饮料废水处理

2017-03-09 10:42:54 xiaoyifan 63

清凉饮料属于碳酸饮料,是将水进行活性炭过滤及脱气处理后加入二氧化碳、糖浆、香料及色料制成的,其废水主要来自洗瓶工段及设备容器的冲洗过程。

长春百事可乐饮料有限公司主要生产清凉饮料,其在生产过程中会产生一定量的废水,若直接排放,会对环境造成污染。厂区内现有1 套运行将近十年的污水处理系统,但是由于工艺设计落后,设备性能大幅度下降,已经无法满足现有生产需要,系统出水无法达到当地环保部门的要求,为此厂家委托天津职业大学和康生环保有限公司设计了新的废水处理系统工程,其核心是厌氧AnaEG反应器处理系统。

AnaEG反应器是20 世纪90 年代初由上海交通大学在升流式厌氧污泥床(UASB)和膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器的整体优化设计的基础上研究开发的。AnaEG反应器中颗粒污泥呈膨胀悬浮状态,污泥质量浓度可达50~65 kg/m3,与污水 可高效接触、混合,能够承受的进水COD 可达30~70 g/L。颗粒污泥具有良好的沉降性,使得反应器具有较高的水力上升速度,水力搅拌力度加强,故颗粒污泥处于膨胀状态,与废水中的有机物接触更加充分,从而传质效率高,有机物去除率高。较高的水力上升流速,使得反应器的水力停留时间大大缩短,从而大大缩小了反应器容积,COD 容积负荷提高,可达25kg/(m3·d)以上。废水由反应器的底部均匀进入,在水流向上均匀流动的过程中有机物得到降解,最后经过三相分离器进行气—固—液分离后,沼气由气室收集,污泥由沉淀区沉淀后自行返回反应区。AnaEG反应器的出水依靠重力流入好氧生物接触反应池,进入后续的好氧处理阶段。

1 废水水质水量
 
本工程项目是长春百事可乐饮料有限公司废水处理系统工程,其废水主要来自洗瓶工段及设备容器的冲洗过程。废水总流量为1 500 m3/d,其COD 为3 000 mg/L,SS 为200 mg/L,pH 为8.0~12.0。经过该废水工程处理后,出水可达到《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)要求,即COD≤100 mg/L,SS≤70mg/L,pH 为6.0~9.0。

2 工艺流程
 
采用图 1 所示工艺流程。

 3 工艺设计与主要构筑物
 
(1)AnaEG反应器,1 套,尺寸为D 9 m×15 m,有效体积750 m3,停留时间12 h,其结构如图 2 所示。

 由于废水进水污染物浓度较高,不适合直接采用好氧生物技术进行处理,因此选用了厌氧处理装置———膨胀式颗粒化污泥床(AnaEG)反应器进行处理,该装置可去除废水中的高浓度有机物,并将其转化为沼气,其中总有机物去除率高达80%以上,被去除的有机污染物的80%转化为沼气,20%用于形成新的厌氧污泥。

(2)格栅池,1 座,尺寸为2 m×2.5 m×1 m。为防止废水中颗粒物进入处理系统而引起管道和泵堵塞,车间里的所有废水首先流至格栅池以去除水中的颗粒杂质,格栅拦污池内设置有1 台机械格栅机和1 台人工格栅。格栅可有效地自动将原废水中大于5 mm 的颗粒去除掉。格栅的启停由设在格栅池中的液位计自动控制。经格栅除污机阻挡的粗颗粒物装入塑料袋后运至垃圾箱。

(3)集水池,1 座,尺寸为6 m×3 m×3 m,废水深度2 m,有效体积36 m3,停留时间0.5 h。由于生产车间的排水管线到达污水处理站的标高已经达到-2.0 m,考虑到后续土建处理构筑物的施工及投资,所以设置了这个集水池,在集水池内设置提升水泵,将废水提升输送到后续各个处理构筑物。

(4)储液池,1 座,尺寸为5 m×5 m×5 m,废水深度4 m,有效体积100 m3。由于生产车间不定期排放含有酸性、碱性或消毒剂的废水,如果直接排放到处理系统中会对系统造成很大的损害,如腐蚀设备及构筑物、抑制微生物的生长并致其死亡;在进水管道处设置在线监测传感器,待有此类废水排放时,自动控制管道上的阀门使此类废水进入储液池中储存,然后少量均匀地排入处理系统处理,可以保证污水处理系统的正常运行。

(5)调均池,1 座,尺寸为14 m×10 m×5 m,废水深度4 m,有效体积560 m3,停留时间10 h。调均池是设在废水进入处理系统之前的构筑物,主要是为了解决水量、水质不均匀而对处理设施所造成的不利影响,起到将原水水质均一化的作用。在调匀池内设有1 用1 备的潜水泵2 台,承担着输送废水的任务,它的起动停止由设在调均池内的液位计自动控制。池底布置有均匀的不堵塞空气扩散器,它的主要功用是对废水进行预曝气,同时强烈的气水混合搅拌帮助了废水均质过程,又避免固体杂质的沉淀。

(6)中和池,1 座,尺寸为3 m×3 m×5 m,废水深度4 m,有效体积36 m3,停留时间0.6 h。当废水pH>9 时,若进入生物系统会对微生物产生抑制作用,所以根据水质和在线pH 测量仪控制自动加入适量的酸,调节废水pH 以适合进入厌氧反应器。

(7)调配池,1 座,尺寸为2.5 m×4.0 m×5.0 m,废水深度4 m,有效体积40 m3,停留时间0.6 h。中和池内废水靠重力流入调配池,利用蒸汽作为热源进行加热,在调配池内设有废水加热装置,调节废水温度以满足厌氧反应器的要求。

废水经过在调配池内的调整,由污水提升泵输送到AnaEG反应器中进行厌氧处理。并且在此池中投加一定的营养物质以驯化、培养厌氧颗粒污泥。

(8)曝气池,1 座,尺寸为15 m×10 m×5 m,废水深度4 m,有效体积600 m3,停留时间10 h。由于废水进水污染物浓度较高,水量较大,出水水质要求高,故采用高效的复合接触氧化池进行好氧处理,生物填料为微生物的生长提供良好载体,保证出水水质。同时悬浮在水池中的微生物也对有机物进行氧化与分解。

废水在曝气池内通过好氧微生物分解有机物质。在接触氧化池底部均匀安装有足够数量的不堵塞型空气曝气器,压缩空气经空气曝气器不断地向废水提供氧气,以确保废水中的生物氧化反应所需的氧气量。每组空气扩散器前均设有调节阀。

(9)沉淀池,3 座,每座尺寸均为5 m×3 m×5 m,废水深度4 m,有效体积60 m3。曝气池的出水直接流入沉淀池,沉淀池采用高效斜板沉淀形式,主要功用是使泥水得到充分分离,污泥沉积在底部,上清液溢流至出水池。沉积在底部的污泥经常性地由泵打到曝气池中保持其始终拥有足够的活性污泥数量或将剩余的污泥送入污泥浓缩池,以保持良好的沉淀效果。

斜板沉淀池是内装置许多间隔较小的平行倾斜板的沉淀池,其特点是沉淀效率高、池子容积小和占地面积少等。在增加许多平行斜板后,加大了水池过水断面的湿周,同时减小水力半径,为此在同样的水平流速时,可以大大降低雷诺数,从而减少水的紊动,促进沉淀;加设斜板,使颗粒沉淀距离缩短,减少了沉淀时间。

(10)污泥井,3 座,每座尺寸均为1 m×2 m×5 m,污泥深度4 m,有效体积8 m3。沉淀池污泥静压汇聚于此池,通过PLC 控制经由污泥泵排入各构筑物。

(11)出水池,1 座,尺寸为2.5 m×4.0 m×5.0 m,废水深度4 m,有效体积40 m3。处理后的污水汇聚于此,备用或排放。

(12)污泥浓缩池,1 座,尺寸为4 m×4 m×5 m,废水深度4 m,有效体积64 m3。剩余污泥和混凝沉淀物汇聚于此进行重力浓缩,经浓缩后的污泥通过泥泵输送到污泥池,上清液直接排放或流入调均池处理。

(13)集泥池,1 座,尺寸为5 m×9 m×3 m,废水深度2 m,有效体积90 m3。混凝沉淀物及滤罐反洗水重力自然流入此池,通过PLC 控制自动用泵打入污泥浓缩池处理。

4 工程实施
 
本工程在长春百事可乐饮料有限公司得到顺利实施,该厂废水经过处理后出水符合当地环保部门的相关要求,出水中COD≤100 mg/L、SS ≤70 mg/L、pH 6.0~9.0。每年减少COD 排放量1 522.5 t,每年减少BOD5排放量6 300 t。

此外,本废水处理站每天产生的标准沼气量为1 440 m3,其中沼气的甲烷体积分数为60%~70%,每年沼气销售收入约为25.2 万元。

污水处理站直接运行费用包括人员工资、药剂费、电费。污水处理站定员4 人,全年运行350 d。人员工资按人均1.2 万元/a 计,则折合成吨水费用为12 000×4/(1 500×350)=0.09 元。

污水处理站总装机容量约为145.80 kW,实际运行功率约为92.65 kW,每天用电量为1 228.14kW·h 。当地电费0.6 元/(kW·h),则折合成吨水费用为1 228.14×0.6/1 500=0.49 元。

处理每吨水的药剂费约为0.24 元。.

由此可知,处理1 t 废水成本为0.09+0.49+0.24=0.82 元。

5 前景展望
 
随着清凉饮料需求的增加,因生产清凉饮料而产生的工业废水也随之剧增,直接排放必然严重污染环境。本设计针对饮料废水特点,采用厌氧AnaEG反应器的处理系统,被处理掉的有机物90%以上转化为可作为燃料利用的沼气,不但具有环境效益,同时具有明显的经济效益,具有较好的推广应用价值。

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