆盘上所构成，适用于气体及不相溶液体的分散、液体和液体之间相反应过程；平浆式搅拌器工作转速较慢，主要由两片平直的浆叶构成，常用于低黏度液体之间的混合、固体微粒的溶解和悬浮的过程。2.2.3升流式厌氧污泥床反应器（UASB）20世纪70年代初荷兰Wageningen农业大学的GatzeLettinga教授研究开发了升流式厌氧污泥床反应器，该反应器由底部的污泥区和中上部的气、液、固三[17-20]相分离区组合为一体的厌氧消化装置。12 天津大学硕士学位论文第二章污水处理工艺技术比选（1）UASB反应器的型式及组成升流式厌氧反应器一般有圆形、方形和矩形三种型式。圆柱形一般适用于小型反应装置，反应器的底部呈锥形或圆弧形状；矩形一般较多应用于大型反应装置，便于气、液、固三相分离器设计和安装。在工程实例中，UASB反应器的断面形状一般可以做成圆形或矩形，高度一般控制在3～8m，其中污泥床的高度为1～2m，污泥悬浮层的高度为2～4m；材质多采用钢结构或钢筋混凝土结构。UASB反应器对温度变化比较敏感，所以反应器内部不设置加热装置，同时防止反应器运行过程中发生较大的温度变化影响去除效率，对反应器的外部结构采取保温措施，废水外部预先加热后再进入反应器进行厌氧反应；由于厌氧反应过程中会产生较多的强腐蚀物质，所以为保证反应器的使用寿命，在其内部要采取必要的防腐措施。UASB反应器的主要组成部分包括反应器池体、进水配水系统、三相分离器、[21]气体收集系统、出水溢流系统和排泥系统等。（2）工艺特征UASB反应器工艺的主要特征是布水系统和三相分离器的结合使用才能有效地实现厌氧反应的效率要求。在反应器底部要实现布水的均匀性，否则就会出现紊流等流体形态，直接影响废水与厌氧菌的混合接触，降低系统的去除效率；三相分离器的设置为实现气、固、液三相的分离，避免厌氧出水带泥的情况发生，以免影响出水水质。随着UASB反应器的长时间运行，逐渐会产生0.1～0.5cm直径，1.04～1.08g/m³湿密度的颗粒污泥，这些颗粒污泥的特点具有良好的沉降性能和很高的产甲烷活性。UASB反应器中的污泥床保持着较高的污泥浓度，一般平均污泥浓度在30～40g/L，污泥的活性生物量占到污泥床的总污泥量的70%～80%，污泥龄一般为30d以上；反应器具有较高的容积负荷，在中温消化条件下，COD容积负荷可达到8～15kgCOD/(m³·d)，因为有机负荷高，水力停留时间相应较短，UASB反应器广泛应用于低浓度的城市污水、中、高浓度的工业有机废水。反应器通过上升水流对污泥层进行搅拌、厌氧反应过程中产生的气体进行扰动，实现有机污染物与微生物的相互接触反应，同时反应器内不用增设填料，节省了造价及避免了堵塞，提高了池体的容积利用率；反应器集生物反应和沉淀分离功能于一体，系统结构紧凑，泥水混合液经过三相分离器时，污泥能自动回流到反应区继续反应，上清液排出实现分离，一般没有污泥回流装置；但反应器由于布水不均易造成短流现象的发生，影响处理能力，同时系统的运行启动时间较长，对水质和负荷突[22-24]然变化比较敏感。13 天津大学硕士学位论文第二章污水处理工艺技术比选（3）UASB反应器主要设计参数UASB反应器的有效容积：一般将反应器池底部至溢流堰堰口之间的容积作为反应器的有效容积进行考虑，目前常采用有机负荷（q）或水力停留时间（HRT）设计UASB反应器，主要利用进水有机物的容积负荷来确定，即：VQS/L（2-4）iv式中Q—废水流量，m³/d；S—进水有机物浓度，mgCOD/L；iL—COD容积负荷，kgCOD/(m³·d)。v在处理量一定的条件下，增高反应器的高低会减小反应器的占地面积，反应器的高度会影响上升流速，较高的水流速能充分地将污泥床搅动起来，使进水与微生物之间能更加充分地反应接触，流速过高时反而会造成污泥的流失影响出水，一般反应器内的上升流速设计为0.5～1.5m/h，实际运行控制在0.6～0.9m/h之间。废水的进水方式一般采用间歇式（脉冲式）、连续流、间歇与连续相结合等方式运行；布水管的形式包括：一根布水管设置多个布水点、一根布水管设置一2个布水点、分支状等多种形式；一般每个进水点负担2～4m的布水面积的进水配水系统能获得较满意的去除效率。三相分离器设计要点：沉淀器的内角角度应在45°～60°为宜，集气室缝隙部分的面积之和应占到反应器面积的15%～20%；一般在反应器高度为5～7m时，集气室的高度应控制在1.5～2m；为防止产生浮渣或泡沫层影响出水水质，必须在集气室内保持一定的气液界面，以确保释放和收集气体；预防处理污水时产生大量泡沫的情况，在集气室的上部应该设置消泡喷嘴进行消泡；为防止上升的气体进入沉淀室，引起反应器出水带泥的情况，反射板与缝隙之间的遮盖应控制在100～200mm为宜；出气管应具有足够的直管长度，尤其遇到大量泡沫的情况，以确保将集气室的沼气全部引出。2.2.4厌氧膨胀颗粒污泥床反应器（EGSB）（1）EGSB反应器工作原理厌氧膨胀颗粒污泥床(ExpandedGranularSludgeBed，EGSB)是在UASB反应器的基础上进行研发和改进的新型厌氧反应器，大大提高了反应器的容积负荷和耐冲击负荷能力，反应器的COD去除率也得到了很大的提升，由于其对高浓14 天津大学硕士学位论文第二章污水处理工艺技术比选[25-27]度有机废水的处理优势明显越来越受到人们的广泛重视。EGSB反应器污泥床中含有一定量的颗粒污泥和絮状污泥载体，当有机废水以高流速通过污泥层时，颗粒污泥和絮状污泥之间会发生不同的相对运动，伴随反应过程中气体的产生，污泥床层会迅速呈现膨胀的工作状态。当废水在反应器内以低流速进水时，液面上升速度较慢，水流从颗粒污泥的间隙间穿过，对颗粒污泥之间的搅动很小，其相对位置保持比较稳定，液面上升流速的不断加快带动着压降的逐渐提高；当废水的上升流速不断的提升，达到一定数值时，污泥床层的载体重量与压降的差值逐渐减小，直至为零时载体之间仍保持着相互接触，但床层的间隙开始变大，床层也开始膨胀；继续提升废水上升流速，当大于颗粒污泥的临界流化速度后，污泥颗粒被充分搅拌起来，在反应器内呈悬浮状态，伴随着液体表面上升流速的不断提升，颗粒污泥床被彻底搅动起来，床层的空隙率也越来越大，整个反应器内部呈现膨胀状态的污泥床，污泥床的压降仍处于相对稳定状态，废水上升流速达到一定的速率后，达到平衡的临[28,29]界值，如再提升流速将会出现颗粒污泥载体混在废水中流出反应器。（2）EGSB反应器特点充分利用较高的液面上升速度，使颗粒污泥床层搅拌起来在反应器内处于膨胀状态，让颗粒污泥与废水有机物充分地接触反应，有助于基质物质和反应代谢产物在颗粒污泥床层间的相互扩散和传送，提高了传质效率，促使在较高的容积负荷条件下反应器的正常运行；COD负荷可达到10～20kgCOD/(m³·d)；一般反应器内液体的液面上升流速在2.5～6m/h，最高流速可达到10m/h，COD负荷的去除高；由于厌氧颗粒污泥的粒径和强度较大，沉降性能好，活性高，所以反应器的抗冲击负荷能力强；能用于去除SS含量高和对微生物有抑制性的不同废水处理，可适用于多个行业领域的废水处理；反应器为塔式结构，可选用较大的高径比（H/D），节省设备的占地面积；同样对处理低温和低浓度负荷的有机废水时也有明显优势。（3）EGSB反应器结构废水进入反应器布水系统时，尽可能均匀地分配到整个反应器，避免出现死角或短流的情况，充分利用水力搅拌功能，使颗粒污泥处于膨胀状态；为增加污泥回流效果，在三相分离器增加一个可旋转的叶片，使三相分离器底部产生向下水流加快污泥下沉；通过设置内置搅拌器进行搅拌，迫使气泡与颗粒污泥分离；设置筛鼓、细格栅、出水堰处的挡板都可以截留细小颗粒污泥的流失；利用部分出水进行回流，通过加大进水端的瞬时流速，让废水与微生物之间充分地接触反15 天津大学硕士学位论文第二章污水处理工艺技术比选应，在稀释进水浓度的同时，有效地避免反应器内死角和短流现象的产生，增加[30]了反应的容积负荷高、提高了反应器的处理效率等特点。2.3好氧生物处理技术的比选好氧生物处理方法是微生物在有氧气提供的条件下，通过微生物自身的新陈代谢作用，将有机污染物进行吸附、吸收和降解，合成新的生物细胞，并氧化成为最终产物CO2。通过对活性污泥法、生物接触氧化法和膜生物反应器（MBR）的从工艺原理、结构的差异、投资费用的预估等因素进行综合性分析，最终确定选用生物接触氧化法作为糕点行业废水处理的好氧生物处理技术。2.3.1活性污泥法活性污泥法是利用悬浮在好氧池，通过微生物自身的生长活动在有氧的环境下降解有机污染物的生物法。活性污泥主要由好氧菌、兼性微生物（包括细菌、真菌、原生物和后生动物）、部分有机物和无机物组成。活性污泥法工艺主要有曝气池、沉淀池、曝气系统（鼓风机和曝气设备）、污泥回流系统等组成；性能指标有混合液污泥浓度（MLSS）、污泥沉降比（SV）和污泥体积指数（SVI）组成；根据工艺差异分为推流式活性污泥法、完全混合活性污泥法、分段曝气活性污泥法、吸附-再生活性污泥法、延时曝气活性污泥法、高负荷活性污泥法、氧化沟工艺、SBR法等运行方式。活性污泥法具有技术成熟、初期投资费用低、适用于处理低负荷的有机废水等特点，属于最早出现的活性污泥工艺。活性污泥法大部分适用于城市污水处理厂的污水处理中，其设计污染负荷较低，抗冲击负荷能力差，比较容易出现污泥膨胀等现象，由于所需曝气时间长，所以需要较大的占地面积，相比厌氧工艺[31]产泥量较大。2.3.2生物接触氧化法生物接触氧化处理技术是在原活性污泥法的好氧池内增加填料，污水将填料全部浸没在好氧池内，通过进水和曝气的搅动作用，活性污泥会逐渐附着在填料上形成生物膜，经过生物膜上微生物的新陈代谢作用下，污水中的有机污染物[32,33]被吸附、降解去除，从而污水得到了净化。生物接触氧化池由构筑物池体、生物接触填料、鼓风曝气系统、污水进出水装置以及污泥排泥系统等设施所组成。工艺流程分为：一级曝气处理流程、二级16 天津大学硕士学位论文第二章污水处理工艺技术比选曝气处理流程、多级曝气处理流程。生物接触氧化法的特性：在活性污泥法的曝气池中添加填料形成生物接触氧化池，结合二沉池的污泥回流形成复合型生物反应器，生物接触氧化池中既有悬浮生物的微生物，又有附着在生物填料上的微生物，提高了微生物菌群的种类和数量，共同来降解处理废水中的有机污染物；其中附着在填料上的微生物数量上占优势，并且能在厌氧-兼氧-好氧生物相之间转化，增强了系统的调节机制，提升了系统的抗冲击负荷能力，使系统运行更加稳定。生物接触氧化池内微生物形态有悬浮好氧型、附着好氧型、附着兼氧型和附着厌氧型等多种不同活动能力呼吸类型、营养类型的微生物菌群系统，微生物在特定的环境中确定相互之间的数量关系，各种微生物菌群之间即有联系又相互制约，形成一个动态的平衡体系，共同协作完成有机污染物的去除降解；该工艺相对活性污泥法节省了占地面积、构筑物建设费用低、系统抗冲击负荷能力有所提高、污泥的产生量有所下降、能有效的避免运行过程中的污泥膨胀、处理效率大大提升，同时系统还具有脱氮除磷的功能。2.3.3膜生物反应器（MBR）膜生物反应器（MBR）技术是把膜技术与生化反应技术相结合起来的新型[34]污水处理技术，是目前最有前景的污水处理技术之一。MBR是利用膜技术对生化反应池内的泥水混合液进行过滤，代替二沉池的作用，实现泥水分离，浸没[35,36]式超滤膜技术在排水领域已经得到了广泛的关注和应用。由于膜技术的特性，一方面能大大提高反应池中的污泥浓度，增大了有机污染物与微生物的接触，使污水的生化降解反应进行得更迅速彻底，另一方面，由于膜的高过滤精度，几乎所有的固体悬浮物都无法通过，使得出水清澈透明。MBR系统常用的膜材料为聚乙烯、聚丙烯等材料，分离式MBR通常采用4超滤膜组件，截留分子量在（2～30）×10Dalton；浸没式MBR常采用0.1～0.4μm的微滤膜，因为在处理生活污水时，膜表面的凝胶层有过滤的作用，所以使用微滤膜和超滤膜的出水水质没有明显差别。MBR工艺中根据膜组件与生物反应池的相对位置，分为外置式和内置式MBR形式。外置式MBR膜采用管式膜，在生物反应器外安装膜组件，通过回流泵和管线将两者连接起来，生物反应器和膜组件之间干扰小，设备运行稳定可靠，操作简单易于管理，膜的清洗和更换比较方便，但微生物经过回流泵时在剪切作用下生物活性受到一定影响，同时加大了动力消耗，运行费用会增加。内置式MBR反应器的膜组件安装在生物反应器内，在膜组件的下方设置了曝气装置，通过膜表面形成剪切应力的气流随混合液向上流动，除去膜表面的固体颗粒物，17 天津大学硕士学位论文第二章污水处理工艺技术比选防止膜发生堵塞，影响膜的水通量。与外置式MBR相比，内置式MBR占地面积较小，工程造价及其设备运行费用低，并且膜能长时间保持较高的水通量，但膜的化学清洗比较困难，在系统运行的稳定性、操作管理等方面都不及外置式MBR。18 天津大学硕士学位论文第三章工程实例设计第三章工程实例设计3.1项目背景本工程实例选用天津顶园食品有限公司污水处理系统新建工程。天津顶园食品有限公司坐落于天津经济技术开发区，是顶新集团旗下全资子公司，主要产品包括：蛋糕、蛋酥卷、彩笛卷、3+2苏打夹心饼干、美味酥饼干、乐芙球（休闲饼干）和五谷珍宝消化饼干等优质产品。天津顶园食品有限公司主要生产康师傅品牌系列糕点与饼干，主要生产工艺：配料-搅拌-发酵-成型-烘烤-冷却-入盒、包装-检测与入库。在生产过程中会有大量污水排出，如直接排入水体会对周围环境造成污染；为此，受企业委托对生产过程中所排放的污水进行处理，最终达标排放。按业主要求，系统设计的处理量为1000m³/d。在设计中采用“混凝气浮+高效厌氧反应器+好氧生物法处理系统”组合处理工艺，能够满足将污水处理达标的要求。在本次设计中，在满足工艺的要求下，我们充分考虑了系统投资的经济性，以利业主节省投资成本，新建污水处理站的处理能力为1000m³/d。3.2水质、水量及处理标准（1）污水处理类型：工业废水（2）总流量（业主要求）：1000m³/d（3）车间生产废水水质情况详见表3-1。表3-1车间生产废水水质情况表序号水质指标设计标准备注1COD（mg/L）≤5000最大值可达到200002BOD5（mg/L）≤20003SS（mg/L）≤5004油脂（mg/L）≤500最大值可达到30005pH5.5–7.519 天津大学硕士学位论文第三章工程实例设计（4）客户要求的废水水质排放标准详见表3-2。表3-2废水水质排放标准表序号水质指标排放标准1COD（mg/L）≤1502BOD5（mg/L）≤303SS（mg/L）≤1504油脂（mg/L）≤1505pH6.0–9.0（5）运行时间：24h3.3设计原则本次污水处理方案是根据企业的要求，同时结合为顶新集团服务十几年之经验和默契；特别是有几十座同类污水处理站之设计、运行经验；依托天津恩纳社环保有限公司的技术平台（包括国内、国外的技术专家和科研机构），不断完善和提升污水处理方案；使其最大限度的满足业主的需求、降低投资成本、工艺先进、运行稳定。（1）严格执行国家环境保护的各项规定，确保各项出水指标达到用户要求的排放标准。（2）要求污水处理设施均采用成熟实用的工艺及设备。（3）优化处理工艺，以利于节省投资费用。（4）运行能耗低，处理费用少。（5）运行上具有较大的灵活性和可调性，降低系统运行费用。（6）工程设计中采用污泥产生量少的工艺结构，减少系统的排泥处理费用。（7）构筑物结构紧凑，节省占地面积。（8）操作运行与维修管理简单方便。3.4工艺流程及设计说明3.4.1工艺流程由于糕点行业废水COD、BOD、SS值较高，而且还含有较高浓度的动植物油、可生化性好、水质水量随时间波动大等特点，所以总体工艺路线采用“混凝气浮+高效厌氧反应器+好氧生物法处理系统”的处理工艺流程。20 天津大学硕士学位论文第三章工程实例设计首先生产废水进入格栅池以去除较大颗粒杂质，为防止污水中颗粒物进入处理系统而引起管道和水泵的堵塞；经过隔油池时，利用油、水比重不同的原理，使比重小的油滴聚集在池的表面去除浮油，可以降低污水中总含油量的浓度，从而减轻后续处理构筑物的压力；在调匀池进行水质和水量的调节后，污水经潜水泵抽到气浮池之前，根据水质和在线pH测量仪控制自动加入适量的NaOH、PAC和PAM，以使污水在预处理阶段达到最佳处理效果；其次经过物化后污水自流入调配池进行温度和pH的调节，污水经水泵抽至EGSB厌氧反应器进行厌氧生物降解，之后自流入接触氧化池进行好氧生物降解，经沉淀池泥水分离后流入出水池，最后实现达标排放。气浮池产生的污泥和好氧系统多余的污泥排入污泥池，经污泥脱水机脱水后外运处理；易产生恶臭气体的池体，如格栅池、隔油池、调匀池和污泥池，密闭负压收集后经废气生物处理系统处理后达标排放。本工艺流程利用物化的方法把污水中较大部分悬浮物及大部分油脂等污染物去除，这样可以保证后端厌氧生物处理的稳定运行，同时降低后续生化处理单元的有机负荷，生化处理单元的运行成本相应得到降低。另外，若在处理前期，悬浮物和油脂类物质未被有效去除，容易造成厌氧池堵塞和厌氧污泥流失，影响生化处理单元的处理效果、产气量和最终的出水水质。图3-1污水处理系统工艺流程图3.4.2设计说明本方案的编制按照节约投资、减少占地的原则，新建处理系统采用“混凝气浮+高效厌氧反应器+好氧生物法处理系统”组合处理工艺；最终确保处理后的废水达到环保管理部门规定的排放标准之要求。21 天津大学硕士学位论文第三章工程实例设计本处理系统单元中包含物化和生化处理，以去除废水中绝大多数的悬浮性颗粒、COD及BOD。物化处理使用PAC絮凝剂，这种絮凝剂不仅絮凝，凝聚悬浮颗粒，而且吸附去除污水中部分溶解性有机物，以减轻后续生物处理负荷。废水经过隔油池去除部分动植物油，再经混凝、絮凝进入气浮池处理后溢流至调配池，经温度和pH值调整后进入厌氧处理单元。厌氧处理单元的核心技术设备为AnaEN反应器，它属于目前国内外最先进的高效厌氧处理技术厌氧颗粒污泥膨胀床（EGSB）技术的改进型，废水在经过AnaEN时，可以所处理掉的有机物转化为沼气；废水经厌氧反应处理后，溢流到好氧池进行好氧生化处理，最终经沉淀池沉淀后出水达标排放。本规划方案在考虑到相关设计的前提下，特别要考虑本项目的特殊性，充分利用天津顶园食品有限公司提供的厂区工程占地情况及处理量要求，精心设计的处理系统即能适应实际需要，节省投资，同时又能做到最低的能耗运行费用。（1）混凝气浮—高效气浮净水反应装置预处理单元采用天津恩纳社环保有限公司多年研发并取得国家专利的技术[37]“高效气浮净水反应装置”（专利号ZL201220190658.X）。图3-2高效气浮净水反应装置结构示意图1-加药装置，2-压力溶气系统，3-空压机，4-稳压罐，5-压力溶气罐，6-加压水泵，7-气浮池，8-接触桶支撑，9-导流筒支撑，10-接触桶，11-导流筒，12-接触桶支架，13-集渣斗，14-刮渣板，15-气提泵，16-减速机，17-导流筒支架，18-加药罐，19-混合器。22 天津大学硕士学位论文第三章工程实例设计加压溶气气浮设备是目前应用范围最为广泛的一种气浮设备。加压溶气气浮设备是取一部分处理后的水回流，在回流水中加入压缩空气，经过溶气罐混合，使空气溶解于水，然后在气浮池内骤然减至常压，溶解于水的空气以微小气泡形式（气泡直径约为20～100μm左右）从水中析出，附着于水中的悬浮物颗粒上，利用上升浮力带至水面，从而实现固-液分离。加压溶气气浮设备主要有空气压缩设备、废水混合及空气释放设备、固-液或液-液分离设备三部分组成。气浮法作为一个物化法，要不断通过提高气泡的溶气质量，如气泡释放后的细微度、密集度、稳定性等指标来改善悬浮颗粒的性能，吸附性强的絮体颗粒，则能有助于大大提高气浮的净水效果。尽管气浮法因其独特的优点而被市场广泛认可，但要充分利用发挥其净水效果，目前还需要重点在以下应三个方面进行研究开发：①气泡进一步微细化。提高气浮的净水技术水平在当前可通过研究气泡平均直径更小的溶气释放器来实现。在相同气浮的释气量条件下，所产生的微气泡越细，气泡个数的就越多越密集，粘附的絮体颗粒也越小，气浮净水的效果也就越好，而且形成的浮渣也越稳定。不仅如此，气泡的微细化不仅能提高现有废水的净水去除效果，而且还能不断开拓气浮法的净水应用范围。②气体被直接切割转变成微气泡。目前研究开发微气泡装置成为最热门的研究方向，通过该装置将气体进行均匀切割，产生微细、密集、稳定的微气泡群，能有效的解决布气问题，成功解决因溶气的加入引起气浮池内的水力负荷增加带来的分离困难，同时减少了溶气量的需求，不仅极大限度地降低机械能耗，而且还不会增加气浮池的容积。③固、液分离技术。为了提高有机、无机悬浮物与废水的分离，充分发挥气浮净水的效率，除进一步加强气泡的微细化和采用直接布气法外，能有效的改善固、液分离也是一个很重要方向，气浮净水的最终目的还是体现在提高分离效果上。恩纳社研发的高效气浮净水反应装置，克服现有技术的不足，充分利用PLC技术，在自动化条件下，提供一种能够实现加压条件下，实现空气的溶解度大、气泡数量多，粒度均匀、气泡微细、上浮稳定、对液体扰动微小的装置，特别适用于对疏松絮凝体、细小颗粒的固液分离。该工艺过程简单、设备便于管理、是一种能较大地节约能耗的气浮装置。（2）厌氧处理技术—节能多效厌氧处理反应器AnaEN厌氧处理单元采用天津恩纳社环保有限公司多年研发并取得国家专利的技[38]术“节能多效厌氧处理反应器（AnaEN）”（专利号ZL201220192743.X），23 天津大学硕士学位论文第三章工程实例设计它属于目前国内外最先进的EGSB技术的改进型。厌氧反应器是二十世纪90年代初开发研制的，AnaEN是继UASB反应器之后的第三代高效厌氧生物反应器，是目前最为先进的厌氧反应器之一。图3-3节能多效厌氧处理反应器结构示意图1-罐体，2-布水管路，3-污泥管路，4-反应区，5-三相分离器支撑，6-三相分离器，7-沼气储存室，8-出水装置，9-沼气过滤清洁器，10-输气管，11-排水管。EGSB反应器是UASB反应器的技术升级，结合了厌氧流化床与UASB反应器两种反应技术。最初的开发是通过形成膨胀的颗粒污泥床以改善废水与微生物的接触环境，强化传质效率，以提高反应器的生化反应速度，从而大大提高反应器的处理能效。传统的EGSB反应器是通过采用部分出水回流获得较高的表面液体升流速度，但是能耗较大，使运行费用提高。本设计采用的节能多效厌氧处理反应器（AnaEN）不仅仅采用出水循环系统，还通过进水流速及沼气搅拌的联合作用，使污水和污泥实现良好接触。AnaEN厌氧生化法具有以下优点：①应用范围广泛、具有较强的抗负荷冲击能力：本厌氧法可降解一些难生物降解的有机物，如固体有机物、着色剂蒽醌和某些偶氮染料等，又适用于高浓度和中低浓度有机废水的处理，在调试完成后的稳定运行阶段，厌氧反应器可承受较高的冲击负荷。24 天津大学硕士学位论文第三章工程实例设计②低能耗、低成本：由于在同一厌氧罐内进行产酸过程和产甲烷过程，与其他工艺相比，避免了的预酸化后又调高pH的过程，酸、碱等药剂的使用量大大减少，节约了运行成本。整个运行过程没有循环罐、循环泵等复杂的附属设备，所以节省了设备占地面积，管理维护简便。对于处理氮、磷缺乏的工业废水，营养源的比例要求从BOD:N:P=100:5:1降低到BOD:N:P=200:5:1，所需投加的氮磷的营养盐大幅减少，减少了系统的运营成本。③处理效率高，且运行稳定：本厌氧生物反应器对有机物的去除率在75%以上，能够去除较多的有机污染物质且系统稳定运行，降低了后续好氧的处理负荷，从而有效的保证了后续工段的处理效果，进而保证了最终出水的水质，有效节省了运行费用。④反应器产泥量少，污泥的浓缩性能及脱水性能较好：去除1kgCOD负荷好氧生物法将产生0.25～0.6kg的生物量，而去除1kgCOD负荷厌氧生物法只产生0.02～0.18kg的生物量，其污泥的产生量只有好氧生物法的8～30%。消化污泥处理和处置简单、运行费用低，利用剩余污泥在卫生学和化学上的稳定性，可作为肥料、饲料或饵料等加工原材料。⑤厌氧生物处理具有一定的杀菌作用，可以有效杀死废水和污泥中的寄生虫卵、病毒等。⑥系统可间歇运行，易于管理。厌氧污泥可以长期静置贮存，随生产和季节性变化，厌氧反应器可以间歇性运转，休眠期间无需人员值守，停止运行一段时间后，反应器能够迅速被唤醒、恢复正常运行。⑦密闭性好，无臭气发生。运行环境卫生条件好，不会对周围环境产生影响，非常适用于食品加工企业的污水处理。AnaEN厌氧反应器的主要特点：①一元化厌氧反应器。厌氧生物降解的产酸与产甲烷过程在同一反应器中进行，由于兼顾了产酸菌和产甲烷菌的共生关系，有利于提高反应效率，避免臭气的产生。②两相反应区比例可自行匹配。厌氧反应器下部为产酸区，上部为产甲烷区，分别以产酸菌和产甲烷菌为优势菌群，两个反应区的高度可根据进水水质及产沼气量的不同而自行调配，具有很大的灵活性，适用于各种水质废水的处理。③运行方式灵活。反应器可根据进水水质不同，及所要求的去除率差异，灵活设置运行方式，可设置出水全回流、部分回流或不回流三种模式，从而使去除效率得到有效保证。④适应较宽的pH及温度范围。反应器的下部有一个产酸区，由于产酸菌对进水水质的适应性强，所以反应器对进水的pH、温度等的要求比较宽，能够应25 天津大学硕士学位论文第三章工程实例设计用于多种不同有机浓度废水的处理。⑤精心设计的布水系统及三相分离系统。本设计采用自行设计的布水系统，充分考虑了水的流体力学特性，在设计时注意实现均匀布水，从而能够保证进水与污泥的良好接触；由于AnaEN采用较高的上升流速，故三相分离器的分离效果关系着厌氧的去除效率。本设计中充分考虑了三相分离器的气、固、液三相分离所需的必要条件，合理设计了沉淀区域与气液分离区域的处理时间及尺寸，运行效果良好。（3）好氧生化处理——微动力螺旋式好氧废水处理装置好氧生物法处理目前已开发了很多新的工艺，有活性污泥法工艺、接触氧化处理工艺、MBR工艺、SBR工艺和氧化沟工艺等。在本方案中采用天津恩纳社环保有限公司多年研发并取得国家专利的技术“微动力螺旋式好氧废水处理装置”（专利号ZL201220208090.X)和“无堵塞、免维护的污水生化处理曝气器”[39,40]（专利号ZL201120471437.5）。图3-4微动力螺旋式好氧废水处理装置结构示意图1-好氧生化池，2-无堵塞曝气装置，3-半软性接触填料，4-空气管道，5-进气管道。良好的水力条件及供应充足的氧气是好氧生物法能够快速降解有机污染物质的关键条件。本设计采用微动力螺旋式好氧废水处理装置，是利用恩纳社专利无堵塞、免维护的污水生化处理曝气器产生的上升气流与折转式横向进水水流的组合，实现水流流态的螺旋式推进，能够多角度、多循环有效的交换，相互之间26 天津大学硕士学位论文第三章工程实例设计在横向和纵向反复接触，保证系统满足溶解氧的条件下对污水中有机物和微生物的多方式有效接触，强化了处理效果，从而实现了专利好氧装置的高效、稳定运行。无堵塞、免维护的污水生化处理曝气器，是一种高效节能无堵塞曝气装置，利用空气动力学、流体力学的原理，采用特殊的结构形式，对空气进行有效的切割，使其形成微小气泡，最大效率的提高池内的溶氧量；根据科学的计算进行配置，采用恒压布气装置，使气泡均匀分布；使用高密度弹性三元乙丙(EPDM)橡胶作为内部止回阀，能防止泥水倒流；具有优良的耐腐蚀性、抗氧化性，强度高、重量轻、安装方便；在满足溶氧需要的条件下实现了曝气器的不堵塞、不破损，而且与传统曝气形式相比更加节能环保，风机能量消耗节能了25%～30%。图3-5无堵塞、免维护的污水生化处理曝气器结构示意图1-压盖，2-复合PVC布气板，3-托板，4-底盘，5-单向止回阀，6-马鞍座。微动力螺旋式好氧废水处理装置的特点：①在液、固、气三相共存的体系中，生物膜上能够形成稳定的生态系统与食物链。利用曝气作用，实现氧的转移，混合液中溶入充沛溶解氧，满足不同微生物如细菌、原生动物、后生动物的存活与增殖，达到菌胶团和丝状菌的平衡，无污泥膨胀之虑。②好氧池内设置有填料，填料表面布满微生物，随着堆积数量的不断加大，形成了生物膜的主体结构，大量丝状菌滋生，形成一个立体结构的密集生物网，对污水起到了“综合过滤”作用，提高净水处理效果。运行一段时间后，生物膜上的微生物数量不断增加，膜表面由于受到曝气吹脱作用，部分外层微生物脱落，中间层利用混合液中的溶解氧保持生物膜活性，提高了氧的利用率，抑制了厌氧膜的增殖。27 天津大学硕士学位论文第三章工程实例设计③耐冲击负荷高，对一定程度水量、水质变化较大的污水处理具有很强的适应性。④生物膜上的生物相极其丰富，而且，随着水流的一定特性，在不同长度上形成不同的优势菌群，使微生物间形成较长的生物链，强化去除效果的同时，污泥产生量也相对较少。除细菌外，还有很多原生动物和后生动物，保持着较高的生物浓度，污泥龄长，使系统在去除有机物的同时，也有良好的脱氮效果。（4）废气生物处理技术由于废水中含有大量的油脂及产品的残留物，经过格栅池、隔油池、调匀池和污泥池时，会大量堆积、板结，腐蚀及发酵，尤其在夏天会产生大量的异味气体，为此采用天津恩纳社环保有限公司多年研发的“异味气体微生物处理一体化[41]设备”（专利号：ZL201220021143.7），能很好地处理异味气体，达到“体感”无味的处理效果。28 天津大学硕士学位论文第三章工程实例设计图3-6异味气体微生物处理一体化设备结构示意图1-进气口，2、8-检修口，3-生物滴滤反应器，4-生物过滤组合式填料，5-生物过滤反应器，6-出气口，7-进水口，9-液位变送器安装口，10-溢流口，11-排水口，12-滤床承载支架，13-喷淋管道，14-无机填料，15-设备间。生物处理最核心的技术为生物过滤床及生物菌种。生物过滤床的最主要部分是除臭生物填料，其中填料经过严格筛选，采用有机物和惰性组合式填料，并进行合理地级配；具有良好的机械结构与生物特性；粗细颗粒有机结合，具备优异机械性能，并有效防止收缩，可长期保持低压降；经过接种驯化后，大量的微生物菌群在填料表面生长，该菌群成为优势菌种，对恶臭物质的去除效率高于一般生物除臭细菌。由于填料本身含有有机养分成分，当过滤床暂停运行时，微生物可以利用填料上的有机成分继续维持生命活动，因此可适用于间歇性的工艺过程。在周末或假期停工时，生物填料中微生物可依靠填料本身保持活性，重新启动后，其功能依然维持原状，不会因为短期处理物质的中断而影响处理效果。微生物处理废气处理三相传质过程一般要经历以下3个步骤：①废气经过生物过滤床时，有机污染物首先同生物膜表面的水接触，并溶解(或混合)于水中，实现由气膜向液膜的扩散；②有机污染物溶解（或混合）于液膜后，在内外有机物浓度差的推动下进一步扩散到生物膜内，进而被其中的微生物捕获并吸收，实现由液膜向生物膜的扩散；③有机污染物进入微生物体内后，作为能源和营养物质被微生物自身的新陈代谢所分解，最终转化为无害的化合物。在整个净化过程中，气、液两相中的有机污染物扩散速率(气膜扩散、液膜扩散)和生化反应速率决定了微生物降解吸附的总吸收速率。利用精心筛选的生物填料，辅助以相适宜的温度、湿度、酸碱度、氧气以及营养物质（VOC），使得多种微生物能够共同繁殖起净化除味的作用；复合微生29 天津大学硕士学位论文第三章工程实例设计物菌群中的自养菌和异养菌通过各自的氧化、还原、消化、反消化等方式来获得其所需的营养物质和能量，实现同时处理多种臭气污染物的目的；针对恶臭气体中特定的污染成分，利用复合菌群中相适宜的微生物群落降解处理恶臭气体，伴随着系统的长时间运行，除臭效果将会越来越好。3.5主要构筑物设计参数（1）格栅池数量：12平面尺寸（m）：3.5×2.2深度（m）：1.0过栅流速（m/s）：0.65人工格栅倾角：60°机械格栅倾角：30°格栅拦池内设置有一台螺旋式机械格栅和一台人工格栅，车间里的所有污水由水泵输送至格栅池以去除较大颗粒杂质，以防止污水中颗粒物进入处理系统而引起后续管道和水泵的堵塞。（2）隔油池数量：12平面尺寸（m）：10.15×2.5深度（m）：2.5有效体积（m³）：40停留时间（h）：1过流速度（m/s）：7.0由于车间所排放的污水中含有大量的动植物油，有效去除废水中含油量可减少对后续生化系统的不良影响，所以隔油池成为预处理的重要环节。隔油池就是去除污水中所含油脂的构筑物，它利用油、水密度存在差异的原理，经过往返折流，使比重小的油滴聚集在池的表面，采用人工清理，实现油水分离，降低污水中动植物油的含量浓度，处理后的污水进入调匀池均质，从而减轻后续处理构筑物的压力，特别对生物处理工序提供可靠保证。30 天津大学硕士学位论文第三章工程实例设计（3）调匀池数量：12平面尺寸（m）：20×5.0深度（m）：5.53有效体积（m）：400停留时间（h）：10调匀池是在污水进入后续处理设施之前的构筑物，调匀池的设置是为了解决不同时段水量、水质不均匀而对处理设施所造成的不利影响，保持源水水质在后续处理工艺中均一化的作用，减少波动太大带来的影响。在调匀池内设有空气搅拌设备，它的主要功用是对污水进行搅拌帮助污水有机负荷和pH得到均质，避免固体杂质的沉淀。（4）气浮池数量：12平面尺寸（m）：4.0×4.0深度（m）：5.8回流比（%）：30～50溶气时间（s）：80～130溶气压力（kPa）：250～400气浮刮渣速度（m/min）：4.8填料层高度（m）：1.2调匀池内污水由潜污泵提升至气浮池之前，PLC程序根据预先设定的水质和在线pH测量仪控制自动加入适量的NAOH和PAC絮凝剂，通过管道混合器混合以使污水在预处理阶段达到最佳效果。PAC化学名称聚合氯化铝，液体状态下pH显弱酸性，是一种高效絮凝剂，具有极强的破乳能力，在溶气气浮过程中，可使溶解在水中的油脂伴随溶气水实现分离，油渣排入污泥池得以去除。另外加入聚丙烯酰胺（PAM）聚凝剂，可以起到更加理想的去除效果。废水经过加压后产生溶气水，在气浮池内进行释放，溶解于水中的空气由于压力突然减小，以大量微小气泡的形式释放出来，气泡粘附于悬浮颗粒上，使得悬浮颗粒具有较小的比重而上浮于池面形成浮渣，而较重的悬浮物颗粒则沉于池底，从而实现了悬浮物与污水的分离。在PAC絮凝剂和PAM助凝剂的综合作用下，可以去除污水中大多数的悬浮物，同时也能降低废水中COD和BOD的浓31 天津大学硕士学位论文第三章工程实例设计度含量。废水在气浮池内的停留时间很短，因此占地面积少、投资费用低。带有大量絮体的污水进入气浮池后，产生的浮渣由表面刮渣机刮除排出，比重较重的悬浮物沉淀至池底，经气提污泥泵泵入至污泥池，上清液则溢流入调配池进行水质调节。（5）调配池数量：12平面尺寸（m）：5.6×2.5深度（m）：5.53有效体积（m）：50停留时间（h）：1废水在调配池内的短时间停留释放其储存在水中的氧气含量，再对废水的pH值和温度进行调节，使其符合后续AnaEN反应器的进水要求。利用厂区蒸汽对污水进行加热，在调配池内调节废水温度以满足厌氧反应器的要求，一般进水温度在33℃～35℃。通过在线pH计控制计量加药泵，调整废水的pH，一般进水控制在pH8～9.5之间，废水经过在调配池内的调整，由污水提升泵输送到AnaEN反应器中进行厌氧处理。（6）AnaEN厌氧罐数量：1直径（m）：9高度（m）：183有效体积（m）：1000停留时间（h）：24AnaEN厌氧罐是用来降解去除有机污染物，降低后续工序的处理负荷，节省整个系统的投资和运行费用。由于废水有机污染物浓度较高且水量较大，如直接采用好氧生物技术进行处理则占地面积太大，现有厂区无法满足工艺要求；所以，采用恩纳社自有专利技术AnaEN反应器装置技术去除废水中的高浓度有机物并将其转化为沼气，实现处理目的。32 天津大学硕士学位论文第三章工程实例设计（7）微动力螺旋式好氧废水处理装置数量：12平面尺寸（m）：172深度（m）：5.52曝气器服务面积（m/个）：0.55曝气器空气流量（m³/个·h）：2.53有效体积（m）：835停留时间（h）：20污水经过厌氧处理后仍含有较高的有机污染物浓度，在水量较大时对好氧微生物有一定的冲击负荷，故在曝气池中安装部分接触氧化填料，为微生物的生长提供良好载体，提升抗冲击负荷能力，保证出水水质。在曝气池底部按照有机负荷的浓度级差，安装供氧面积增大的不堵塞型微孔曝气器，压缩空气经微孔曝气器不断地向污水提供氧气，每组微孔曝气器前均设有调节阀，以确保污水中有充足的氧气量来满足生物氧化反应的所需，污水在曝气池内通过好氧微生物来分解有机污染物质。（8）沉淀池数量：12平面尺寸（m）：7×7深度（m）：5.5刮泥机线速度（m/min）：2.82表面积（m）：4932表面负荷（m/m·h）：0.90停留时间（h）：2.5曝气池的出水流入沉淀池，泥水在池中得到分离，活性污泥沉积在底部，上清液溢流排放。沉积在底部的活性污泥经常性地由泵打到曝气池前段，以保持曝气池终拥有足够的活性污泥数量，剩余的部分活性污泥则被送入污泥池进行脱水外运。33 天津大学硕士学位论文第三章工程实例设计（9）污泥池数量：12平面尺寸（m）：40深度（m）：5.53有效体积（m）：160污泥池内设有穿孔曝气装置、液位计和2台污泥输送泵（一用一备）。当污泥池容量达到中高液位时，剩余污泥由PLC自动控制经污泥输送泵，送入污水脱水系统处理进行脱水处理。（10）出水池数量：12平面尺寸（m）：9深度（m）：5.53有效体积（m）：35停留时间（h）：0.8来自沉淀池的上清液，溢流至出水池排放或备用。（11）废气生物除臭设备数量：12平面尺寸（m）：10深度（m）：3.2填料高度（m）：1.0喷淋停留时间（s）：3.6过床停留时间（s）：8.5废气生物除臭系统采用负压密闭收集，有异味气体产生的池体均加盖密封，在有人操作的区域设置可拆卸的玻璃钢活动盖板，在除臭设备后安装一台离心风机抽气，输送至15m高烟囱进行有组织排放。34 天津大学硕士学位论文第四章调试运行第四章调试运行4.1系统的启动4.1.1污泥的投加一般情况下，菌种的接种根据厌氧、好氧工艺单元选择不同性状的污泥量来投加，厌氧污泥接种量一般不应低于厌氧反应器容积的8%～10%，否则，将影响启动速度；好氧污泥接种量一般应不少于日进水量的5‰。一般只要按照规范要求施工，厌氧菌和好氧菌可在规定的范围正常启动。启动时间：应特别说明，菌种性状、水温、pH值及水质条件，都是影响系统启动周期长短的重要条件。一般情况下，当温度低于20℃的时，污泥的接种和启动均有一定的困难，周期会大大延长，特别冬季运行时更是如此。在天津周边各个大型污水处理厂寻找颗粒污泥和消化污泥无果的情况下，结合考虑综合成本控制，决定使用开发区十三大街污水处理厂经过脱水后的好氧污泥分别对厌氧系统和好氧系统进行接种。厌氧系统投加120t含水率为80%左右的城市污水处理厂脱水污泥，好氧系统投加8t含水率为80%左右的城市污水处理厂脱水污泥，经过4d的时间，完成了系统污泥的投加工作。4.1.2驯化培养微生物的培养一般要有一个适应过程，微生物的生长环境不能发生骤然的突出变化，驯化过程应当与微生物原生长条件尽量一致，当达不到要求时，一般用常规用生活污水作为培养水源，生产废水因浓度较高不能作为直接培养水，需要加以稀释后逐渐添加。[42]好氧生物系统采用排泥法进行挂膜。COD负荷一般控制不高于1000～1500mg/L为宜，这样需要按3:1或4:1配制作为原始驯化水，驯化时温度不要低于20℃，首先驯化采取连续闷曝3～7d，并在显微镜下检查微生物生长状况，依据长期实践经验，观察生物膜的挂膜情况，观察微生物生长状况、沉降比、曝气池上清液等情况，也可用检查进出水COD大小来判断生化作用的效果。提升进水量时，日增幅控制在系统总量10%～15%，连续提升3～5d时，系统暂停提升负荷，密切观察进、出水水质的变化情况，同时关注污泥的性状及增长情况，[43]稳定3d后继续提升水量，反复三四次完成水量的提升过程。厌氧系统投加污泥前，使用自来水或低负荷污水调试，一般控制COD负荷35 天津大学硕士学位论文第四章调试运行在2000mg/L以内，在投加脱水后的好氧污泥时，系统开始连续的内循环，进水流速控制在设计最大流速的1.5～2.5倍，控制罐体的整体水温在33℃～35℃，当温度不足时，采用外部蒸汽加热；罐体pH值控制在6.5～7.5之间，正常情况下，系统连续24h运行15d左右开始有沼气产生，逐步提升进水量，日增幅控制在系统总量10%～15%，连续提升3d时，系统暂停提升负荷，密切观察各高度的污泥的含量、pH、挥发酸(VFA)及COD的变化情况，稳定3d后继续提升水量，反复三四次完成水量的提升过程。在此，要特别注意，厌氧进水是pH控制在8.5～10之间，观察罐体不同高度的pH值及厌氧的产气情况。一般来讲，厌氧从启动到转入正常运行（满负荷量进水）需要3～6个月才能完成。废气生物菌种优选专属菌种，微生物经激活后开始驯化，第一次投加量为设计总量的60%，时间3～5d；第二次投加量为设计总量的30%，时间2d，第三次投加量为设计总量的10%，时间1d，分别观察各个单元的运行参数，在不同出风口处、厂界四周嗅辩系统处理效果；经过系统8～10d的驯化后，微生物已经完全适应现场，观察微生物处理的稳定性，系统进入稳定运行阶段。4.2运行记录系统经过两个多月的调试，微生物数量、出水水质及设备运转等情况都趋于稳定。经过连续一周时间对各个环节的COD、BOD和SS指标进行检测，检测结果详见表4-1、表4-2和表4-3，同时对各个环节进出水质的COD、BOD和SS指标进行比对，详见图4-1至图4-9，分析评价运行情况，提报天津顶园食品有限公司对污水处理水质进行验收。废气处理在设备投入使用半个月左右的时间，随着微生物菌种的不断新陈代谢微生物，系统已经进入稳定运行阶段，考虑到废气恶臭指标检测的技术难度，一般采用三点比较式嗅袋法，通过对现场人员技术培训，双方人员共同嗅辩污水站周围的空气环境，结果到达体感无味的效果。36 天津大学硕士学位论文第四章调试运行表4-1各工艺单元COD值和相应去除率项目指标1d2d3d4d5d6d7d生产废水（mg/L）3873425248764585420837464023气浮出水（mg/L）2854326536233416327829953106去除率（%）26232625222023厌氧出水（mg/L）7629781052998861904874去除率（%）73707171747072系统出水（mg/L）75.380.574.795.889.285.778.6去除率（%）90929390909191图4-1混凝气浮单元COD去除效果对比图4-2厌氧反应器单元COD去除效果对比37 天津大学硕士学位论文第四章调试运行图4-3好氧生物单元COD去除效果对比表4-2各工艺单元BOD值和相应去除率项目指标1d2d3d4d5d6d7d生产废水（mg/L）1560172518681839167314721624气浮出水（mg/L）1158132613781384129211061182去除率（%）26232625232527厌氧出水（mg/L）306398375405359322345去除率（%）74707371727171系统出水（mg/L）23181613101213去除率（%）92959697979696图4-4混凝气浮单元BOD去除效果对比38 天津大学硕士学位论文第四章调试运行图4-5厌氧反应器单元BOD去除效果对比图4-6好氧生物单元BOD去除效果对比表4-3各工艺单元SS值和相应去除率项目指标1d2d3d4d5d6d7d生产废水（mg/L）378436462450428356423气浮出水（mg/L）719310496806576去除率（%）81797779818282厌氧出水（mg/L）56758366585157去除率（%）21192031282225系统出水（mg/L）23303529221920去除率（%）5960585662636539 天津大学硕士学位论文第四章调试运行图4-7混凝气浮单元SS去除效果对比图4-8厌氧反应器单元SS去除效果对比图4-9好氧生物单元SS去除效果对比40 天津大学硕士学位论文第四章调试运行经过与天津顶园食品有限公司沟通后，双方于2012年10月24日共同安排人员对污水处理系统出水进行正式取样，并呈送天津市塘沽开发区环境监测站检测，10月30日取得检测报告，报告编号“水委12-10-08”，检测结果达到系统设计排放标准，其中：BOD5值为2mg/L、COD值65为mg/L、SS值为39mg/L、油脂含量为0.63mg/L、pH值为8.09，反映污水处理系统运行状态良好。废气生物除臭系统自开始调试至今一直运行很稳定，与原有拆除的污水站比较，恶臭气味大幅降低，在污水站周围基本嗅辩不到恶臭气味，公司各级领导反映处理效果非常理想，后经第三方监测单位监测，在15m高空排放烟囱取样口监测臭气浓度（无纲量）为118，厂界臭气浓度（无纲量）＜10。41 天津大学硕士学位论文第五章成本费用与评价第五章成本费用与评价5.1成本费用构成与计算（1）人工费用污水处理站定员3人，人工工资设定为2800元/月，年运行按330d计。年工资支出：3×2800×12＝100800元。单位处理水费用：E1＝100800/（1000×330）＝0.305元/m³。（2）公用工程费用污水处理系统总耗电量为1257kWh/d，按照用电均价0.65元/kWh，合计每天费用：1257×0.65=817.05元，各项目费用统计情况详见表5-1。表5-1各项目费用统计表项目单位费用（元/d）备注电费817.05元用水量为3m³/d，水价7.85元/m³，水费23.55元主要用于配药及生活用水。小计840.60元每天费用单位处理水费用：E2＝840.60/1000＝0.841元/m³。（3）化学药品费用药剂费用按市场价格平均计算，在正常运转情况下单位处理水的药剂费约为：0.390元/m³。表5-2各药剂费用统计表序号药剂价格（元/kg）使用量（kg/m³）费用（元/m³）备注1NaOH（液体）2.20.100.22浓度40%2PAC（液体）1.30.020.03浓度20%配比质量比3PAM（固体）280.0050.142‰4合计0.3942 天津大学硕士学位论文第五章成本费用与评价（4）污水处理站总运行成本计算单位处理水的处理成本为：1.536元/m³0.305+0.841+0.390=1.536元/m³。以上成本计算只计算污水处理系统的实际运行成本，固定资产折旧费、固定资产净残值、大修理费和日常检修维护费不计算在内。5.2运行情况评价根据长时间的运行对现场各个环节数据检测，系统整体处理效果良好，处理情况稳定，详见表5-3（长期检测平均值指标），同时好氧系统选择高效节能无堵塞免维护曝气装置，相对刚玉曝气器、膜片曝气器等使用寿命大大延长，既无定期清洗费用，又无经常更换费用，运行压力稳定，鼓风机的能耗缩减20%以上。表5-3各工艺单元处理效率分析指标CODBOD5SS油脂处理单元源水水质（mg/L）3500～45001200～1800350～450350～450进水（mg/L）3500～45001200～1800350～450350～450预处理单元出水（mg/L）2550～3450900～135065～953.0～10（隔油+气浮）去除率（%）22～2822～2872～8697.5～99.5进水（mg/L）2550～3450900～135065～953.0～10厌氧处理单元出水（mg/L）750～960260～35045～802.8～9.0去除率（%）65～8065～8022～287.0～15进水（mg/L）750～960260～35045～802.8～9.0好氧处理单元出水（mg/L）60～10014～2519～362.5～8.0去除率（%）85～9488～9650～6510～24排放标准（mg/L）≤150≤30≤150≤1543 天津大学硕士学位论文第六章结论第六章结论经过两个多月的调试期和近两年的现场回访反馈等信息综合评定，所选择的“混凝气浮+高效厌氧反应器+好氧生物法处理系统”处理工艺可以非常有效的处理糕点行业废水，该工艺的特点如下：（1）进水COD、BOD5、SS、油脂平均浓度为4000mg/L、1500mg/L、400mg/L、400mg/L的情况下，出水COD＜100mg/L、BOD5＜30mg/L、SS＜30mg/L、油脂＜3mg/L，总的去除率达到97.5%、98%、92.5%、99.2%，全部达到国家污水综合排放标准（GB8978-1996）中的二级排放标准。（2）废水通过隔油池和混凝气浮时SS和油脂的去除率分别为80%和99%，很好地为厌氧处理单元提供条件，否则油污一旦大量进入厌氧反应器将会降低微生物的处理效率，同时影响三相分离器的分离效率，时间久之将会引起厌氧出水“跑泥”现象。（3）由于厌氧系统初期投加污水处理厂的好氧系统脱水污泥进行接种，在系统调试初期进水pH值要求比较高，一般pH值都控制在8.5以上，有时甚至达到10.5左右，厌氧罐各高度的pH值才能控制在6.2～6.8之间，否则易于造成罐体酸化现象。（4）当厌氧罐整体温度降至28℃时，处理效率会大幅度下降，产气量也会大幅度降低，罐体温度控制在33℃时效果最佳，去除率、产气量和pH值都相对比较稳定，COD、BOD5去除率达到75%左右。（5）好氧生物法进水COD＜1000mg/L时，系统运行非常稳定，去除率在90%以上，溶氧量控制在4mg/L左右，系统的去除率最高，系统最终的出水能达到国家污水综合排放标准（GB8978-1996）中的一级排放标准。（6）污水站增加废气处理系统，大大改变了污水站周围的空气环境，容易产生恶臭气体的格栅池、隔油池、调匀池和污泥池均采用密闭式负压收集系统，杜绝了恶臭气体的二次污染，同时隔离了易腐蚀物质与蝇蚊的接触，减少了疾病的传播。（7）多项专利技术投入到工程当中，带来了巨大的经济效益，凸显了技术革新带来的进步。整个系统相对UASB和其他生物接触氧化法组合工艺，能耗降低了15%左右，系统的抗负荷冲击能力提高了30%，系统的启动、再恢复的时间大大缩短，自控能力得到了很大的提高，减少了人工劳动强度，改善了污水站整体的工作环境。天津顶园食品有限公司新建污水处理工程（1000m³/d），自身通过工程前期44 天津大学硕士学位论文第六章结论规划设计、工艺设备选型、工程的安装、系统调试驯化，直至整个工程项目的验收移交，验证了所选组合工艺处理糕点行业废水是经济可行的；同时系统的稳定运行和设备的良好状态是密不可分的，间接反映了现场负责人对所有设备维护保养做的十分到位。通过多年在食品工业废水处理工程的基础上，结合天津恩纳社环保有限公司的多项专利技术，分析不同处理工艺之间的差异，优化系统整体组合处理方案，利用理论知识来指导实践，通过工程实践去验证理论知识的合理性及可行性；熟悉掌握所选“物化+生化”组合工艺处理糕点行业废水的规律性、处理效率、工程效益与经济技术指标；实现“产-学-研”的紧密结合，为企业创造更大的社会价值，为人类社会打造一片碧水蓝天。45 天津大学硕士学位论文参考文献参考文献[1]许华诚.糕点行业废水处理技术剖析与工程实践[J].中国环保产业,2012(12):26-30.[2]唐受印,戴友芝,刘忠义,等.食品工业废水处理[M].北京:化学工业出版社,2001.[3]谢昕.糕点行业废水生物处理技术的生产性试验研究[D].广州:中山大学环境科学与工程学院,2004.[4]何明,李克娟,姚燕华,等.食品废水处理工程[J].水处理技术,2005,31(10):82-83.[5]李新,王广丰.气浮工艺及影响净水效果的主要因素探讨[J].广州化工,2010,38(3):175-177.[6]马家洁,刘来峰,魏强.炼油污水处理气浮单元优化改造[J].石油化工应用,2014,33(9):105-107.[7]陈建刚.混凝气浮及SBR法处理化学药剂废水的工程实践[J].工业安全与环保,2014,40(10):11-12.[8]李永清,杨小刚,赵晓龙,等.长庆油田采出水气浮除油工艺[J].油气田环境保护,2014,24(5):31-32.[9]陈小平,米志奎.制药废水的物化处理技术与进展[J].安徽医药,2009,13(10):1279-1281.[10]BaehmannA,BeardVL,McCartyPL.Comparisonoffixedfilmreactionwithamodifiedsludgeblanketreactor[J].PollutionTechnologyReview,1983,10:384-402.[11]BachmannA,BeardVL,McCartyPL.Performancecharacteristicsoftheanaerobicbaffledreactor[J].WaterResource,1985,19(1):99-106.[12]黄永恒,王建龙,文湘华,等.折流式厌氧反应器的工艺特性及其运用[J].中国给水排水,1999,15(7):18-20.[13]王建龙,韩英健,钱易.折流式厌氧反应器（ABR）的研究进展[J].应用与环境生物学报,2000,6(5):490-498.[14]马珑玲,唐艳葵,张寒冰.折流式厌氧反应器的设计[J].广西大学学报:自然科学版,2008,33(增刊):378-380.[15]蒋克彬,彭松,陈秀珍,等.水处理工程常用设备与工艺[M].北京:中国石化出版社,2010.[16]葛昕,鲍先巡,李布青,等.CSTR-ABR工艺在养殖废水处理工程中的应用[J].安徽农业科学,2014,42(25):8728-8729.46 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天津大学硕士学位论文发表论文和科研情况说明发表论文和科研情况说明一、2012年10月、专利：高效气浮压力溶气罐(专利号：ZL201220064758.8)、第3完成人。二、2012年12月、专利：异味气体微生物处理一体化设备（专利号：ZL201220021143.7）、第2完成人。三、2012年12月、专利：一体化膜化学生物反应器（专利号：ZL201120554764.7）、第2完成人。四、2013年04月、专利：高效气浮净水反应装置（专利号：ZL201220190658.X）、第2完成人。五、2013年04月、专利：螺旋式机械格栅清污机（专利号：ZL201220192509.7）、第2完成人。六、2014年06月、专利：多级高效油烟净化器（专利号：ZL201420316672.9）、第2完成人。49 天津大学硕士学位论文致谢致谢在此，我首先把最真诚的谢意送给我的导师顾平教授，在您的精心指导下完成了本篇论文。通过长时间的相处，我非常敬仰您的为人，和蔼可亲待人礼仪，严谨的治学态度，深厚的教学科研造诣，令我终生难忘。我非常庆幸自己能够成为您的学生，从您那里学习科学知识，感受您的风格魅力。您对我的指导，您给我付出的心血，点点滴滴我都永远铭记在心。在此，我要感谢天津恩纳社环保有限公司这个优秀的团队，尤其是梁全民总经理，作为我的企业导师，在工作和学习上给予无私的支持与指导，没有您的慧眼识英才，也就没有我今天的发展，感谢您对我的赏识，从您的身上我也学到了如何去完成工程的施工管理，成本管控及商务洽谈。在此，我要感谢我的父母和妻儿，感谢你们对我的鼓励与支持。积极做好后勤支援，在家庭生活上给予了极大的时间空间，让我能兼顾工作和学业，你们永远是我的坚实后盾，给我了信心和勇气，战胜重重困难。最后，我在此也向那些曾经关心我、帮助和支持我的其他老师和朋友们表示感谢。50 '