降低植物油廠廢水處理過程中污泥產(chǎn)率的措施與應(yīng)用
行業(yè)動態(tài)
我國油脂企業(yè)面臨的環(huán)保問題主要集中在“三廢”治理上，即廢水、廢氣、固體廢棄物的處理。廢水作為主要污染源之一，處理難度較大，投入成本也相對較高。按照廢水排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，廢水的處理主要針對CODcr、氨氮、總磷和總氮等指標(biāo)，常規(guī)的處理方法有物化處理方法（如隔油破乳、混凝沉淀、氣浮法等）和生化處理方法（如活性污泥法、生物接觸氧化法、水解酸化法等）。排放要求較高的有深度處理工藝，如強化除磷、膜過濾和離子交換等工藝。在上述廢水處理的每一個工藝環(huán)節(jié)中均或多或少產(chǎn)生固體廢棄物——污泥。隨著環(huán)保要求越來越嚴(yán)格，固體廢棄物的管控力度逐漸加大，其處理成本逐漸升高，目前油脂工廠廢水處理產(chǎn)生的污泥處理費用多在300～800元/t，有的甚至更高。污泥處理費用占整個廢水處理成本的比例越來越高，這無疑增加了企業(yè)環(huán)保的投入。
現(xiàn)階段大多油脂企業(yè)聚焦于廢水處理工藝的研究和改善，對廢水處理過程中污泥產(chǎn)率的研究較少，現(xiàn)有的污泥處理工藝主要集中在末端的壓濾，同時對處理成本的關(guān)注較少，但隨著固廢相關(guān)管理條例的出臺，對企業(yè)的管理要求相對提高。因此，如何降低廢水處理過程中污泥產(chǎn)率的問題顯得尤為重要。本文主要論述植物油廠廢水處理過程中污泥產(chǎn)生來源和如何降低其產(chǎn)率，以期為植物油廠廢水處理提供參考。
1 植物油廠廢水處理過程中污泥產(chǎn)生來源
1.1 廢水處理工藝
植物油廠廢水主要分為含油廢水和其他廢水，其中：含油廢水主要是油脂精煉過程中產(chǎn)生的，其磷濃度高，含油、含皂，處理難度大，產(chǎn)生污泥量多。其他廢水主要是油料壓榨、浸出過程中產(chǎn)生的，相對處理難度較小。油脂壓榨廢水主要特征為高溫、高氨氮、量大；油脂精煉廢水主要特征為高含油、含皂、含磷，同時還具有一定溫度，廢水量相比壓榨的稍少。
不同的廢水處理工段需添加不同種類的藥劑，會產(chǎn)生不同形態(tài)的固廢。與壓榨廢水處理工藝相比，精煉廢水處理工藝增加了隔油破乳工段，對于廢水排放標(biāo)準(zhǔn)要求較嚴(yán)格的則要進(jìn)行強化除磷。根據(jù)植物油廠廢水處理工藝，可分析廢水處理過程中污泥產(chǎn)生的來源。
1.2 污泥產(chǎn)生來源
1.2.1 隔油破乳系統(tǒng)產(chǎn)泥
油脂精煉廢水含有較多油、皂，通常采用硫酸破乳，浮油長時間積聚變硬，較早的做法為人工打撈浮油，有的則是反溶后進(jìn)入下一步工序，這將導(dǎo)致后續(xù)處理負(fù)荷增大，需要更多的藥劑和能耗；隔油破乳系統(tǒng)長時間運行后設(shè)備內(nèi)部也將產(chǎn)生污泥，通常由破乳系統(tǒng)增加的污泥量較少，且污泥無機(jī)質(zhì)含量較高，較易壓濾，但如果破乳、隔油不徹底會導(dǎo)致過多的乳化油進(jìn)入下一道工序，經(jīng)混凝沉淀后的污泥含油量增加，難以壓濾，泥餅含水率增高，將導(dǎo)致大量的污泥產(chǎn)生。
1.2.2 混凝沉淀和氣浮產(chǎn)泥
油脂精煉廢水通常含磷較高，以前較多的廢水處理工藝沒有破乳系統(tǒng)，而是直接在精煉廢水中添加混凝劑PAC、絮凝劑PAM和協(xié)同除磷劑Ca（OH）2除磷，藥劑之間的相互作用使得磷和藥劑之間形成絮體。藥劑使用量較大時，廢水中的油脂在藥劑的作用下形成密度較大的膠體轉(zhuǎn)變成污泥，在初沉池中進(jìn)行泥水分離、沉淀壓縮，然后通過排泥系統(tǒng)進(jìn)入污泥濃縮池進(jìn)行污泥濃縮，整個過程伴隨著藥劑與磷的反應(yīng)，其反應(yīng)效率影響藥劑的添加量和磷的去除率；而密度較小的膠體則隨水流進(jìn)入下一步氣浮，通過溶氣系統(tǒng)溶解在水中氣泡的減壓釋放，攜帶至設(shè)備表面，通過刮渣設(shè)備收集至污泥池中。在氣浮過程中，同樣添加少量的混凝劑PAC和絮凝劑PAM，密度較大的顆粒、膠體則沉淀至氣浮池底部，氣浮池底部的污泥有機(jī)質(zhì)含量較低，無機(jī)質(zhì)含量較高，容易壓濾，壓濾后的污泥含水率較低。刮渣過程產(chǎn)生的污泥較多，含油率較高，不易壓濾脫水，含水率較高，是油廠廢水處理過程中污泥產(chǎn)生的主要來源。
1.2.3 生化反應(yīng)產(chǎn)泥
在植物油廠廢水處理工藝中生活反應(yīng)工藝通常較多采用生物接觸氧化法或活性污泥法，實際根據(jù)廢水排放要求選用，通常對出水含磷有較高要求的采用活性污泥法，對出水沒有含磷要求或含磷要求不高的則通常采用生物接觸氧化法。
生物接觸氧化法主要依靠向安裝在設(shè)備設(shè)施內(nèi)部的填料接種馴化微生物，微生物附著在填料的表面，隨著時間的推移形成越來越厚的生物膜，生物膜的微生物種類也從生物膜的內(nèi)表面至外表面形成厭氧菌、兼氧菌和好氧菌，形成較為穩(wěn)定的菌落環(huán)境，對營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行分解。附著在填料上的生物膜，微生物成分復(fù)雜，污泥齡相對較長，依靠曝氣和水流的沖刷力使生物膜脫落、更新，隨出水流入沉淀系統(tǒng)分離。與活性污泥法不同之處在于同樣的好氧系統(tǒng)中，生物接觸氧化法存在著較為復(fù)雜的3種菌群協(xié)同處理廢水中的污染物。生物接觸氧化法尤其適合低負(fù)荷水質(zhì)，污染物濃度較低時，活性污泥法難以形成大量的懸浮污泥，從而影響處理效果，而采用生物接觸氧化法，則可通過增加設(shè)備設(shè)施內(nèi)部填料，快速形成較多的生物膜，從而縮短生化反應(yīng)啟動時間，改善出水水質(zhì)，使出水指標(biāo)更好。生物接觸氧化法由于污泥齡相對較長，產(chǎn)生的活性污泥老化程度較高，因此產(chǎn)生的剩余污泥量較少，且污泥無機(jī)質(zhì)含量相對較高，更容易壓濾，壓濾后的泥餅含水率較低，因此污泥產(chǎn)量也較低。
活性污泥法在廢水生物處理方法中是普遍使用的方法，具有處理效率高、脫氮除磷能力強、運行維護(hù)方便等優(yōu)點?；钚晕勰喾ㄍǔ＿x用的工藝有AAO工藝、奧貝爾氧化溝工藝和SBR工藝等。其中：AAO工藝具有較高的脫氮除磷效率，對進(jìn)水水質(zhì)的適應(yīng)能力較強，適合低中高負(fù)荷水質(zhì)，調(diào)控靈活方便，易管控；奧貝爾氧化溝工藝要求較長的停留時間和較低的BOD負(fù)荷，出水指標(biāo)較低，另外該工藝具有完全混合活性污泥法的優(yōu)點，有較強的抗沖擊能力等特點；SBR工藝處理流程較短，控制靈活，適合工業(yè)廢水的間斷運行，系統(tǒng)整體構(gòu)筑物較簡單，布置緊湊，節(jié)省投資，可適應(yīng)中高負(fù)荷水質(zhì)。
活性污泥法工藝需要污泥回流和循環(huán)液回流，具有較高的CODcr去除率，同時兼具脫氮除磷功能，總磷以剩余污泥的形式排出?；钚晕勰喾ㄝ^為適合高負(fù)荷生化反應(yīng)，污泥齡較短，剩余污泥的老化程度較低，因此產(chǎn)生的剩余污泥量比生物接觸氧化法稍多，污泥有機(jī)質(zhì)含量較高，同樣壓濾后的泥餅含水率液較高。生物接觸氧化法污泥較易脫水、產(chǎn)量少。
下表是活性污泥法（脫氮、除磷）和生物接觸氧化法在污泥量、污泥齡等方面的對比。
工藝類型 | 污泥量 | 污泥齡（d） | 有機(jī)質(zhì)含量 |
活性污泥法-脫氮 | 一般 | 10～23 | 一般 |
活性污泥法-除磷 | 較多 | 5～10 | 較高 |
生物接觸氧化法 | 較少 | 較長 | 較低 |
由上表可見，在不同工藝下，生化反應(yīng)產(chǎn)泥率不同。
1.2.4 強化除磷和深度處理產(chǎn)泥
當(dāng)出水總磷要求較高時，依靠前端物理化學(xué)處理和生化反應(yīng)除磷較難達(dá)標(biāo)排放，后續(xù)需輔助強化除磷設(shè)施，通常采用混凝沉淀化學(xué)法除磷，與前端混凝沉淀一樣會產(chǎn)泥。當(dāng)要求出水回用時，則需增加深度處理工藝，該深度處理工藝廢水懸浮物含量較小，產(chǎn)生的污泥量極少，同時污泥脫水性能較好，幾乎不影響整個系統(tǒng)的產(chǎn)泥率。
綜上，植物油廠廢水處理過程中污泥來源主要有混凝沉淀+氣浮和生化反應(yīng)，其中在混凝沉淀過程中需要去除大量的污染物磷，因此需投加大量的藥劑，產(chǎn)生的污泥量大且不易脫水。因此，提出出水水質(zhì)的不同要求，有針對性地選擇合適的廢水處理物化和生化工藝，優(yōu)化每個工段的設(shè)備設(shè)施，對降低整個系統(tǒng)污泥的產(chǎn)率尤為重要。
2 降低植物油廠廢水處理過程中污泥產(chǎn)率的措施
2.1 優(yōu)選破乳劑，回收廢水中的油和皂類物質(zhì)
油脂精煉廢水含有較多的油、皂，回收廢水中的有機(jī)皂類對降低后續(xù)污泥產(chǎn)率至關(guān)重要，同時回收的皂類物質(zhì)還可以變廢為寶再利用。工業(yè)上通常選用硫酸進(jìn)行破乳除皂，硫酸破乳除皂具有以下缺點：
（1）硫酸屬于?；?，在經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)地區(qū)采購較為困難，同樣在添加時有一定的安全隱患，加大了企業(yè)安全生產(chǎn)管理的難度。
（2）引入了硫酸根，會消耗后續(xù)添加的除磷用鈣離子，藥劑之間相互作用，相互消耗，降低了藥劑的處理效率，增加了藥劑投加量和污泥產(chǎn)量。
（3）硫酸的酸性較強，破乳后的浮油流動性較差、黏度較高，不易收集和輸送?？紤]上述缺點，選用硫酸破乳不易降低污泥產(chǎn)率，同時存在安全生產(chǎn)隱患，因此選擇新型破乳劑勢在必行。
結(jié)合生產(chǎn)實際情況，新型破乳劑需具備以下特點：
（1）具有較高的酸度，同時可規(guī)避?；饭芾淼囊螅磒H不能小于2。
（2）具有除磷功能，同時不與后續(xù)添加的除磷劑鈣鹽相互反應(yīng)，具有混凝沉淀的功能。
（3）不影響破乳后皂類物質(zhì)的經(jīng)濟(jì)性能，能夠使其具有較好的流動性，便于輸送、儲存。
（4）不含有磷酸根和其他有機(jī)酸，因為硫酸根與后續(xù)添加的除磷劑鈣鹽相互反應(yīng)，而磷酸根和有機(jī)酸則增加后續(xù)生化處理的難度。因此，該新型破乳劑只能是經(jīng)鹽酸調(diào)配而成，同時引入在中心條件下具有混凝沉淀功能的三價鐵離子，結(jié)合市場情況新型破乳劑選用酸性聚合氯化鐵較為合適。
酸性聚合氯化鐵中的鹽酸和乳化的皂類物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，以強酸置換弱酸的原理，能夠較容易地置換出皂類物質(zhì)中的脂肪酸類物質(zhì)，該脂肪酸類物質(zhì)不溶于水，密度比水小，因此浮于廢水表面。酸性聚合氯化鐵中的鐵鹽則溶于廢水中，經(jīng)后續(xù)加堿和石灰調(diào)節(jié)pH至中性后，可發(fā)生水解反應(yīng)形成膠體，同時與廢水中的磷酸根反應(yīng)生成難溶物質(zhì)，在膠體的作用下產(chǎn)生混凝沉淀，通過初沉池進(jìn)行泥水分離，達(dá)到除磷的目的。
下表為新型破乳劑酸性聚合氯化鐵與硫酸進(jìn)行破乳時的優(yōu)缺點比較。
破乳劑 | 破乳效果 | 除磷效果 | 皂類產(chǎn)量 |
酸性聚合氯化鐵 | 接近100% | 約60% | 約2.75kg/m3（以廢水計） |
硫酸 | 約95% | 無 | 忽略不計 |
由上表可見：新型破乳劑酸性聚合氯化鐵破乳徹底，使得水化磷脂變成非水化磷脂被分離出系統(tǒng)（形成了廢油皂），減少了沉淀的污泥量，產(chǎn)生的廢油皂量大，較易集中收集；非水化磷脂含有大量的磷，起到除磷的作用，同時藥劑中的鐵離子具有混凝除磷功能，減少了后續(xù)除磷劑的添加量，進(jìn)而降低了產(chǎn)生的污泥量；回收的油皂類物質(zhì)則能變廢為寶進(jìn)行銷售，能夠產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益。
2.2 優(yōu)化藥劑添加種類和配比
隔油破乳后精煉廢水中不溶性有機(jī)懸浮物的含量降低，但仍含有較高的磷，少量的有機(jī)懸浮物將影響后續(xù)處理工藝，增加生化工段處理的難度，降低生化處理效率。較高含量的磷增加了生化除磷及后續(xù)除磷的難度，受生化除磷能力的限制，較高含磷廢水進(jìn)入生化工段后，污染物中碳、氮、磷含量不成比例，導(dǎo)致污泥生長受到影響，常見的現(xiàn)象有污泥沉降緩慢、生長過快等；生化工段出水含磷將超過控制標(biāo)準(zhǔn)，需在后續(xù)工段中強化除磷，如：需增加混凝沉淀工序，增加了藥劑的使用量，即使如此仍然存在水質(zhì)超標(biāo)的風(fēng)險。因此，在隔油破乳后仍需添加混凝劑PAC、絮凝劑PAM和除磷劑Ca（OH）2，預(yù)先將過多的懸浮物和總磷去除。此時添加的藥劑受溶解性懸浮物的影響較小，主要作用是除磷。常規(guī)的除磷劑通常是使用生石灰，而生石灰的主要成分是CaO，使用生石灰時有兩個作用：
（1）生石灰與水反應(yīng)生成堿性熟石灰，提供鈣離子結(jié)合磷酸鹽生成難溶物質(zhì)，此過程主要作用是除磷。
（2）生石灰與水反應(yīng)生成堿性熟石灰，提供堿性基團(tuán)氫氧根用于中和隔油破乳后廢水的酸性，使得pH為7.5左右，為混凝劑PAC、絮凝劑PAM的反應(yīng)提供較為適合的中性環(huán)境，此過程主要作用是調(diào)節(jié)pH。
在廢水磷含量一定的條件下，使用足夠量的生石灰除磷時，除磷效果取決于廢水中的pH，因此在使用生石灰除磷時，通過實驗確定用以滿足除磷的反應(yīng)所需要的生石灰添加量之后，用強堿代替生石灰調(diào)節(jié)pH，則效果更好、調(diào)節(jié)速度更快，同時能夠降低生石灰的使用量，減少因投加生石灰而產(chǎn)生的污泥量?？紤]經(jīng)濟(jì)性，代替生石灰調(diào)節(jié)pH較適合的強堿為片堿或液堿，所以選用一部分液堿代替生石灰調(diào)節(jié)pH。因此，優(yōu)化藥劑添加種類和配比能夠顯著提高藥劑的利用率，有效減少污泥的產(chǎn)生量。
2.3 選用合適的生化處理工藝
廢水處理工藝對于污泥產(chǎn)生量有重要影響。在前面生化反應(yīng)的兩種工藝即活性污泥法和生物接觸氧化法對比時，發(fā)現(xiàn)兩種工藝產(chǎn)生的污泥量是不同的。因此，針對不同的進(jìn)水水質(zhì)和排放標(biāo)準(zhǔn)選用合適生化處理工藝，對降低污泥的產(chǎn)率有較大的幫助。
2.4 提高污泥壓濾設(shè)備的壓力，降低含水率
污泥壓濾關(guān)乎著壓濾后泥餅的含水率，而含水率決定著產(chǎn)出的污泥量。壓濾設(shè)備的壓力較低時，不能有效擠壓出污泥中的水分，則會導(dǎo)致泥餅含水率較高，污泥產(chǎn)量較大；反之，壓濾設(shè)備的壓力較高時，能夠有效擠壓出污泥中的水分，使得泥餅含水率較低，從而有效降低污泥的產(chǎn)率。因此，選用合適的污泥壓濾設(shè)備能夠有效降低污泥含水率，直接降低污泥的產(chǎn)率。目前污泥壓濾設(shè)備使用較多的有疊螺機(jī)、帶式壓濾機(jī)和隔膜板框式壓濾機(jī)，在不同的運行工況下各有優(yōu)點：污泥有機(jī)質(zhì)含量較低時可優(yōu)先考慮采用程控式隔膜壓濾機(jī)（板框式壓濾機(jī)的一種），其具有二次加壓功能，再根據(jù)不同工況條件選用不同透氣量和不同型號的濾布，能夠使泥餅含水率降低至60%左右，遠(yuǎn)低于疊螺機(jī)和帶式壓濾機(jī)泥餅含水率，可大大減少污泥的產(chǎn)生量。下表是疊螺機(jī)、帶式壓濾機(jī)、隔膜板框式壓濾機(jī)在泥餅含水率、脫水形式、壓力大小方面的對比。
設(shè)備類型 | 泥餅含水率（%） | 脫水形式 | 壓力大小 |
疊螺機(jī) | 85～90 | 離心脫水 | 較小 |
帶式壓濾機(jī) | 80～90 | 擠壓脫水 | 一般 |
隔膜板框式壓濾機(jī) | 60～80 | 油壓+水壓/氣壓 | 較高 |
通過上述分析可知，廢水處理系統(tǒng)污泥的產(chǎn)生來源于整個廢水處理環(huán)節(jié)，充分發(fā)揮每一個處理環(huán)節(jié)的作用、提高藥劑的利用率、選擇合適的生化處理工藝和污泥壓濾設(shè)備，可以有效降低廢水處理系統(tǒng)污泥產(chǎn)生量。
3 應(yīng)用實例
以某糧油工業(yè)廢水項目為例，其廢水站設(shè)計處理能力1500m3/d，油脂精煉廢水含皂量超過3000mg/L，選用酸性聚合氯化鐵為破乳劑，添加常規(guī)藥劑如混凝劑PAC、絮凝劑PAM和除磷劑，用部分液堿代替除磷劑Ca（OH）2調(diào)節(jié)pH，污泥壓濾設(shè)備選用程控式隔膜壓濾機(jī)。優(yōu)化工藝前（破乳劑為硫酸，未用液堿調(diào)節(jié)pH，選用帶式壓濾機(jī)或疊螺機(jī)等壓濾污泥），由于產(chǎn)生的能夠回收的皂類物質(zhì)較少，并未進(jìn)行統(tǒng)計。
下表為該廢水項目與行業(yè)平均水平的進(jìn)、出水效果與執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)，混凝劑PAC、絮凝劑PAM和除磷劑用量，污泥含水率、污泥產(chǎn)率等的對比。
項目 | 項目指標(biāo) | 行業(yè)指標(biāo) |
進(jìn)水CODcr（mg/L） | ≈14500 | 10000～15000 |
進(jìn)水總磷（mg/L） | ≈145 | 80～150 |
出水CODcr（mg/L） | 30 | 50 |
出水總磷（mg/L） | 0.3 | 0.5 |
PAC單耗（mg/L） | 109 | 200 |
PAM單耗（mg/L） | 8.5 | 15 |
除磷劑單耗（mg/L） | 465 | 550 |
污泥產(chǎn)率（kg/m3） | 2.95 | 5.5 |
污泥含水率（%） | 60 | 75 |
由上表可見：該廢水站進(jìn)水水質(zhì)與行業(yè)平均進(jìn)水水質(zhì)相似，排放標(biāo)準(zhǔn)高于行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)，出水水質(zhì)由于排放標(biāo)準(zhǔn)；該項目使用的常規(guī)藥劑量明顯低于行業(yè)平均水平，污泥含水率和污泥產(chǎn)率明顯低于行業(yè)平均水平，說明采取上述降低污泥量的措施可以有效降低植物油加工行業(yè)廢水處理過程中的污泥產(chǎn)率。
下表是選用新型破乳劑后2017～2019年度回收皂類物質(zhì)的量和污泥產(chǎn)率統(tǒng)計。
年份 | 皂類物質(zhì)回收量（t） | 污泥產(chǎn)率（kg/m3） |
2017 | 220 | 2.75 |
2018 | 550 | 2.65 |
2019 | 850 | 2.62 |
注：污泥產(chǎn)率以廢水量計。
由上表可見，采用優(yōu)化措施，回收了皂類物質(zhì)，這有助于增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。
4 結(jié)語
植物油廠廢水處理過程中會產(chǎn)生大量的污泥。隨著我國環(huán)保要求越來越嚴(yán)格，固體廢棄物的管控力度加大，植物油廠污泥處理成本也逐漸增高。根據(jù)植物油廢水水質(zhì)和排放標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化廢水處理過程中每隔產(chǎn)泥工段來降低污泥產(chǎn)率至關(guān)重要。實踐表明，通過優(yōu)選破乳劑，降低加藥量，選擇合適的生化處理工藝和污泥壓濾設(shè)備等措施，可有效降低植物油廠污泥產(chǎn)率。
