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新聞資訊

屠宰廢水處理反應沉淀一體式矩形環流生物反應器

屠宰廢水含有較高濃度的有機物(CODCr)、總氮(TN)和懸浮物(SS),相比生活污水處理難度較大。華潤肉類食品(深圳)有限公司龍崗分公司原有2500m3/d屠宰廢水處理設施,采用A2/O工藝,目前處理水量已接近飽和。因擴大生產規模的需要,該廠急需新增約1500m3/d的廢水處理設施,而目前廠區內空地面積有限,需要選擇一種占地少而又能保證處理效果的工藝進行擴容。

反應沉淀一體式矩形環流生物反應器(RPIR反應器)是筆者單位前期開發的產品,該反應器基于經典化工傳質理論和前人基礎研究,內部設置巧妙的導流板結構,提高了氧傳質效率,促進空氣、微生物(活性污泥)和水體三相的接觸反應,同時又為活性污泥和水體的分離提供了良好的條件。RPIR反應器集反應區和沉淀區于一體,有效微生物被截留下來,使生化池中能夠保持較高的活性污泥濃度,因此具備水力停留時間短、占地面積小、運行成本低等特點。

本研究是首次將RPIR反應器應用于屠宰廢水的處理,新建一條處理規模為1500m3/d的廢水處理設施,并結合運行數據分析RPIR反應器對屠宰廢水的處理效果。

1、工藝設計與方法

1.1 設計進出水水質

根據深圳市對屠宰場廢水的排放要求,并結合GB13457—1992《肉類加工工業水污染物排放標準》的三級標準,設計進出水水質如表1所示。

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1.2 試驗裝置

本設計的核心技術為RPIR好氧反應器。RPIR好氧反應器原理如圖1所示。RPIR好氧反應器通過設置導流裝置,將生化廢水處理技術中的生化反應區和污泥沉淀區整合,并在底部設置污泥斗。廢水由反應器底部進入,經環流運動與反應器內活性污泥充分混合,之后在兩側沉淀區進行泥水分離,最終上清液由沉淀區上部溢流排出,污泥自動沉降至反應區,剩余污泥經污泥斗定期排出。反應區下部設有微孔曝氣器,由羅茨風機供氣用于提供溶解氧及反應器內液體循環流動的動力。RPIR厭氧反應器的原理、結構與好氧反應器類似,無曝氣功能,且外形設計為圓筒形。

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1.3 處理工藝

新系統工藝流程如圖2所示。

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RPIR厭氧反應器設置2座,每座尺寸為6.0m×10.5m,有效容積為282.6m3,廢水停留時間為9.0h,提升泵將廢水分別提升至RPIR厭氧反應器1和RPIR厭氧反應器2。在厭氧反應器出水管口設置PAC除磷添加點,PAC與廢水一同進入有效容積為1000m3的RPIR好氧反應器,廢水在池內完成好氧過程,停留時間為16h,保持污泥濃度在6000mg/L左右。選擇流量為43.9m3/h、功率為75kW的羅茨風機充氧。各構筑物的停留時間如表2所示。

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1.4 生化池調試方法

采用臨時泵從現有污泥濃縮池中抽取污泥至生化池。采用清水稀釋污泥后,RPIR好氧反應器首先悶曝2d,第3天進水量從小到大逐漸增加,連續運行數天后活性污泥開始逐漸增多,為了加快這一進程,再分批投加污泥,在污泥馴化初期,合理控制曝氣量。RPIR厭氧反應器的污泥馴化較為簡單,污泥接種后,直接悶罐發酵2d,當液面出現浮泥時,及時清掃,然后再投加污泥,由于厭氧過程污泥生長極為緩慢,因此,污泥投加量較多。

1.5 分析方法

CODCr采用重鉻酸鹽法測定,NH3-N采用納式試劑分光光度法測定,TN采用過硫酸鉀氧化紫外分光光度法測定,TP采用鉬酸銨分光光度法測定,MLSS采用文獻的方法。每10天進行6次水質采樣及測定,并統計10d內各水質參數的平均值。

2、結果與討論

2.1 CODCr去除效果分析

CODCr濃度變化及去除率如圖3所示。進水CODCr的質量濃度為496.5~4480mg/L,經RPIR好氧反應器處理后,出水CODCr平均質量濃度為110.8mg/L(遠低于排放限值280mg/L),總平均去除率達94.1%,其中RPIR好氧反應器對CODCr的平均去除率達86.5%,起主要作用。盡管RPIR好氧反應器的停留時間僅有16h,但是由于氧傳質作用強,有益微生物較多,微生物能高效降解含碳有機物,新系統對CODCr的年削減量為970.9t。

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2.2 NH3-N去除效果分析

新系統對NH3-N的去除效果如圖4所示??傔M水NH3-N質量濃度較高,平均值為163.3mg/L。廢水經過氣浮池、RPIR厭氧反應器1、RPIR厭氧反應器2和RPIR好氧反應器處理后,出水NH3-N質量濃度為16.0mg/L。新系統對NH3-N的總去除率為82.4%~95.9%,平均去除率為90.1%,年削減量為80.6t。RPIR好氧反應器去除NH3-N的能力強,主要在于它的結構設計,能夠高效截流有益菌體,創造有利于污泥齡較長的微生物生存的環境。結合理論指導及現場運行情況,在確保NH3-N得到高效降解的前提下,通過調控風機頻率保證RPIR好氧反應器的溶解氧質量濃度維持在2.0mg/L即可,充分實現節能、環保。

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2.3 TN去除效果分析

新系統對TN的去除效果如圖5所示??傔M水TN平均質量濃度為258.3mg/L。原水經氣浮池、RPIR厭氧反應器1、RPIR厭氧反應器2和RPIR好氧反應器處理后,出水TN質量濃度為24.9~119.5mg/L,平均值為81.5mg/L。新系統對TN的平均去除率為68.4%,年削減量為94.9t。通常,生化反應去除TN的機理是由NH3-N轉換的硝態氮在缺氧環境下再轉換為氮氣。RPIR好氧反應器前端并無缺氧過程,因此,推測脫氮效果主要為RPIR好氧反應器的生化反應。類似觀點在前人的研究中已有所表述,劉長青等研究AmOn一體式工藝與RPIR反應器結構類似,導流板的作用也將反應器分隔為好氧硝化區和缺氧反硝化區;方芳等提倡間歇式曝氣創造出有氧-缺氧的環境,類似于RPIR的曝氣區和沉淀區的更新交替,可以加強硝化和反硝化作用。

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2.4 TP去除效果分析

新系統對TP的去除效果如圖6所示。系統進水的TP質量濃度為20.8~54.4mg/L,平均值為28.8mg/L。為了提高除磷效果,本工藝在RPIR厭氧反應器出水管口設置化學藥劑除磷點,經厭氧反應器處理后,廢水與藥劑一同混合進入RPIR好氧反應器,最終出水TP質量濃度為2.3~9.9mg/L,平均值為3.8mg/L,TP去除率達78.0%~92.2%,平均去除率達85.9%。經計算,本系統對TP的年削減量達13.7t。結合實際運行情況,可發現本系統的TP去除效果與進水TP濃度及RPIR好氧反應器的排泥頻率有密切的相關性。

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2.5 SS去除效果分析

RPIR好氧反應器的出水SS質量濃度如圖7所示。出水SS質量濃度遠低于設計值100mg/L,分布在10~29mg/L之間,平均值為17mg/L。通常情況下,廢水經過好氧處理后,后端需要具有足夠大的沉淀池或較長的廢水停留時間才能保證出水具有較低的SS值。RPIR的沉淀區具有特殊的導流板,使環流混合液在沉淀區能夠靜置下來,省去了沉淀池等構筑物,大大節省了占地空間。在系統運行過程中,出水SS濃度受好氧區污泥濃度和溶解氧的影響較大,污泥濃度越高(現場測定7500mg/L以上),出水SS濃度隨之增高;溶解氧的質量濃度越高(高于4.0mg/L),產生的泡沫導致污泥上浮,出水的SS濃度也會增高。因此,在系統運行中,保持污泥濃度為6000mg/L,溶解氧的質量濃度為2.0mg/L,對出水SS濃度具有重要的意義。

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2.6 新系統運行穩定性分析

每10天監測RPIR好氧反應器的MLSS、MLVSS和SV30,連續監測7個月,結果如圖8所示。RPIR好氧反應器內MLSS與MLVSS的質量濃度分別為6000、3650mg/L左右,SV30處于35%~45%之間。其中,第7次監測到MLSS的質量濃度為7100mg/L,SV30達56%,明顯偏高,其原因是此次取樣前后幾天內,RPIR好氧反應器曝氣區內溶解氧質量濃度高達4.4mg/L,導致好氧微生物大量繁殖,污泥濃度增加。第13次監測到MLSS的質量濃度為3421mg/L,SV30只有16%,這是因為該段時間新系統進水中含大量的豬血,有機物大分子濃度顯著增高,系統在短時間內受到沖擊,部分污泥失去活性,但10d后污泥活性即恢復正常??梢?,RPIR工藝具有較強的抗沖擊能力,但在實際運行中,仍需避免血水等高分子有機物大量進入系統。

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3、系統運行經濟性分析

A2O工藝是處理屠宰廢水的主流工藝之一,本廠原有系統采用此工藝,生化池的有效容積為2350m3,生化區噸水占地面積為0.29m2。A2O工藝對CODCr、NH3-N的去除效果可以達90%以上,但其硝化液回流需要耗費較高的能量,且后續的沉淀池增加了占地面積,并不適用于用地面積緊張的廢水處理廠的擴容改造。

相比于原有系統,新系統生化區噸水占地面積為0.16m2,針對1500m3/d的廢水處理規模,可節約建設面積212.75m2,直接節省投資160萬。原有系統和新系統的生化池耗電量分別為1.4、1.1kW?h/t。新系統采用RPIR技術,在保證CODCr、NH3-N、TN、TP和SS處理效果的前提下,省去了沉淀池,生化區的噸水占地面積大大減??;并且由于RPIR反應器污泥進行內循環,無需回流泵工作,同時可節約電耗。

對比除磷劑PAC的投加量可知,原系統與新系統的投加量均分布在90~100mg/L之間,新工藝的生化除磷效果與原系統的生化除磷效果相似,新系統的優勢主要在于RPIR好氧反應器能高效去除NH3-N、CODCr。

4、結論

(1)RPIR反應器對屠宰廢水具有較好的處理能力,對CODCr、NH3-N、TN和TP的平均去除率分別達94.1%、90.1%、68.4%和85.9%,出水平均質量濃度分別為110.8、16.0、81.5、3.8mg/L。出水SS平均質量濃度為17mg/L。其中,出水CODCr、NH3-N、SS優于GB13457—1992二級標準。RPIR曝氣反應區MLSS的質量濃度可以穩定維持在6000mg/L左右,SV30保持在35%~45%之間。

(2)與原有廢水處理系統(A2O)相比,新系統的優勢主要在于節約建設面積212.75m2,生化區處理單位廢水占地面積僅為0.16m2,RPIR好氧反應器的廢水停留時間僅有16h。

(3)RPIR反應器具有簡化廢水處理流程、節能的顯著優勢。將反應區和沉淀區巧妙地整合一起,利用環流效應,省去污泥回流泵,可節約能耗,而將反應器分割成硝化和反硝化區域,強化了反應器去除NH3-N和TN能力。(來源:深圳市清研環境科技有限公司,深圳清華大學研究院,華潤肉類食品(深圳)有限公司龍崗分公司)


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