俞 晟,朱晓斌,陈一虎,张延颇

(苏州市职业大学 环境与分析研究室，江苏 苏州 215104)

在蜜饯的生产中，从“选果—果处理—晾晒—腌制—烘焙—包装”等全程均会产生废水，特别是在腌制阶段中产生的废水因高色度、高盐度、低pH、高浓度有机物和生产间歇性排水等因素，直接造成蜜饯废水处理困难[1-4]，如若此类废水处理不完全必然造成水体严重污染，有害于我国现阶段环境目标。

蜜饯生产废水现阶段常规采用“物化预处理技术—生化技术”的处理技术[3,5]，虽然可在一定程度上能有效削减废水中的COD、BOD5和氮磷，降低色度和调节pH值等，但工艺占地较大，需要专业人员维护运行，进而导致运行费用普遍较高[6-9]。同时，常规工艺的生化处理系统（特别是终端好氧生化）往往运行效率低下，使得处理工艺整体出水不稳定[1,5,7]。快速生化处理工艺（如好氧生化三相分离器）可改善生化反应池的水力传质条件，实现混合—推流—筛分为一体的好氧处理集成技术，可实现水力停留时间HRT和污泥停留时间SRT有效分离，实现生化反应混合液流态稳定，反应池内生化污泥密度高、活性好，进而稳定提高水中污染物去除效率，且在生微环境中同步硝化反硝化而降低出水总氮TN[10-11]。同时，因装置结构简单，不存在易损部件，对原工艺技术进行“即插即用”便捷式改造，且减少回流需求进而运行费用低、占地面积小，并已在屠宰、养殖、食品等高浓度有机废水处理等工程中成功运用[11-13]。

以福建某年产2 000吨蜜饯生产加工企业生产废水为研究对象，因其原有的“原水→调节池→升流式厌氧污泥床UASB厌氧反应器→生物接触好氧生化池（填料）→二沉池→出水”工艺出水水质不能完全达到该企业厂区所在工业园污水处理纳管要求，结合企业实际情况确定了在好氧生化池中插入好氧生化三相分离器的工艺技术路线，在不改动原处理工艺和无须额外增加工艺设施占地基础上，获得高效稳定的处理工艺，提升原工艺出水水质，使其符合所在工业园区污水纳管要求，以减轻该蜜饯生产加工企业的环保压力。在保障该企业稳定发展的同时，也为解决该园区内蜜饯废水污染提供数据支撑和工程实践参考。

1 材料与方法

1.1 目标废水

废水源自企业桃、杏、李三条车间生产线腌制和器具冲洗的废水（39.0±0.9） t/d和员工日常生活排水以及场地清洗废水（9.5±1.0） t/d等，故日综合废水排放水量（48.5±1.2） t/d（本文按50 t/d设计计算）。该综合废水经原废水处理工艺各个阶段处理后的出水pH值、化学需氧量COD、生化需氧量BOD5、固体悬浮颗粒物SS、氨氮NH3-N、总氮TN、盐度、总磷TP、色度等指标见表1，进水浓度按污水处理站总进水管口测定值计算。该企业排水水质不合格指标分别为TN（不合格率=31%）、COD（不合格率=27%）和BOD5（不合格率=15%），其余指标基本均大于95%，达到该企业所在园区纳管要求。本研究主要就生产废水COD、BOD5和TN作为主要治理目标，进行处理效果和稳定性分析。废水处理工艺各阶段出水综合水质与园区纳管要求见表1。

表1 废水处理工艺各阶段出水综合水质与园区纳管要求

1.2 工艺改造技术

原污水处理工艺技术路线图如图1所示。蜜饯生产废水好氧生化三相分离器结构及安装工艺图见图2。

将“原水—调节池（100 m3，2组）—升流式厌氧污泥床UASB厌氧反应器（150 m3，2组）—生物接触好氧生化池（100 m3，2组）—二沉池（50 m3，2组）—出水”工艺线路分离出一半（见图1虚线内部分），并且将好氧生化池中半软性填料拆除更换为图2（a）所示好氧生化三相分离器，并按图2（b）插入安装至原好氧生化池，因填料板结原因，以更换填料为节点进行改造。改造后形成两条处理工艺线，原工艺：原水—调节池（100 m3，1组）—升流式厌氧污泥床UASB厌氧反应器（150 m3，1组）—生物接触好氧生化池（100 m3，1组）—二沉池（50 m3，1组）—出水；改造工艺原水—调节池（100 m3，1组）—升流式厌氧污泥床UASB厌氧反应器（150 m3，1组）—好氧生化三相分离器生化池（100 m3，1组）—二沉池（50 m3，1组）—出水。将原工艺与改造工艺进行对比。

图1 原污水处理工艺技术路线图

图2 蜜饯生产废水好氧生化三相分离器结构及安装工艺图

好氧生化三相分离器运行过程及实物装置图如图3所示。好氧生化三相分离器的材质为不锈钢SUS 304，在专利《一种浸没式好氧活性污泥成粒方法》（ZL 201611159374.3）基础上[10]，按照该蜜饯生产加工企业核算后进行修正，控制安装角α=(51±2)°、推流反应区宽度D=（8±1） cm、回流间隙δ=（5±1） mm。在原生化反应池加装的4个好氧生化三相分离器单元，占好氧生化生物反应池容积为10%，好氧生化三相分离器内处理时间为4.8 h。加装好氧生化三相分离器后，曝气生化反应池内平均活性污泥浓度为（4 300±160） mg/L。装置运行时，按图3(a)水流流向箭头所示，从完全混合区流经推流反应区和生物过滤区，随后达到清液缓冲区和出水区，最后流出好氧生化池进入二沉池。

图3 好氧生化三相分离器运行过程及实物装置图

1.3 水质监测标准及方法

技术工艺段处理水质pH值、COD、BOD5、SS、NH3-N、TN、盐度和TP等分别按《水质 pH值的测定 玻璃电极法》（GB 6920-1986）、《水质 化学需氧量的测定 重铬酸盐法》（HJ 828-2017）、《水质 五日生化需氧量（BOD5）的测定 稀释与接种法》（HJ 505-2009）、《水质 悬浮物的测定 重量法》（GB 11901-89）、《水质 氨氮的测定 水杨酸分光光度法》（HJ 536-2009）、《水质 总氮的测定 碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》（HJ 636-2012）、ATAGO （爱拓）ES-421便携式数显盐度计（量程0～10.0%、精度±0.05%、分辨率0.01%）和《水质 总磷的测定 钼酸铵分光光度法》（GB T 11893-89）进行每日常规检测和记录。因企业排水TN、COD和BOD5不合格，故重点关注此3项水质指标。

监测试验数据以Microsoft Excel 365进行计算与分析，试验和计算数据在设定置信区间为p< 0.05条件下以单边分析法（ANOVA，IBM SPSS Statistics v25.0 for Windows）进行显著性分析。试验记录、计算和分析所得出的数据用Origin Pro 2020进行绘图。

2 结果与讨论

2.1 削减COD、BOD5和TN效果分析

就本项目处理出水而言，原COD、BOD5和TN不合格率较为严重，这直接影响该企业效益，且环境压力巨大，不利于企业在该园区可持续性发展。此外，因该类污染物超标，造成园区污水厂约超过25%的时间对其执行关闭主阀门和切断排放管路，从而引发该企业生产受限。同时，本项目仅仅改造好氧生化池，因此需要考察UASB厌氧反应器COD、BOD5和TN等污染物出水到加装好氧生化三相分离器削减此类污染物的提升效果，以保证园区污水厂稳定开放排水管路，保障企业日常的持续稳定生产。原工艺与改造工艺各个阶段排放出水比较见表2。

表2 原工艺与改造工艺各个阶段排放出水比较

由表2可以看出，将原好氧生物接触氧化法改造成加装好氧生化三相分离器后，其主要超标排放COD、BOD5和TN污染物合格率从原73%、85%和69%上升至97%以上，且排放浓度稳定在（280±80） mg/L、（80±30） mg/L和（6.6±4.9） mg/L，基本满足该企业所在园区污水厂纳管的300 mg/L、100 mg/L和8.0 mg/L要求。

结合图2（a）中的装好氧生化三相分离器运行过程可知，蜜饯废水经过原混合好氧生化（该区段内溶解氧DO =（4.7±1.2） mg/L），后即进入好氧生化推流阶段（该区段内溶解氧DO =（3.6±0.8） mg/L），在该阶段内因没有曝气切割扰动，反应池中活性污泥开始凝聚沉淀，此过程在水流流场力作用下导致初期凝聚的絮状污泥相互干扰和缠绕，进而形成小密度且介于絮状和颗粒状的活性污泥，且此貌态的活性污泥密度相较于废水密度稍大，因此加速了污泥下沉速率，进而加大了与其他污泥/污染物碰撞概率和冲击力，对原废水形成加速强化的卷扫和捕集，促使小颗粒或胶体态的COD和BOD5等污染物的高效去除[10,13]。此外，后续的好氧生化三相分离器中的污泥截留区内（无曝气切割扰动）亦发生好氧生化过滤过程，该区域内溶解氧DO = （2.3±0.3） mg/L，且该区域内污泥相互挤压和压缩，使得原絮状—颗粒状活性污泥体积进一步缩减，造成在活性污泥体的微环境内形成“厌氧/缺氧（中心）—好氧（边缘）”，进而引发好氧条件下的同步消化反硝化（SND）反应，在降低废水NH3-N污染物的同时进一步削减TN[10,12,14]，使其符合污水排放纳管要求。且因污泥压缩，导致污泥间隙通道缩窄，当废水流经这些间隙通道时，因通路弯绕曲折，使得废水形成间隙层流，实际则延长了废水与活性污泥接触时间[14-15]，因而有效去除废水中COD、BOD5和TN等污染物[12,16]。最终废水经过清水缓冲区沉淀活性污泥后，由出水堰完成出水，使水质达标排放。

2.2 工艺处理出水水质稳定性分析

作为一套水处理系统，既需要有能削减企业生产废水中污染物并使其达标排放的能力，同时也需要该处理系统长期且稳定运行，以减轻企业废水处理的环保压力，切实保障企业生产的稳定的持续性和增长效益[8]。因此，需要分析比较原工艺处理技术与改造后工艺技术（以年为单位，即365 d），以说明改造后系统的稳定性和有效性，为企业直接管理者和高层决策提供相应的数据和技术依据。改造工艺年进水和出水的COD、BOD5和TN如图4所示。

图4 改造工艺年进水和出水的COD、BOD5系统和TN

加装好氧生化三相分离器后，在全年运行状态下出水水质相对稳定，全年COD、BOD5和TN不合格天数分别为10 d（合格率97%）、3 d（合格率99%）和3 d（合格率99%），相较于原工艺不合格天数99 d（合格率73%）、55 d（合格率85%）和133 d（合格率69%）有着大幅度提升，且不合格天数主要集中在前150 d（即主要集中在加装运行好氧生化三相分离器的平衡和驯化期内）。当运行时间大于150 d后，工艺中治理运行出水基本稳定，出水水质达到该园区污水厂纳管要求（见表2）。此外，自2019年11月项目改造完成以来，该园区污水处理厂尚未发生对该企业执行限流和断管线的处罚性操作，这保障了该企业蜜饯的稳定生产。

2.3 工艺改造投资和运行成本分析

合理且具备优势的工艺，可以大幅提升处理出水的水质，但可能产生改造建设费用或增加技术日常运营和维护费用[5,7]。因此，需在完成水质达标要求的前提下，分析好氧生化三相分离器改造后工艺基建投资和常规运维成本，为该企业成本核算和发展效益进行报备，为高层和管理人员的决策和评估提供财务方面的支撑。原工艺与改造工艺新增基建和运维成本比较分析见表3。

表3 原工艺与改造工艺新增基建和运维成本比较分析

根据如图2和表3所示的工艺流程改造和设备设施新增情况分析，与原工艺相比，改造工艺省去了生物接触氧化池中填料更换费用和人员成本。直接设置成三相分离器，可有效减少因污泥回流而造成多余电耗和管理费用，因此直接减少了好氧池运行费用。同时，因三相分离器存在清液缓冲和清水出水堰，因此大幅降低了好氧池出水SS浓度，直接降低了二沉池过滤负荷，因而延长了二沉池反冲洗周期，从而减少了二沉池运行费用。经投资回收时间计算（按50 t/d计算）可知，419 d（约13.9个月）即可实现基建投资回收，自2019年10月上旬起算，至2020年12月理论上可以完成投资回收，实际情况为截至2021年1月中旬（14.5月）已回收完成4.431 7万元，实际情况与理论计算基本相符。

3 结论

1）改造成加装好氧生化三相分离器后，排放COD、BOD5和TN从（300 ± 30） mg/L、（90 ± 10） mg/L和（7.5 ± 1.8） mg/L降低至（280 ± 80） mg/L、（80 ± 30） mg/L和（6.6 ± 4.9） mg/L，排放合格率从原73%、85%和69%上升至97%以上。

2）加装好氧生化三相分离器在全年运行状态下出水COD、BOD5和TN不合格天数分别为10 d（合格率97%）、3 d（合格率99%）和3 d（合格率99%），相较于原工艺不合格天数有着大幅度减少。

3）与原工艺相比，经计算三相分离器419 d（13.9个月）可实现基建投资回收，实际为14.5个月完成装置投资回收。