乳业公司污水处理及冷却水循环再利用工程工艺技术方案选择.doc

乳业公司污水处理及冷却水循环再利用工程工艺技术方案选择第一节 建设规模1、污水水量污水处理站为生产过程中产生的生产废水和厂区生活污水，其中生产废水占绝大部分。 目前张家口市乳业有限公司生产市场紧缺的脱脂粉和无水奶油，采用先进的工艺设计和设备，日处理鲜奶100吨。其生产工艺流程如下：依据GB6914-86牛乳验收净乳机参数：5000I/h过滤及净化*清洗设备产生的废水冷却3-5净乳机参数： 250L/h储奶罐参数：5000I/h标准化（配料）储藏3-5蒸发量：2400I/h，压力：0.6-0.8 Mpa、杀菌温度80-90浓缩时产生的蒸馏水及冷却水，部分回收利用杀菌浓缩*蒸发量：350/kg/h、压力：0.8Mpa、排风温度：85-90喷雾干燥*冷却二次筛粉检验项目：依据标准GB5410-1999色泽、滋味和气味、组织状态、冲调性。蛋白质、脂肪、复原乳酸度、水份、不溶度指数、杂质度、硝酸盐、亚硝酸盐、菌落总数、大肠菌群包装检验出厂根据生产工艺分析，该项目是将鲜牛奶经过处理后做成奶粉和奶油，工艺过程中需要进行设备冲洗，将会大量的废水产生，这种废水具有CODcr浓度较高，可生化性好，含动植物油多等特点。根据厂内生产车间实际排水量和行业同等生产规模的类比确定：生产废水总量为1150m3/d。该污水处理站还包括生活污水，其主要为厂区工作人员吃饭、洗涤和卫生间排水。该部分污水经过化粪池后排入废水处理站。全厂总人数130人，按300l/人.d计算，污水量为39 m3/d。所以，污水处理站总收水量为1189 m3/d。（2）冷却循环水处理量根据生产工艺分析，该项目在生产过程中需要大量的冷却循环水。根据业主提供的实际数据，冷却水总量为3200m3/d，每天的损失量约为30%，即960m3/d。所以首先乳业有限公司每天需要补充960 m3/d的新鲜水源。再者系统经过长时间循环利用，需要排放一部分高浓盐水，根据实测数据，每天需要排放处理的高浓盐水量为800m3/d。（3）处理规模根据上述水量计算，厂区内污水处理站处理规模为1200m3/d，冷却循环水处理规模为800m3/d。第二节 处理程度1、污水原水水质根据厂区总排水口的监测数据和同行业的对比，确定污水处理站进水水质见下表1-1。2、处理站出水水质根据该项目环评要求，污水处理站外排水要求稳定达到城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）中的一级A标准。表1-1 污水进出水指标一览表序号项目名称原水水质一级A标准1CODcr(mg/L)5000502BOD5(mg/L)3100103动植物油97.4104SS(mg/L)345105PH5-116-96NH3-N(mg/L)34.55或87总氮50158TP40.5综合污水达到上述处理要求后其中80%的水达到工业循环冷却水水质标准（GB50050-2007）水质指标要求后用于冷却循环水的补给水。3、冷却循环水水质生产用循环冷却水系统中主要污染物为无机盐类，是高浓盐水，根据厂内实测数据和参照同类企业的情况，本次设计的水质指标见下表1-2。处理后出水达到工业循环冷却水水质标准（GB50050-2007）后，与污水站80%的出水一起进入冷却循环水系统。表12 工业循环水水质标准一览表序号项目名称原水水质工业循环冷却水水质标准1SS（mg/L）200202甲基橙碱度（mg/L）20005003Ca2+(mg/L)1000302004Fe2+(mg/L)50.55PH5.05.57.09.26Cl-(mg/L)2000300第三节 污水处理工艺方案选择1、方案选择的原则（1）贯彻国家关于环境保护的基本国策，执行国家的相关法规、政策、规范和标准。（2）采用的工艺技术具有先进性和可靠性；（3）保证废水中含有的有机物和氮、磷的处理率，实现达标排放；（4）运行管理方便、耐冲击负荷性强，对废水水质适应性广；（5）采用高效节能、先进可靠、管理及维护简便的设备；（6）具有较高的自动化控制水平，保证处理效果，减轻工人劳动强度；（7）具有较低的建设投资和运行费用。2、污水处理工艺方案选择1）处理工艺的功能要求由污水处理站进水水质指标和出水水质要求，污水处理工艺除主要去除有机物和悬浮物外，还需要去除部分氨氮和磷。污水经处理后，主要污染物去除率如下：COD99BOD599SS 97NH3-N85TP 872）污水可生化性分析本项目的污水要求进行二级生化处理+深度处理。进水BOD5/COD值是鉴定污水可生化性最简便易行和最常用的方法，一般认为BOD5/COD0.45可生化性较好，BOD5/COD0.3较难生化，BOD5/COD0.25不易生化。本项目进水BOD5/COD0.5，可生化性较好，因此，宜采用生物处理法。3）采用生物除磷脱氮的可行性BOD5：N：P的比值是影响生物除磷脱氮的重要因素，氮和磷的去除率随着BOD5/N和BOD5/P比值的增加而增大。从理论上讲，BOD5/N2.86才能有效地进行脱氮，实际运行资料表明BOD5/N3时才能使反硝化正常进行。BOD5/N4-5时，氮的去除率60%，磷的去除率也可达60%；BOD5/N7时，氮的去除率70%，磷的去除率也可达70%。对于生物除磷工艺，要求BOD5/P33-100，且BOD5/N4。本工程进水能够满足生物脱氮除磷工艺对碳源的要求。4）污水生物处理工艺的选择和确定目前，国内已建成的乳品加工生产废水所采用的处理工艺主要为全好氧生化处理法（活性污泥法居多，接触氧化法其次），厌氧好氧生化处理法，以及水解好氧生化处理法（A/O工艺）等技术路线。由于乳品加工废水中含有蛋白质成份，废水的生物降解速率较缓慢，若降解时间不足，出水中会残留蛋白质及蛋白质降解中间体，使出水难以达标。以国内外经典的延时曝气处理流程进行分析，为使外排废水达到国家二级出水标准，水力停留时间必须在30小时以上，若要达到一级标准，则需48小时以上。所以用全好氧生物降解工艺，不仅能耗高、占地面积大，而且只能完成生物硝化过程，不能实现生物反硝化，因而不能完成真正意义上的脱氮。采用“厌氧好氧”生化处理组合工艺治理乳品生产废水，近几年来已有不少的成功工程实例。其COD和氨氮的去除率可分别达到95%及85%以上，可操作性、运行稳定性及经济性等方面均优于其它工艺组合。脱脂粉生产废水中的主要有机污染物是乳糖、脂肪和蛋白质等三类物质。由以上分析可知，对于乳品加工生产废水中的乳糖、脂肪和蛋白质等三类主要污染物，必须经过“厌氧-好氧”的组合工艺才能完全达到分解，因此采用“厌氧-好氧”的组合工艺是必要的。就生物处理法而言，从初期的普通活性污泥法开始至今，人们做了许多改进，出现了多种改进工艺方案。具有除磷脱氮功能的工艺有氧化沟、SBR及其变形、A2/O等多种工艺。根据各种污水处理工艺的总体技术经济性能和本工程的建设规模、进水特性和处理要求，二级生物处理初选厌氧UASB+奥贝尔（Orbal）氧化沟工艺（方案一）和厌氧EGSB+CASS工艺（方案二）作为备选方案，通过进一步技术经济比较后，选出推荐方案。（1） 厌氧UASB+奥贝尔（Orbal）氧化沟工艺UASB又叫升流式厌氧污泥床，是由Lettinga在20世纪70年代开发的。UASB由污泥反应区、气液固三相分离器（包括沉淀区）和气室三部分组成。在底部反应区内存留大量厌氧污泥，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥层。要处理的污水从厌氧污泥床底部流入与污泥层中污泥进行混合接触，污泥中的微生物分解污水中的有机物，把它转化为沼气。沼气以微小气泡形式不断放出，微小气泡在上升过程中，不断合并，逐渐形成较大的气泡，在污泥床上部由于沼气的搅动形成一个污泥浓度较稀薄的污泥和水一起上升进入三相分离器，沼气碰到分离器下部的反射板时，折向反射板的四周，然后穿过水层进入气室，集中在气室沼气，用导管导出，固液混合液经过反射进入三相分离器的沉淀区，污水中的污泥发生絮凝，颗粒逐渐增大，并在重力作用下沉降。沉淀至斜壁上的污泥沼着斜壁滑回厌氧反应区内，使反应区内积累大量的污泥，与污泥分离后的处理出水从沉淀区溢流堰上部溢出，然后排出污泥床。UASB的主要优点是： 1、UASB内污泥浓度高，平均污泥浓度为2040gVSS/1； 2、有机负荷高，水力停留时间短，采用中温发酵时，容积负荷一般为10kgCOD/m3.d左右； 3、无混合搅拌设备，靠发酵过程中产生的沼气的上升运动，使污泥床上部的污泥处于悬浮状态，对下部的污泥层也有一定程度的搅动； 4、污泥床不填载体，节省造价及避免因填料发生堵赛问题； 5、UASB内设三相分离器，通常不设沉淀池，被沉淀区分离出来的污泥重新回到污泥床反应区内，通常可以不设污泥回流设备。 主要缺点是： 1、进水中悬浮物需要适当控制，不宜过高，一般控制在100mg/l以下； 2、污泥床内有短流现象，影响处理能力； 3、对水质和负荷突然变化较敏感，耐冲击力稍差。奥贝尔（Orbal）氧化沟是氧化沟类型中的重要形式之一，此法最初是由南非的Huisman提出的，后来这项技术被转让给美国Envirex公司并推向市场，至八十年代末获得了较广泛的应用。典型的Orbal氧化沟是三条椭圆形的同心曝气沟渠，污水依次从外沟流入内沟，最后从中心岛流出。每条沟渠都是一个完全混合反应池，具有无终端的流线，污水经过多次沟内循环后顺序流入下一条沟渠。因此，沟与沟之间又呈现推流式的特征。这种形式类似于多个完全混合的生物反应器（CSTR）相串联的系统，兼有完全混合式与推流式的特点。奥贝尔（Orbal）氧化沟主要的工艺特点如下：1）沟道设计成三条同心椭圆沟道，三沟的容积分配为：外沟约占总池容的5055，中沟约占总池容的2530，内沟约占总池容的1520。根据不同的处理目标，通过调整标准氧量与各沟容积的百分数，使系统的去除能力得到提高。2）曝气设备是氧化沟的主要装置与关键设备，它起着供氧、混合、推动水流作循环流动和防止活性污泥沉淀等作用。其性能的好坏和效率的高低，直接影响氧化沟的处理效果、动力消耗、建设投资和运行费用。奥贝尔氧化沟的曝气设备采用曝气转碟。与同类曝气设备相比，曝气转碟具有工作水深大、充氧效率高、混合能力强以及结构简单、组装灵活、使用寿命长、安装维护方便等特点。曝气转碟一般由耐腐蚀的塑料或玻璃钢制成，可以通过改变转碟的转速、浸没深度、和转盘个数等来调节供氧量，使沟内的溶解氧控制在最佳工况。3）奥贝尔氧化沟的一个显著特点是三个沟的DO呈012mg/L的梯度分布。外沟的溶解氧控制在00.5mg/L，大部分碳源氧化、反硝化和部分硝化在外沟内进行；中沟的溶解氧控制在0.51.5mg/L，可进一步去除剩余的BOD或继续完成硝化；内沟的溶解氧控制在22.5mg/L，以保证出水中有足够的溶解氧带入二沉池。外沟中大部分碳源氧化、反硝化和部分硝化是在溶解氧很低的情况下进行的，氧的吸收率很高，氧的传递作用在亏氧条件下进行，提高了氧的传递效率，因而可以节约供氧量，起到节能的作用，这种特有的溶解氧分布使其能耗比单沟系统低20。4）奥贝尔氧化沟工艺有很强的抗冲击负荷能力。奥贝尔氧化沟一般为低负荷设计，且沟内能维持较高的污泥浓度，一时的冲击负荷不足以对微生物产生抑制作用。另外，奥贝尔氧化沟的内循环流量很大，为进水流量的几十倍甚至上百倍，在流态上每个沟道都具有完全混合的特征，高浓度污水进入沟中后迅速被稀释混合，对系统不会产生很大的影响。5）由于污泥龄较长，污泥量少，污泥在氧化沟中趋于相对稳定，故可不设污泥消化池，污泥经浓缩后，直接进行脱水。6）该工艺流程简单，构筑物少，控制管理较为方便。7）采用机械设备较少，运行维护维修量少，从而可降低运行成本。（2）厌氧EGSB+CASS工艺EGSB（Expanded Granular Sludge Bed），中文名膨胀颗粒污泥床，是第三代厌氧反应器，于20世纪90年代初由荷兰Wageingen农业大学的Lettinga等人率先开发的。其构造与UASB反应器有相似之处，可以分为进水配水系统、反应区、三相分离区和出水渠系统。与UASB反应器不同之处是，EGSB反应器设有专门的出水回流系统。EGSB反应器一般为圆柱状塔形，特点是具有很大的高径比，一般可达35，生产装置反应器的高度可达1520米。颗粒污泥的膨胀床改善了废水中有机物与微生物之间的接触，强化了传质效果，提高了反应器的生化反应速度，从而大大提高了反应器的处理效能。EGSB是在上流式厌氧污泥床(UASB) 反应器的研究成果的基础上,开发的第三代超高效厌氧反应器,该种类型反应器除具有UASB反应器的全部特性外,还具有以下特征,高的液体表面上升流速和COD 去除负荷; 厌氧污泥颗粒粒径较大,反应器抗冲击负荷能力强; 反应器为塔形结构设计,具有较高的高径比,占地面积小; 可用于SS 含量高的和对微生物有毒性的废水处理。采用EGSB作厌氧反应系统具有以下优点：(1)能耗少，还可回收生物能沼气，是产能型废水生物处理工艺；(2)剩余污泥量少，且生成的污泥是稳定的；(3)反应器效能高，容积小，占地面积小，可降低基建投资和运行费用。CASS（工艺是近年来国际公认的处理生活污水及工业废水的先进工艺。其基本结构是在序批式活性污泥法（SBR）的基础上，反应池沿池长方向设计为两部分，前部为生物选择区也称预反应区，后部为主反应区，其主反应区后部安装了可升降的自动撇水装置。整个工艺的曝气、沉淀、排水等过程在同一池子内周期循环运行，省去了常规活性污泥法的二沉池和污泥回流系统；同时可连续进水，间断排水。 CASS工艺的主要技术特征 1）连续进水，间断排水 2）运行上的时序性CASS反应池通常按曝气、沉淀、排水和闲置四个阶段根据时间依次进行。 3）运行过程的非稳态性 每个工作周期内排水开始时CASS池内液位最高，排水结束时，液位最低，液位的变化幅度取决于排水比，而排水比与处理废水的浓度、排放标准及生物降解的难易程度等有关。反应池内混合液体积和基质浓度均是变化的，基质降解是非稳态的。 4）溶解氧周期性变化，浓度梯度高 CASS工艺的主要优点 1）工艺流程简单，占地面积小，投资较低 2） 生化反应推动力大 3） 沉淀效果好4）运行灵活，抗冲击能力强，可实现不同的处理目标 5）不易发生污泥膨胀 6）适用范围广，适合分期建设7）剩余污泥量小，性质稳定 （3）方案确定根据以上二个方案的介绍进行比较：“EGSBCASS”是处理乳品加工生产废水的最佳工艺组合，按照此方案设计的废水处理站，具有工艺成熟、一次性投资费用低、运行费用低廉和节约用地的特点，可保证拟建工程的废水达标排放。3、深度处理深度处理采用微絮凝过滤工艺，即向二级生物处理出水中投加絮凝剂后，直接进行滤池，过滤器出水经加氯消毒后外排或回用。二级出水通过增压泵增压，并在泵前吸水管上采用絮凝加药装置投加絮凝剂，絮凝剂经水泵叶轮搅拌后均匀混合将原水中的细小固体颗粒悬浮物进行微絮凝反应，快速生成体积大于5微米的絮体，流经过滤系统管路进入高效过滤器，再被过滤器内滤料过滤截留，出水再经活性炭过滤后供锅炉房补水、冲厕、景观和反冲洗用水。过滤器采用气水联合冲洗，反洗空气由风机提供，反洗水采用滤后中水，由反洗水泵提供。反冲洗第一阶段先水冲，将滤料层托起，水冲强度68L/s·m2，时间12min；第二阶段气冲，气冲强度4060L/s·m2，时间45min；第三阶段气水冲，气冲强度4060L/s·m2，水冲强度68L/s·m2，时间810min；第四阶段水冲，水冲强度68L/s·m2， 时间34min。4、污水处理工艺流程选择厂区主生产车间的设备清洗废水、地面冲洗废水和生活污水经地埋管道或水渠汇入污水处理站的进水口，先经过格栅除去较大的漂浮物，然后进入隔油池去除水中的浮油，出水自流入调节池，调节池内设提升泵，将污水加压至EGSB厌氧池反应池，污水中的有机污染物在EGSB反应器中进行水解酸化产氢产乙酸产甲烷全过程反应，不仅可以提高污水的可生化性，还可将污水中有机物大幅度去除，使COD得以降低。经厌氧反应器处理后的水依靠重力流进入CASS反应池，进一步去除水中残存的有机污染物。CASS生化处理是将好氧反应沉淀集合在一个反应器内进行，其出水在经过混凝沉淀过滤后达到出水水质标准后排放或回用。厌氧EGSB反应池及好氧CAST反应池排出的污泥引入污泥贮池，在污泥贮池内设污泥泵，将其加压至污泥浓缩池，污泥浓缩池的上清液回至调节池重新参与处理，池底被浓缩的污泥通过螺杆泵被加压至板框压滤机，进行压滤。详见污水处理工艺流程框图。废水格 栅隔油池调节池EGSB反应器CAST反应器中间水池混凝沉淀过滤达标排放或回用污泥贮池污泥浓缩池压滤机泥饼外运废水处理工艺流程框图5、污泥处置根据城市污水处理及污染防治技术政策要求，“日处理能力在10万立方米以上的污水二级处理设施产生的污泥，宜采取厌氧消化工艺进行处理，产生的沼气应综合利用。日处理能力在10万立方米以下的污水处理设施产生的污泥，可进行堆肥处理和综合利用。采用延时曝气的氧化沟法、SBR法等技术的污水处理设施，污泥需达到稳定化。经过处理后的污泥，达到稳定化和无害化要求的，可农田利用；不能农田利用的污泥，应按有关标准和要求进行卫生填埋处置。”污泥稳定通常有厌氧稳定和好氧稳定，厌氧稳定是采用污泥消化池，污泥在绝对厌氧的环境中经过2030天的消化，有机物和微生物得到充分降解，成为性质很稳定的消化污泥；好氧稳定是在反应池中污水净化的同时，污泥中的微生物有机体也得到充分代谢，最后排放的污泥达到稳定状态。为了实现好氧稳定，就要求反应池的污泥龄足够长。由于设计工艺采用的污泥龄较长，可以认为污泥达到好氧稳定。鉴于污水处理厂处理规模不大，剩余污泥不多，拟将污水处理厂产生的剩余污泥用带式浓缩压滤一体机进行机械浓缩脱水后外运，脱水后的污泥含水率小于80%。该污水处理站产生的污泥外运后进行堆肥处理。本设计中污泥处理工艺流程图：储泥池污泥脱水机房污泥外运生化池图2-4 污泥处理工艺流程图6、冷却水处理工艺流程简述 冷却循环水系统的排水主要污染物为无机盐类，属高浓盐水，这种水极容易使冷却设备内壁结成污垢和泥垢，通过排污同时补充新鲜水的形式减少循环冷却水系统中的离子浓度，防止结垢是一种有效的措施，也是国内外被广泛采用的措施。但目前来看，这种形式对水又是一种浪费。因此，将冷却水系统的排污水经处理后进行回用是一种有效地节水方式，具有较强的可操作性。 目前从水中分离阴、阳例子的高效方式是反渗透装及离子交换设备。离子交换是一种可靠的除盐方式，但具有操作复杂，消耗大量的酸、碱等缺点，随着膜技术的引进和开发，反渗透在我国越来越显示出它的优越性。反渗透技术是当今最先进和最节能有效的分离技术。其原理是在高于溶液渗透压的压力作用下，借助于只允许水透过而不允许其他物质透过的半透膜的选择截留作用将溶液中的溶质与溶剂分离。利用反渗透膜的分离特性，可以有效地去除水中的溶解盐、胶体、有机物、细菌、微生物等杂质。具有能耗低、无污染、工艺先进、操作维护简便等优点。因此，对本工程的冷却水进行除盐处理，采用反渗透法。详见冷却水处理工艺流程框图。冷却循环水原水箱原水泵多介质过滤器活性炭过滤器5保安过滤器高压泵反渗透系统清水池回用