一. 概述

以大豆為原料的植物蛋白生產線，每天要排放大量生產工藝廢水，此類廢水色度高、酸性強、污染物濃度大、懸浮物多，屬有害、高濃度有機廢水，直接排放將對生態環境造成極大污染和嚴重破環。

本設計方案以處理后出水實現達標排放為最終原則，采用技術領先，成熟可靠的處理方案；選擇經濟合理的處理工藝減少投資成本；采用操作簡便的運行方式降低運行成本；堅持穩妥可靠與節省投資相結合。

二. 設計依據、內容和范圍

2.1 設計依據

⑴. 業主提供的大豆蛋白廢水的水質和水量說明；

⑵. 污水綜合排放標準（GB8978—1996）；

⑶. 水處理設備技術條件（JB/t2932—1999）；

⑷. 工業與民用供電系統設計規范（GB50052—92）。

三. 廢水的處理要求

設計廢水水質

根據業主提供數據，原水綜合水質情況如下表；

CODcr（mg/L）	BOD5（mg/L）	SS（mg/L）	水溫（°C）	pH
20000	8500	12000	40～60	4～4.5

設計出水水質

工程調試結束后，要求出水水質達到污水一級排放標準：

CODcr（mg/L）	BOD5（mg/L）	SS（mg/L）	水溫（°C）	pH
100	30	70		6～9

四. 選擇廢水處理方案的分析

在制取大豆分離蛋白時經堿溶酸沉，離心分離蛋白凝乳后產生的大豆乳清廢液中還含有乳清蛋白、低聚糖、有機酸和無機酸的鹽類；現廢水中有機物含量為20g/L，固體懸浮物為12g/L，生產工藝中加入大量酸堿，廢水中溶解鹽類含量高，該類廢水的處理普遍采用生物處理方法，通常先采用既適用于高濃度有機廢水，又適用于對好氧生物處理方法難以降解的固體有機物的厭氧生物處理；由于廢水中原始有機物含量高，厭氧出水中的有機物仍不能達到排放要求，需再進行好氧生物處理；好氧出水再經二沉、氣浮除濁和生物碳吸附過濾進行深度處理后實現達標排放。

因原水中的高懸浮物和低pH會影響厭氧生物處理的正常進行，需對原水進行降低懸浮物，水解酸化和提高pH值的預處理措施。

厭氧生物處理采用三級升流式厭氧污泥床反應器(UASB)串聯，其特點是：反應器內污泥濃度高，有機負荷高，水力停留時間短，無需裝填載體；沉淀區設置三相分離器，在其作用下分離的污泥能自動回流到反應區，無需污泥回流設備；運行正常后，在進水和產生沼氣作用下能對反應器內污泥和廢水進行攪拌，不要機械攪拌裝置。

蛋白是含氮有機物，大豆蛋白乳清廢水經厭氧處理后出水中有機氮、氨氮含量高，采用二級A/O法(前置式反硝化生物脫氮)缺氧—好氧生物處理串聯工藝是目前應用廣泛和最有前途的脫氮處理方法，其特點是：廢水C/N較高(＞4)時，不需外加碳源，而是以前級厭氧出水中的有機物為碳源，保證充分反硝化，降低運行費用；缺氧池在好氧池前，由于反硝化消耗了一部分碳源有機物，可減輕好氧池的有機負荷，也可起到生物選擇器的作用，有利于控制污泥膨脹，同時反硝化過程產生的堿度可以補償部分硝化過程對堿度的消耗；好氧池設在缺氧池后，可使反硝化殘留的有機物得到進一步去除，提高出水水質；廢水在低污泥負荷、長泥齡條件下運行，處理系統的剩余污泥量少，穩定性較好。

剩余污泥可以送至末級UASB反應器中進行消化處理，能減少好氧處理所需的污泥處置費用，也可使操作管理簡化。

五. 廢水處理流程

5.1 處理工藝方框流程

5.2 流程說明

5.2.1預處理

由于pH值相當低，在進入處理系統前需調節廢水的pH值，使之達到后級厭氧細菌生物處理所需的中性pH值；加入的堿中和劑(Na2CO3)通過管式靜態混合器與廢水混合，加堿量由在線pH控制器自動控制堿液計量泵的投加流量，加入的堿中和劑還可以部分地去除廢水中的硫酸根離子；調整pH后的廢水經沉淀后進入調節池，調節池可取代初沉池，有較高的懸浮物去除率；兼有預酸化作用，利用水解和產酸菌反應，將不溶性有機物水解成溶解性有機物、大分子物質分解成小分子物質；能進一步防止固體顆粒物進入厭氧生物反應器，同時防止在后級厭氧生物反應器中產生對甲烷菌有抑制作用的硫酸鹽。

5.2.2 厭氧處理

采用三級UASB厭氧處理。UASB反應器是種懸浮生長型的消化囂，由反應區、沉淀區和氣室三部分組成；反應器內部結構主要包括三相分離器和布水系統。厭氧生物處理是一個復雜的微生物化學過程，依靠三大主要類群的細菌(水解產酸細菌、產氫產乙酸細菌和產甲烷細菌)的聯合作用完成。UASB反應器中的污泥，絕大部分是甲烷化細菌，能將廢水中90%以上的有機物轉化為由甲烷(CH4)、二氧化碳(CO2)、氨(NH3)、硫化氫(H2S)混合組成的沼氣，其含量分別約為55%～73%、25%～35%、1%～2%、0.5%～1.5% 。

調節池出水經耐腐蝕料漿泵增壓，通過換熱（調試時使用，正常運行時廢水不需加熱）加熱后進入第一級高溫（55°C）UASB反應器；一級厭氧出水經沉淀池Ⅱ沉淀后泵入二級中溫(35°C) UASB反應器；二級厭氧出水經沉淀池Ⅲ沉淀后泵入三級中溫(35°C) UASB反應器；廢水經一級高溫和二級中溫共三級厭氧處理后出水COD可降至2000mg/L以下。

厭氧產生的沼氣經氣水分離、脫硫、脫水后送至沼氣貯罐，收集的沼氣可以代替燃煤進入鍋爐燃燒，節省部分能源；多余沼氣應導至安全地區經放空火炬燃燒。

按每天還原9噸COD計，大約產沼氣6600m3(其中甲烷氣約3600m3)，相當于6.6噸20000KJ/Kg燃煤或4620L汽油或3.66×104 kW?h(3.66萬度)電能的熱量。

三級厭氧出水自流進入缺氧—好氧系統。

5.2.3 缺氧—好氧處理

采用二級A/O串聯高效同步生物脫氮除磷技術，即Bardenpho(巴登福)工藝，將一級好氧反應器含硝態氮的污水經內循環回流至前級缺氧段進行反硝化，后級二沉池含磷污泥回流至缺氧段，強化磷的釋放，保證在好氧條件下有更強的硝化和吸磷能力，提高脫氮除磷效果，脫氮除磷率＞90%；其生物過程包括含碳有機物的氧化、氨氮的硝化和硝態氮的反硝化，即碳化—硝化—反硝化過程；形式采用懸卦填料的附著生長預缺氧脫氮生物膜反應器。

廢水在缺氧池內停留，使厭氧出水中有機物的理化性質得到改善，適合好氧生物代謝條件；二級A/O工藝串聯脫氮效果好，回流污泥中挾帶的硝酸鹽很少，對除磷效果影響小。

二級好氧出水再經好氧曝氣，目的是起到延時曝氣作用，減少剩余污泥，提高沖擊負荷適應能力，穩定出水水質。

好氧處理出水經二沉池后，COD應降至200mg/L以下。

5.2.4 物化—生化處理

二沉池出水進入混凝氣浮裝置，廢水經投藥混合反應，對二沉池出水中的剩余活性污泥，生物降解困難的大分子有機物，投加聚凝劑后能形成絮狀顆粒，利用在水中引入大量高度分散的微小氣泡作為載體去黏附水中的污染物，使其密度小于水而上浮，實現固液分離。浮渣由括渣機定期刮出；清水室中30%的水量由溶氣泵增壓后經溶氣罐與壓縮空氣接觸，制備溶氣水后回流至氣浮池；70%的水量由提升泵輸往后級處理。氣浮具有表面負荷高、停留時間短、占地少，泥渣含水率低、污泥體積少、不易腐化等特點。

氣浮出水中有機物含量仍高于排放標準，采用新穎的HOK生物處理工藝，能夠提高生物降解能力，更好地去除NB－CODCr和有機化合鹵素(AOX)以及廢水色度。

新型生物膜法HOK反應器是在固定床內裝填用平爐工藝生產的褐煤焦炭，焦炭顆粒具有循環的吸附和解析功能，可以使用多年而無需更換，只要定期加以反洗便可重復使用。HOK反應器除具有常見濾池的機械物理凈化功能外，還具有相當高的生物降解能力。平爐褐煤焦炭作為細過慮器，能阻止未分解物質直接排出；作為吸附劑，可以吸附一些已分解的小分子物質和有毒物質；作為微生物的載體，可以使好氧菌、兼氧菌和厭氧菌共生，有利于世代時間長的微生物，更有效地進行細菌接種，有利去除特定目標污染物。

HOK處理技術具有物理、化學和生物的綜合分解效果，廢水經氣浮和生物炭深度處理后，出水可達標排放。

5.2.5 污泥處理

厭氧塔、曝氣池和二沉池中的活性污泥分別進入污泥濃縮罐，其中部分污泥由泵回流至缺氧池和UASB反應器進行消化處理；濃縮罐中剩余污泥和氣浮渣用帶式壓濾機脫水干化后，送至鍋爐燃燒或外運做肥料；UASB反應器中過剩的活性污泥半年或一年排放一次。

六. 環境保護和安全生產

由于廢水處理站是個污染源，沼氣是易燃易爆危險物品，處置不當會對周圍環境造成嚴重影響，設計方案中對環境保護、勞動保護、生產安全及消防采取以下措施。

⑴對有可能產生臭味的構筑物加蓋密封，處理站房設置排風扇，加強通風、防止有害氣體或異嗅在室內積聚。

⑵處理過程中只有合格水排出站外，經處理后的不合格水及運行中間過程產水（二沉池上清液、溢流、污泥脫水、沖洗水等）均回流至調節池重新處理。

⑶對泵、減速機、風機等動力裝置選用低噪音設備，強噪聲源采用消聲措施。

⑷對污水站產生的污泥作干化處理后與煤拌合焚燒或作肥料外運處置。

⑸ 對設備平臺的操作走道、地坑四周均設置保護欄桿。欄桿高度1.2m。

⑹ 對電氣設備的安裝、防護以及操作條件，按電器有關安全規定設計。

⑺ 對廢水站操作人員、管理人員進行安全教育、制訂操作規程和管理制度。

⑻ 在厭氧處理區域設置名顯嚴禁煙火標志；沼氣柜與建（構）筑物分離，在沼氣柜周圍一定區域內留出空地，滿足消防規范要求距離，站內道路寬度滿足消防車輛行駛要求。

七． 供配電及自動控制

本系統經調試正常投運后基本上能連續自動運行，廢水從提升進入運行的處理設施開始到出合格水能按設定的流程自動進行。只有少數運行工況的實施要工作人員通過手動切換和調節相應閥門的啟閉狀態來實現。如投配藥、溶藥、調整加藥量、清渣、排泥、污泥脫水等要工作人員在現場操作。

系統中分段設置液位、流量、壓力、pH值等儀表用于現場監測相關單元裝置的運行情況；調節池、加藥箱設置液位儀，有超限報警功能，并與相應水泵實現連鎖，以控制水泵的工作狀態。

系統裝機總功率264.885Kw，其中備用容量72.015Kw，間斷用電使用系數40％所有用電負荷均為380V和220V低壓用電負荷；處理系統以100%設計能力同時運行時，最大需要用電量為234.31Kw，其中連續用電量為192.87Kw，間斷用電量為41.44Kw。

根據國家標準《供配電系統設計規范》（GB50052-95）中關于負荷分級的規定，裝置所有負荷均為三級負荷。

處理系統中的大部分用電設備均為三相對稱的線性負荷，預計用電設備投運后產生的高次諧波最大允許值符合《電能質量公用電網諧波》（GB/T14549-93）的要求，不需要采取防止高次諧波污染電網的措施。