膠原蛋白腸衣廢水處理技術

某公司從事各類膠原蛋白腸衣的生產(chǎn)，產(chǎn)品應用于生產(chǎn)各式各樣的香腸和其他肉類產(chǎn)品，年產(chǎn)量為1200t。產(chǎn)品加工中產(chǎn)生的廢水主要來源于產(chǎn)品原料清洗、設備器具洗滌等工序。生產(chǎn)過程中，廢水呈間歇排放，水質、水量不均勻，并且受季節(jié)影響較大，夏季為淡季，冬季為旺季。水中較難處理的因子是總氮。日廢水處理量為200m3。廢水排放執(zhí)行《污水綜合排放標準》（GB8978―1996）中的三級標準和污水處理廠的接管標準。實際處理過程中執(zhí)行內控標準，具體水質及排放標準如表1所示。主要監(jiān)測指標有化學需氧量（COD）、五日生化需氧量（BOD5）、總氮（TN）、氨氮（NH3-N）、總磷（TP）、懸浮物（SS）和pH。

1、廢水處理工藝流程

廢水處理工藝流程如圖1所示，關鍵工段設計參數(shù)如表2所示。下面分析廢水處理工藝的具體流程。

生產(chǎn)廢水經(jīng)車間篩網(wǎng)攔截大部分大顆粒膠原蛋白團后經(jīng)過管網(wǎng)進入污水處理站的集水池，集水池的提升泵根據(jù)液位及時將廢水提升至轉鼓格柵，廢水經(jīng)格柵格除大部分懸浮顆粒后進入調節(jié)池，廢水在該池中進行水質、水量的調節(jié)，使得廢水的水質、水量相對穩(wěn)定。

調節(jié)池的廢水通過提升泵提升至反應氣浮池A進行混凝氣浮，反應器采用的是進口的高效管道反應器，這個反應器能保證藥劑與廢水充分混勻，同時占地面積小，沒有用電設備，故障率小。投加氯化鐵、液堿、聚丙烯酰胺（PAM）藥劑，使廢水中殘余的懸浮物及膠體狀物質絮凝成團，有利于通過氣浮池將其從水中分離，減少后續(xù)處理單元的負荷。

廢水經(jīng)預處理后進入生物選擇池，在該池中，廢水與回流污泥充分混合。設置該池體的作用有三方面。首先，可以將廢水及污泥回流中攜帶的多余氧氣釋放出來，減少泥水混合物的溶解氧，提高后續(xù)缺氧池的去除效率；其次，可以抑制絲狀菌的過度繁殖，防止后續(xù)A/O（厭氧/好氧）工段發(fā)生絲狀膨脹；其缺氧環(huán)境有利于反硝化細菌的增殖，提高整個生化系統(tǒng)的脫氮能力。

生物選擇池的廢水經(jīng)泵提升至缺氧池，缺氧池設置潛水攪拌機，將泥水充分混合，同時設置溶氧儀，實時掌握水中溶解氧的情況，盡早發(fā)現(xiàn)運行的異常情況。廢水總氮較高，廢水的BOD與總氮比值低于脫氮所需的比值（3～5倍），需要向廢水中投加碳源，以便順利完成脫氮任務。廢水中回流過來的混合液中的硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮通過反硝化細菌轉化為氮氣，從而保證廢水總氮達標排放。

廢水自流入好氧池，廢水中的氨氮在硝化細菌和亞硝化細菌的作用下轉化為硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮。同時，好氧池中的好氧細菌將有機物分解為二氧化碳和水，從而降低廢水中的有機物濃度，保證廢水達標排放。該廢水屬于缺磷型，為了保證微生物健康生長，要向廢水中定期補充磷，建議補充農(nóng)藥型磷酸二氫鉀，在補充磷的同時，可以補充Cu、Mn、Cr、Co、Mo、Zn微量元素。

該系統(tǒng)采用進口管道混合器及氣浮池代替?zhèn)鹘y(tǒng)二沉池對生化污泥進行分離回用，在管道混合器中投加陽離子絮凝劑，將細菌絮凝成團，以便在氣浮池中高效分離。浮渣（即生化污泥）利用污泥泵輸送，一部分泵至生物選擇池，一部分泵至污泥濃縮池，中層清液自流入消毒池。采用該泥水分離設備，可以大大節(jié)約用地，對于土地緊張的公司是一個非常不錯的選擇。

污泥處理期間，系統(tǒng)產(chǎn)生的柵渣通過柵渣桶收集，定期委外處置；系統(tǒng)產(chǎn)生的物化及生化污泥通過污泥濃縮池收集，然后經(jīng)過污泥調理池調理，調理池投加陽離子絮凝劑，增強污泥的脫水性，最后通過離心機進行處理，使得最終污泥含水率降至小于85%，脫水后的污泥經(jīng)收集后定期委外處置。

2、污水處理站運行過程中遇到的問題及改造措施

2.1 格柵運行問題

冬季，膠原蛋白容易凝結在轉鼓格柵上，造成轉鼓格柵的篩網(wǎng)堵塞，影響其正常使用。改造措施如下：增加一套熱水沖洗系統(tǒng)。設置一個加熱水池，采用蒸汽加熱，在蒸汽管上設置蒸汽比例閥，與加熱池中的溫度計聯(lián)動，控制加熱水池的溫度，保證水池內溫度穩(wěn)定在58～62℃，然后采用熱水泵及高壓噴淋裝置，將熱水噴淋在轉鼓格柵上，清洗上面凝結的膠原蛋白。

2.2 曝氣問題

好氧池采用表曝機，冬季，生化池熱量散失過大引起水溫過低，影響系統(tǒng)的脫氮效果。改造措施如下：采用鼓風機及微孔曝氣裝置代替表曝機。冬季，羅茨鼓風機出口空氣溫度達到80℃左右，這部分熱量可以通過管道傳輸?shù)剿校瑸樯靥峁?/span>2～4℃的溫升。與表曝機相比，該曝氣方式不僅不會使得廢水溫度降低，反而為系統(tǒng)提供了一定的溫升，有效解決了表曝機冬季所帶來的問題。

2.3 生化池水溫問題

廢水站所處理的廢水量及水質超過設計值，當冬季溫度低于20℃，尤其低于15℃時，廢水出水總氮明顯升高，有一段時間該數(shù)值已經(jīng)超過內控指標，接近排放標準。改造措施如下：在生物選擇池增加溫升裝置。通過在該池設置蒸汽加熱裝置將廢水溫度控制在20℃以上，維持反硝化菌的活性，保證系統(tǒng)出水總氮低于內控指標。

3、工程運行結果分析

3.1 2018-2019年月平均運行數(shù)據(jù)2018年月平均運行數(shù)據(jù)如表3所示，2019年1-6月的運行數(shù)據(jù)如表4所示。

3.2 2018-2019年運行數(shù)據(jù)分析

2018年，生化系統(tǒng)COD去除情況隨溫度的變化如圖2所示，生化系統(tǒng)TN及氨氮去除情況隨溫度的變化如圖3所示。2019年1-6月，生化系統(tǒng)COD去除情況隨溫度的變化如圖4所示，生化系統(tǒng)TN及氨氮去除情況隨溫度的變化如圖5所示。

由表3和圖2可知，該廢水的COD在生化系統(tǒng)中的去除率非常穩(wěn)定，基本保持在92%～94%，去除率非常高，去除率的變化基本不受溫度的影響，說明該廢水的可生化性非常好。從廢水的有機物組成來看，有機物主要由蛋白質構成，蛋白質可以被水解成氨基酸，氨基酸可以直接被微生物利用，減少中間轉化過程，大大提高了微生物處理該廢水有機物的效率。

由表3和圖3可知，該廢水的TN和氨氮去除率隨溫度的變化而變化，當溫度大于20℃時，TN和氨氮的去除分別超過78%、99.2%，當溫度介于15～20℃時，去除率下降很明顯，TN和氨氮的去除率分別保持在50%～60%、70%～75%。這說明脫氮速率跟溫度關系很大，要想提高系統(tǒng)的脫氮效率，最有效的辦法就是將廢水升溫。雖然升溫能有效解決冬季系統(tǒng)脫氮效率差的問題，但是該方法能耗較高，僅適合于小水量、可用地面積小的工程。

2018年底，因為生產(chǎn)能力擴大，本項目廢水量和廢水污染物濃度都所有升高，原系統(tǒng)處理能力已達極限，尤其在冬季脫氮速率受溫度影響很大，為了不使生產(chǎn)受限，快速緩解生產(chǎn)能力與廢水處理站處理能力矛盾的問題，采用增加蒸汽溫升系統(tǒng)對廢水進行加熱，以便提升廢水處理站處理污水的能力。

由表4、圖4及圖5可知，廢水的溫升系統(tǒng)提高了廢水處理站的廢水處理能力，尤其是脫氮能力的提升非常明顯。1-6月的水溫基本維持在22℃以上，COD、TN及氨氮的去除率分別超過95%、75%、99.4%。系統(tǒng)在廢水量增加、廢水濃度增加的基礎上仍然能夠保持出水各項指標穩(wěn)定達標。

通過工程實例數(shù)據(jù)分析可知，當廢水量較小時，為了應對食品行業(yè)旺季（往往是冬季）產(chǎn)能擴大的情況，采用蒸汽加熱系統(tǒng)對廢水進行升溫是最有效、最快捷的改造方式。該方式的優(yōu)點是簡單、便于操作，比較靈活，可以只在冬季使用。

3.3 膠原蛋白腸衣廢水脫氮速率分析

以2018年及2019年1-6月的數(shù)據(jù)為基礎，根據(jù)《室外排水設計規(guī)范》（GB50014―2006）中的三個公式進行計算。

式中：Vn為缺氧池容積，m3；Q為生化反應池設計流量，m3/d；Nk為生物反應器進水總凱氏氮濃度，mg/L；Nte為生物反應器出水總凱氏氮濃度，mg/L；ΔXV為排除生物反應池系統(tǒng)的微生物量，kgMLSS?d；Kde為脫氮速率，kgNO3--N/（kgMLSS?d）；X為生物反應器內混合液懸浮固體平均濃度，gMLSS/L；T為設計溫度，℃；y為MLSS中MLVSS所占比例；Yt為污泥總產(chǎn)率系數(shù)，kgMLSS/kgBOD5；So為生物反應池進水五日生化需氧量，mg/L；Se為生物反應池出水五日生化需氧量，mg/L。

反推此廢水在20℃時的Kde(20)數(shù)據(jù)，如表5所示。表中有4個數(shù)據(jù)不具有代表性，做曲線圖時應該去掉這幾個數(shù)據(jù)，折線圖如6所示。

由表5、圖6可知，該膠原蛋白腸衣廢水在20℃時的脫氮速率基本在0.015～0.030kgNO3--N/（kgMLSS?d）波動，大部分數(shù)據(jù)在0.02kgNO3--N/（kgMLSS?d）附近，20℃時的平均脫氮速率為0.02kgNO3--N/（kgMLSS?d）。因此，在設計同類型廢水時，可以將20℃時的脫氮速率值設定為0.02kgNO3--N/（kgMLSS?d）。

4、結論

冬季可以用熱水噴淋轉鼓格柵，去除附著在轉鼓格柵上凝固的膠原蛋白。采用反應氣浮+生物選擇池+缺氧池+好氧池的復合工藝處理該廢水是成功的。水量和污染物濃度增加時，提高系統(tǒng)的水溫能使出水水質穩(wěn)定達標，充分顯示了該處理工藝的優(yōu)越性和靈活性。通過長達一年半的數(shù)據(jù)跟蹤分析可知，該類型廢水在20℃時的脫氮速率約為0.02kgNO3--N/（kgMLSS?d），這為同類型廢水的處理設計提供了非常寶貴的依據(jù)。（來源：蘇州市東方環(huán)境工程有限公司）