泡菜废水零排放处理技术中试研究
泡菜生产过程中产生的泡菜废水具有高有机物、高含盐量和高氮磷的特点,随意排放会对水体造成极大污染
1 废水来源及概况
1.1 废水来源
泡菜废水主要来源于腌制泡菜过程中的清洗、脱盐和盐渍等工序所产生的废水。废水中主要污染物为COD、BOD5、悬浮物、氨氮、总氮、总磷、氯化钠。COD的可生化性很好,属于易降解COD,但高氯化钠盐又会抑制微生物的生长。
1.2 进水水质和水量(表1)
1.3 出水水质
本项目处理后废水达到《城市污水再生利用工业用水水质》相应水质标准,见表2。由于制作泡菜的水来源于自来水,自来水水质标准中其他污染物满足《城市污水再生利用工业用水水质》相应水质标准。废水中的COD、BOD5、氮磷被微生物降解,盐以结晶盐的形式排出综合利用,整个处理系统外排污泥和结晶盐,不外排水。
2 处理工艺流程确定
2.1 水质分析
(1)废水中主要污染为COD、BOD5、氮磷和氯化钠盐,BOD5/COD约为0.6,属于易生化有机物,可以通过生化处理降解。
(2)C/N>4,C/P>17,可以采用生化脱氮除磷工艺。
(3)清洗废水中的盐浓度为5 000mg/L,基本可以满足生化处理盐含量要求;盐渍废水盐浓度为43 600mg/L,含盐量太高,会抑制微生物的活性,影响生化处理效果。如果将盐渍水混合在清洗废水中,则含盐量会增加到8 510mg/L,即增加了后期除盐浓缩水量,又影响微生物的降解效率。所以将2种废水分别预处理比较经济有效。
(4)目前高浓度盐的去除方法主要有膜浓缩和MVR蒸发结晶,但膜浓缩进水对COD有要求。所以对于清洗废水,可以先采用生化处理降低COD和氮磷,再进行RO膜浓缩,淡水作为回用水,浓水进入MVR蒸发结晶除盐。
(5)盐渍水其本身的盐浓度很高,无需再次浓缩,可以经过预处理后直接同清洗废水的浓缩液一起进入MVR蒸发结晶,冷凝液和少量母液返回清洗废水的生化系统处理。
2.2 工艺流程
结合泡菜废水的进水水质特征和所要达到的排放标准,以及水质分析,确定该项目泡菜废水的零排放工艺流程,见图1。
2.3 工艺描述
盐渍水:盐渍泡菜废水进入格栅调节池进行水质水量调节,去除大悬浮物。再由提升泵打入pH调节池,将pH调节池为碱性,沉淀少量重金属(如果有)和胶体物质,然后进入中间水池2与清洗废水的浓缩液混合。再由泵打入MVR进行蒸发结晶,冷凝液排入清洗水调节池进行生化处理。
清洗废水:清洗废水进入格栅调节池进行水质水量调节,去除大的悬浮物,并与MVR的冷凝液混合。再由提升泵打入厌氧池进行厌氧反应,降解大部分COD,厌氧池出水进入MBR膜反应池进一步降解COD、氨氮和磷。MBR出水进入中间水池1,再由泵打入一级RO进行反渗透浓缩,将生化反应出水的盐和COD进行浓缩,淡水进入出水箱回用或外排,浓水进入一段RO再次浓缩,一段RO的淡水进入出水箱回用或外排,浓水进入中间水池2,与盐渍水混合,进入MVR蒸发结晶。
母液处理:蒸发母液在MVR中循环浓缩,当母液COD浓缩浓度达到5×105 mg/L,需定期(74h)将母液排出处理。由于母液量少,可将母液少量打入生化处理系统,混合后生化系统的含盐量为5 390mg/L。满足生化处理含盐量要求(控制在10 000mg/L以内)。

图1 泡菜废水零排放工艺流程和物种平衡
Fig.1 Process flow chart of pickle watewater zero discharge and material balance
结晶盐:由于处理过程中投加了氢氧化钠和少量的次氯酸钠、阻垢剂、柠檬酸、亚硫酸氢钠,所以结晶盐的成分主要是氯化钠、有机物和少量硫酸钠,以及原水中本来含有氮、磷等物质。有机物容易腐败发臭,可以将盐进行高温干化,将盐中的有机物彻底燃烧氧化变成二氧化碳和氮氧化物气体,从而得到纯净的盐。可以作为工业盐综合利用或委外处理。工业盐可以电解制取盐酸和碱,可以融雪,也可以作为消毒剂次氯酸钠发生器的原料,运用在污水处理厂的消毒环节。
污泥:生化污泥和预处理污泥经过脱水后含水率达到65%,泥饼外运处理,滤液返回清洗水调节池重新处理。
2.4 物料平衡计算
水量平衡、盐平衡和COD平衡情况见图1。
3 主要构筑物及设备配置
3.1 调节池
泡菜废水的清洗废水和盐渍废水排放不连续,需分别设置调节池进行均质均量,盐渍废水停留时间24h,清洗废水停留时间8h。调节池内分别设潜水搅拌器和提升泵。
3.2 pH调节及沉淀池
pH调节池主要是针对盐渍水,原水pH为5,加NaOH调节pH至9后,废水开始产生大量絮体,沉降后废水由浑浊变得透彻(见图2)。COD由32 140mg/L降低至20 000mg/L,去除率37.8%。
pH调节池设浆式搅拌器和氢氧化钠加药装置,沉淀池采用斜管沉淀。
3.3 中间水池2
中间水池2作为预处理后的盐渍水和膜浓缩后的清洗水浓水的混合及暂存池,设置空气搅拌和泵提升装置。
3.4 MVR蒸发结晶器
设置1套MVR装置,将盐渍水和清洗水浓缩后的浓水进行蒸发结晶,最终将氯化钠从水中去除并结晶回收,冷凝液和母液进入清洗水调节池进行生化处理。结晶盐和冷凝液见图3。
MVR冷凝液COD含量为进水20%(1 664mg/L),盐含量为500mg/L。
3.5 生化反应池
生化反应池由厌氧池和MBR生物反应池构成
厌氧池采用UASB,清洗废水和盐渍水的蒸发冷凝液,在厌氧池内进行厌氧反应,去除大部分COD。厌氧池设置三相分离器和循环泵。
MBR生物反应器采用AAO工艺和MBR膜池结合的方式对COD、BOD5和氮磷进行去除,可以减少沉淀池、提高反应池污泥浓度、减少构筑物体积和占地面积、提高COD和氨氮的去除效率、减少污泥量。
MBR膜采用浸没式超滤膜,膜通量30L/(m2·h),孔径0.04μm。
设置混合液回流泵、污泥回流泵和自吸泵。通过现有生化系统运行数据,出水可达到COD 50mg/L,氨氮1mg/L(冬天10mg/L),盐含量不变。
3.6 RO膜系统
MBR出水进入RO膜系统。RO膜系统由一级普通RO膜和一段海淡RO膜组成,一级普通RO膜的浓水进入一段海淡RO膜,一段海淡RO膜的浓水和盐渍水一同进入MVR蒸发结晶,所有RO膜的淡水为最终处理水,可进行综合利用。
一级普通RO膜进水水量5.234m3/h,膜回收率为75%;盐、COD、氨氮截留率分别为97%~99%、97%~99%、80%~85%,设置增压泵、高压泵和膜组件等设备。
一段海淡RO膜进水水量1.309m3/h,膜回收率为50%;盐、COD、氨氮截留率分别为97%~99%、97%~99%、80%~85%,设置增压泵、高压泵和膜组件等设备。
RO膜出水水质见表3。
出水满足《城市污水再生利用工业用水水质》(GB/T 19923-2005)相应水质标准。
3.7 污泥脱水
生化污泥和预处理污泥采用隔膜式板框压滤机进行脱水,脱水后含水率达到65%,大大减少污泥的体积。设置隔膜式板框压滤机2套(1用1备)。
4 耗量清单及运行费用
耗量清单见表4,运行费用见表5。
直接运行费用包括电费、水费、蒸汽费、药剂费和固废处置费,其中水可以采用回用水,不算入运行费用之中,直接运行费用约为33元/m3,如考虑回
用水收入,直接运行费用约为30元/m3。
5 结论
(1)将低浓度的清洗废水和高浓度盐渍废水分别预处理和统筹考虑,采用分质预处理-综合生化处理-膜浓缩-MVR的处理工艺,可以解决两种废水的COD、氮磷和含盐量的问题。
(2)采用反渗透膜进行浓缩,淡水可以作为工业回用水,从而实现废水零排放和资源回收利用。
(3)处理水回用后,整个工艺外排的污染物为结晶盐和污泥,没有浓缩母液外排和处理装置,节约投资,减少污染物的排放量。
(4)运行费用低(约33元/m3),远远低于常规的单一MVR蒸发技术的运行费用(90元/m3)。
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参考文献
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