投藥氣浮UASBSBR工藝處理淀粉廢水.doc

投藥氣浮-UASB-SBR工藝處理淀粉廢水馬鈴薯生產(chǎn)淀粉過程中將產(chǎn)生大量的廢水，這些淀粉廢水有機物含量高,若不經(jīng)過處理直接排放，其水中所含有的有機物，進入水體后迅速消耗水中的溶解氧，造成水體缺氧而影響魚類和其他水生動物的生存，同時廢水中懸浮物易在厭氧條件下分解產(chǎn)生臭氣，惡化水質。由于我國淀粉生產(chǎn)工藝相對落后,資源的利用率較低,淀粉生產(chǎn)過程中大量的植物蛋白未加利用而隨生產(chǎn)廢水排放,不僅影響了環(huán)境衛(wèi)生,而且造成了巨大的浪費。在淀粉廢水處理過程中,如果能夠同時回收植物蛋白，做到廢水的資源化利用，將具有廣闊的應用前景。1.廢水水質、水量該淀粉廠廢水主要來源于生產(chǎn)過程中的工藝廢水（主要包括蛋白液、中間產(chǎn)品的洗滌水、各種設備的沖洗水等），廢水中有機物含量較高，CODcr含量為12000mg/L, BOD5 / CODcr =0.53,可生化性較好。廢水處理工程的設計規(guī)模1000m3/d，處理后水質要求達到污水綜合排放標準（GB89781996）一級排放標準，進水水質和排放標準見表1。表1 廢水的污染狀況及執(zhí)行的排放標準Tab1 Pollution Matter Content of Wastewater序 號污 染 物進水設計值排放標準1CODcr（mg/L）120001002BOD5（mg/L）6400303SS（mg/L）8001400604pH4.05.5692.廢水處理工藝流程2.1 處理工藝的確定馬鈴薯淀粉生產(chǎn)廢水本身含有機質多、濃度高且懸浮物含量大，廢水BOD5/CODcr=0.53,可生化性較好，同時在本工程中出水水質要求較高?？紤]到以上因素，工藝選用物理與生化處理相結合的方式。物理法通過藥劑投加、絮凝氣浮工藝主要去除懸浮物、膠體物質及部分有機物，同時回收植物蛋白飼料。針對廢水本身有機物濃度高的特點，生化處理采用厭氧-好氧相結合的處理工藝。具體處理工藝流程見圖.1。圖.1污水及污泥處理工藝流程Fig1 The process of treat waste water and sludge2.2 工藝設計說明原生產(chǎn)廢水經(jīng)機械格柵截留大塊飄浮物后，進入調節(jié)池均勻調節(jié)水質與水量，調節(jié)池設機械攪拌裝置，通過機械攪動使原水混合均質，阻止懸浮物沉淀，懸浮物隨水流入氣浮池。同時投加絮凝劑聚合氯化鋁（PAC）和聚丙烯酰胺（PAM），蛋白質為兩性電解質，其等電點約為pH4.05.5，淀粉廢水的pH值正好為蛋白質的等電點，因此淀粉廢水中的蛋白具有自動凝聚的趨勢，這種凝聚方式形成的絮粒很小，同時由于絮粒表面帶有相同電荷及水化層的影響，絮粒很不穩(wěn)定。加入無機高分子凝聚劑中和絮粒上的電荷，使絮粒易于靠近凝聚成較大的絮粒，加入有機高分子絮凝劑，可使絮粒之間通過吸附架橋作用形成較穩(wěn)定的大絮團；無機凝聚劑主要是依靠中和粒子的電荷凝聚成絮粒，有機絮凝劑則主要依靠吸附架橋作用使絮粒凝聚成絮團，先加無機凝聚劑中和電荷，然后再加有機絮凝劑生成絮團，兩者聯(lián)合使用絮凝效果較好，而且可大大降低絮凝劑的用量1-2。此工藝可回收淀粉廢水中的植物蛋白，同時廢水中CODcr以及SS都有顯著下降，減輕了后續(xù)處理工藝的負荷。氣浮池出水流入UASB厭氧反應器，由于淀粉廢水呈酸性，會使后續(xù)厭氧處理過程受到抑制，產(chǎn)甲烷菌不能承受低pH值的環(huán)境，UASB反應器運行的最佳pH值為6.87.23。因此，本工程采用出水回流的方法用出水堿度調節(jié)pH值，雖然進水pH值有波動，但并不影響反應器的正常運行。在產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌的作用下，將大部分的有機物分解為無機小分子物質和甲烷，剩余污泥進入污泥濃縮池，甲烷通過三向分離器收集凈化處理后可以作為能源供生產(chǎn)、生活使用，出水則流入預曝氣沉淀池。預曝沉淀池是厭氧處理單元和好氧處理單元之間的重要構筑物，其功能主要是去除厭氧出水的懸浮物和H2S等有害氣體，增加水中的溶解氧，為好氧處理創(chuàng)造有利的條件4。預曝沉淀池的出水自流進入SBR進行好氧生物處理，以進一步降解水中的有機物。調節(jié)沉淀池、UASB、預曝沉淀池、SBR等處理單元產(chǎn)生的污泥排入污泥濃縮池進行濃縮，提高污泥的含固率，使污泥含水率低于95。污泥經(jīng)濃縮后進入污泥脫水間進行機械脫水，產(chǎn)生的泥餅外運，污泥濃縮池上清夜及機械壓濾液回流至調節(jié)沉淀池再繼續(xù)處理。3.各主要構筑物介紹3.1 調節(jié)池此處調節(jié)池采用矩形對角線出水的均質調節(jié)池。該調節(jié)池的特點是出水槽沿對角線方向設置，廢水由左右兩側進入池后，經(jīng)過不同的時間才流到出水槽，使出水槽的混合廢水是從不同時間內(nèi)流進來的，也就是說其濃度是不相同的，這樣就達到了自動調節(jié)均和的目的5。由于淀粉廢水中含有大量的懸浮物質，考慮到要回收廢水中的大量植物蛋白，調節(jié)池設機械攪拌裝置，通過機械攪動阻止廢水中懸浮物質的沉淀。調節(jié)池采用鋼筋混凝土結構，容積250 m3，池體尺寸為14.0m6.0m3.5m，停留時間6h。3.2 氣浮池由于廢水的固體懸浮物含量很高,且含有大量的蛋白，所以設一氣浮池,分離提取蛋白質,提高經(jīng)濟效益，同時減輕后續(xù)處理構筑物的壓力。此工藝選用壓力回流溶氣方式?；亓魅軞夥绞绞菍飧〕氐牟糠殖鏊?總水量的20%)回流加壓溶氣后與進水混合進入氣浮池。回流溶氣氣浮具有溶氣罐容積小，氣泡分散度高且比較均勻的優(yōu)點，但氣浮池容積較大。絮凝劑采用計量泵投加，PAC配制成濃度為510的水溶液，加入量為廢水量的12； PAM配制成0.0501的水溶液，加人量為廢水量的24。氣浮池平均水深2m,凈容積24m3。選取TS-V型的溶氣釋放器和TR-4型的壓力溶氣罐,溶氣罐容積0.625m3，直徑0.4m，所需空氣量0.025m3/min。3.3 UASB反應器UASB反應器采用半地下式鋼筋混凝土結構，為了滿足池內(nèi)厭氧狀態(tài)并防止臭氣散逸，UASB池上部采用蓋板密封，出水管和出氣管分別設水封裝置。由于SBR的水回流，此時進入UASB的水量為1500m3/d,反應區(qū)容積為1615m3，采用3座UASB并聯(lián)運行，則單個UASB反應區(qū)的容積為538.3m3,處理水量為62.5m3/h。在常溫(2025)運行，容積負荷為6.0kgCOD/(m3.d)，沉淀區(qū)表面負荷0.649m3/(m2.h)，反應區(qū)水力停留停留時間8.6h。3.4 預曝氣沉淀池預曝氣沉淀池采用平流式沉淀池，鋼筋混凝土結構，池子有效容積3.6m3，尺寸為：7.2m0.5m1.56m，每小時所需空氣量6.25m3/h。3.5 SBR反應器考慮到進水的連續(xù)性，采用兩個SBR反應器并聯(lián)運行,一個反應池進水完成后，停止進水，在進行曝氣、沉淀、出水等工藝時，另一反應池進水。池子為鋼混結構，反應池容量1000m3,尺寸為：20m10m5m，BOD-污泥負荷0.3kg/(kg.d),曝氣池內(nèi)MLSS濃度2000mg/l,一周期運行時間8h，其中進水4h，曝氣3h，沉淀0.5h，排水0.5h。曝氣階段每池供氧量9.685kgO2/h，排出比為1/4。4.工程的啟動運行4.1 UASB的啟動接種污泥取自城市污水廠的絮狀消化污泥，污泥體積25m3。經(jīng)篩網(wǎng)過濾后污泥投加UASB反應器，注入淀粉廢水浸泡。在啟動開始階段采用間歇進水，同時由于甲烷菌活性在酸性條件下會受到抑制，UASB反應器內(nèi)的最佳ph值為6.87.2，在啟動開始時應投入石灰調節(jié)PH值在6.57.5范圍內(nèi)，后逐步用出水回流調節(jié)PH值，控制出水回流比為1：0.5。待出水CODcr去除率達到80時，再增加進水量和進水頻率，控制CODcr容積負荷由2.0kgCOD/(m3.d)逐漸提高到6kgCOD/(m3.d)，每階段以CODcr去除率為指標，當出水CODcr去除率10天內(nèi)穩(wěn)定在80左右時，方可進入下一階段提高負荷。運行3個月后，反應器內(nèi)污泥濃度逐漸增大，產(chǎn)氣量穩(wěn)定，CODcr去除率穩(wěn)定在90左右。4.2 SBR的啟動SBR啟動時接種污泥與UASB接種污泥取自同一城市污水廠，污泥濃度為3000mg/l，考慮到廢水中含磷量較少，達不到活性污泥對微生物的需求，因此需連續(xù)投加磷肥。開始時悶曝至污泥呈現(xiàn)黃褐色后逐步加大水量，每曝氣10小時后靜置停留2小時，排出1/3的上清液再補充新鮮污水，經(jīng)過3個多月的調試后進入穩(wěn)定運行期。5主要技術經(jīng)濟指標廢水處理站工程總投資：282.5萬元。其中：土建構筑物：176.5萬元；設備：77.4萬元；間接費用：28.6萬元。工程運行費用如下：動力費：廢水處理站總裝機容量為110kW，實際工作容量為75kW。每m3廢水處理費用為：750.524/1000=0.90元/m3。人工費：操作人員以6人計，每人月工資1000元，人工費為：（61000）/（301000）0.20元/m3廢水。藥劑費：藥劑費按1500元/d記，每m3廢水處理費用為：1500/1000=1.50元/m3?？傔\行費用為：2.6元/m3廢水。在運行過程中每m3廢水可提取蛋白飼料5.0kg，按1150元/t計算，每m3廢水可產(chǎn)生效益5.75元。 每年可以提取蛋白飼料1750t，UASB處理過程中每m3廢水沼氣產(chǎn)量約為1.90m3，按0.50元/m3記，每m3廢水可產(chǎn)生效益0.95元，去除厭氧冬季加熱費用，沼氣效益約為0.50元/m3。效益合計為：6.25元/m3，去除運行費用，處理每m3廢水可獲得3.65元的額外經(jīng)濟效益。6.工程運行情況經(jīng)過近半年的調試運行，出水水質較好，國家法定環(huán)境監(jiān)測單位對工程出水進行監(jiān)測，結果為：CODcr 80.7mg/L；BOD 18.9 mg/L；SS 50.7 mg/L；pH 7.43；色度 7倍。各處理單元出水檢測結果（平均值）見表2。表2 檢測結果Tab2 Examined result處理單元CODcr（mg/L）BOD5（mg/L）SS（mg/L）氣浮池64603242.765.33UASB638312.0662.1預曝沉淀池613.7286.858.96SBR80.727.350.77.結果與討論（1）絮凝氣浮法能有效的去除淀粉廢水中的懸浮物、降低廢水CODcr，同時能獲得較高的蛋白飼料回收率。（2）絮凝劑的投加比例以及投加量對CODcr的去除率有很大的影響，在工程運行實踐中如果能夠更精確確定絮凝劑的最優(yōu)投加比和投加量，不僅可以得到更好的出水水質，而且能夠減少運行費用，提高經(jīng)濟效益。（3）UASB運行過程中，可以通過出水回流調節(jié)pH值在產(chǎn)甲烷菌的適宜范圍內(nèi)，節(jié)省了投加石灰調節(jié)pH值的運行費用。（4）厭氧菌對溫度比較敏感，在溫度較低時，活性降低甚至死亡，因此冬季運行時需對UASB反應器進行加溫，可以利用反應器產(chǎn)生的沼氣作為能源提供UASB所需的溫度，使資源得到充分利用。（5）由于出水水質較好，可對出水進行深度處理，處理水可回用于廠區(qū)綠化、澆灑道路以及廁所雜用水。屠宰廢水處理技術的現(xiàn)狀及進展我國大部分城市已基本上實現(xiàn)了禽畜的定點集中屠宰，同時隨著人們生活水平的不斷提高，屠宰場的規(guī)模也在不斷擴大，屠宰廢水的排放量越來越大，而環(huán)保部門要求具有一定規(guī)模的屠宰場都必須建立專門的廢水處理站。一般屠宰廢水的水質具有以下特點：屠宰廢水一般呈紅褐色，有難聞的腥臭味,其中含有大量的血污、油脂質、毛、肉屑、骨屑、內(nèi)臟雜物、未消化的食物、糞便等污物，固體懸浮物含量高。屠宰廢水有機物含量高，可生化性好其中高濃度有機質不易降解，處理難度較大，宰廢水中的營養(yǎng)物主要是氮、磷，其中氮主要以有機物或銨鹽形式存在，而磷主要以磷酸鹽的形式存在。以下就近年來國內(nèi)外屠宰廢水處理的研究成果進行分析和評論。1 化學法常用于處理屠宰廢水的化學法主要有水解、混凝沉淀等，此法一般作為廢水的預處理，也可作為廢水的最終處理。1.1 堿性水解和酶水解該法使用堿性物質或酶水解以減少廢水中的脂肪顆粒，常作為屠宰廢水的預處理。通常采用石灰、NaOH、脂脂肪酶、細菌酶等，其中石灰經(jīng)濟實用但是會產(chǎn)生大量的廢渣；用NaOH進行預處理時，控制NaOH的質量濃度在150-300mgL范圍內(nèi)，可使平均脂肪顆粒降到處理前脂肪顆粒(Din)的737；用胰脂肪酶進行預處理效果最佳，胰脂肪酶PL-250可使脂肪顆粒粒徑最大降到處理前廢水中脂肪顆粒的603，而且胰脂肪酶更適用于水解牛剛S肪；用細菌酶處理，細菌酶的使用量較多時才能達到明顯的水解效果1。但是用堿性水解處理屠宰廢水會導致廢水的pH值出現(xiàn)波動，難以控制，使后續(xù)生物氧化法等工藝不易正常運行。1.2 混凝處理常用的混凝劑有鋁鹽、鐵鹽等，其中聚合硫酸鐵混凝處理屠宰廢水效果較好2，為減少鋁鹽的使用量，也可用聚合氯化鋁(PAC)和聚乙烯銨混合作為混凝劑3。在聚合硫酸鐵的合成中，加入任意比例的鋁鹽和一定比例的硅酸鹽，以及少量的聚丙烯酰胺生成一種新混凝劑CPFA-CS此復合無機高分子混凝劑具有較寬的pH值和溫度適用范圍，用它作為混凝劑處理屠宰廢水，CODcr，和色度去除串分別可達75和95以上，一次混凝處理即可達到或接近廢水綜合排放標準4。單純的混凝處理存在一個明顯的問題就是屠宰工序中產(chǎn)生的血水難以除去，并且同時產(chǎn)生大量的污泥和廢渣。所以如果在使用混凝劑處理前先對屠宰廢水進行適當變性處理，再采用硫酸亞鐵和氧化鈣復合混凝劑處理，出水CODcr，的質量濃度可以降到197.4mg/L，有較好的處理效果5,且此法簡便、高效，有較好的環(huán)境效益，但是該法處理的廢水限于CODcr，的質量濃度小于1000mgL的廢水?；炷ㄌ幚韽U水處理成本低，低溫下具有較好的處理效果，此法多用于處理濃度較低的廢水,或作為高濃度廢水預處理，以降低后續(xù)的生物處理的負荷。2 生物法據(jù)屠宰廢水水質特點知其具有較好的可生化性，且在有機物含量、有機元素種類和pH值等方面都較適合于采用生物法進行處理6。因此目前在屠宰廢水處理技術的選擇上生物法是經(jīng)濟有效的處理方法。2.1 好氧生物處理法傳統(tǒng)的活性污泥法CODcr去除率一般為80%左右，BOD5為907，處理后的廢水一般難以達到廢水綜合排放標準，而采用序批間歇活性污泥法(簡稱SBR法)可大大突破這一界限。SBR法用于宰雞廠廢水處理，CODcr去除率可達到95%以上7。屠宰廠的廢水經(jīng)預沉池、厭氧、SBR反應等工藝處理后，出水水質可優(yōu)于（GB8978-1996)一級排放標準8。在SBR法的基礎進行改造后出現(xiàn)了二段SBR法，其特點是系統(tǒng)設兩段SBR池串聯(lián)，分別培養(yǎng)出適宜于不同有機物的專性菌，從而使不同種類的有機物在不同的生化條件下都得到充分降解。該法對水質水量的變化適應能力強，運行靈活，抗沖擊能力強，出水的水質穩(wěn)定，易實現(xiàn)自動化控制9。SBR法處理屠宰廢水是一種較為經(jīng)濟有效的方法，但由于屠宰廢水含有大量的油脂、血水，碳氮比和碳磷比大，氮、磷相對不足，此時易產(chǎn)生油性泡沫而使污泥松散和指數(shù)增高，易出現(xiàn)高粘性膨脹而導致污泥流失問題；為獲得較高的脫氮效果，SBR工藝必須設有攪拌裝置，且不可避免存在污泥上浮現(xiàn)象；另外該方法對油、SS、色度的去除效果并不理想，必須輔以一定的前、后處理工序10，因此氣浮除油脂成為SBR法處理屠宰廢水時所必須的處理單元；廢水經(jīng)過SBR法處理后，其中氨氮含量仍然很高，必要時可在該工序后輔以化學方法除去。2.2 生物膜法序批式生物膜法具有良好的反硝化脫氮功能，水力條件好，抗沖擊負荷強，生物濃度高，可適合世代時間較長的消化菌生長。在相同運行條件下，生物膜系統(tǒng)處理效果優(yōu)于活性污泥系統(tǒng)，其CODcr，BOD5和油脂去除率分別可達97%，99%和8210-11，出水水質可達廢水綜合排放二級標準。達到相同的污染物去除率時，生物膜系統(tǒng)的運行管理更方便，且克服了活性污泥系統(tǒng)存在的一些問題，例如，該方法不會存在污泥流失問題，不需要設置攪拌裝置即可達到脫氮效果，且不存在污泥上浮現(xiàn)象。但序批式生物膜法對油脂、SS、色度的去除有限，故要設除油脂池和濾柱10。2.3 其它好氧處理法 采用好氧生物處理有機廢水，需要足夠的供氧量，但是傳統(tǒng)的供氧方式難以滿足較高濃度的有機廢水對氧的需求。20世紀80年代國外學者在總結深井曝氣和生物接觸氧化法各自的憂缺點的基礎上，開發(fā)了壓力生物接觸氧化法。此法通過提高反應器(壓力生物器，配有空壓機等壓力裝置)內(nèi)的壓力，加快了氧的轉移速率，適合處理中濃度有機廢水12。此法具有反應速度快，占地面積小，基建費用低，運行管理方便及出水水質穩(wěn)定等優(yōu)點。 采用規(guī)模為25L的深井曝氣設備對屠宰廢水進行處理，結果表明在最佳操作條件下曝氣8h，CODcr,BOD5,懸浮物，動植物油平均去除率分別可達82-83，81.09，85.2，94.54。處理費用估算僅0.15元m3，能耗較普通活性污泥法節(jié)約4050，占地節(jié)省50，處理費用節(jié)省50以上，是一種高效低能耗處理屠宰廢水的較佳方法13。在廢水水溫較高，氣候溫和的環(huán)境下，采用喜溫好氧處理屠宰廢水效果較好運行溫度維持在52時，CODcr去除率達93以上14。3 厭氧生物處理厭氧生物處理法主要用于處理高濃度有機廢水在屠宰廢水的處理中使用很多種改進了的厭氧法，針對屠宰廢水的各種處理工藝的特點、處理對象特點，各種厭氧法的處理效果和優(yōu)缺點如下表1。表1 各種厭氧生物處理的比較 工藝名稱有機負荷/（kgCODcrm-3d-1）COD去除率/%優(yōu)缺點厭氧固定膜反應器15885-95間歇操作簡單，但當有機負荷率過大時，去除效果不很理想?yún)捬跣蚺椒磻鳎ˋSBR)16340水力停留時間對系統(tǒng)性能影響較大膨脹顆粒污泥床（EGSB)反應器171567污泥中不會發(fā)生脂肪堆積的現(xiàn)象升流式厭氧污泥床(UASB)反應器181-590CODcr去除率高，但單個UASB處理達不到屠宰廢水排放標準厭氧濾池（AF)192-380-85耐沖擊負荷，但比USBR處理效果差雙UASB回流反應器201.877-82處理效果較好與好氧法相比，厭氧法在獲得同樣高的BOD5去除宰條件下具有成本低，產(chǎn)生的淤泥少、穩(wěn)定、易脫水，占地面積小，操作方便，且產(chǎn)生的甲烷可作為燃料再利用的優(yōu)點。但常用的UASB，AF，ASBR等高效厭氧反應器受廢水中懸浮固體及其油脂、脂肪濃度的影響較大。如果廢水中含有的氨氮濃度較高，或者厭氧分解有機物過程產(chǎn)生的氨氮較多，使得水質達不到排放標準，就必須采用如下敘述的組合工藝。4 組合工藝處理為了既獲得更好的處理效果，又可以降低處理成本，屠宰廢水的處理往往采用多種方法相結合的工藝。下面敘述幾種典型的組合工藝。加壓生物接觸氧化混凝沉淀組合工藝，該工藝適合處理中濃度的屠宰廢水，試驗結果表明，生物反應器壓力平均為300kPa，進水(CODcr)約為11001700mgL，(BOD5)約為600900mgL，BOD5容積負荷(以BOD5計)平均7.6k/g(m3d)，出水先經(jīng)過加壓生物接觸氧化處理后，提高廢水中的溶解氧和有機物的降解速率，再經(jīng)混凝沉淀后可達到現(xiàn)有企業(yè)的二級排放標準2。該工藝處理中濃度廢水效率較高，但處理成本高，難于維護與管理。二段高速上流式厭氧污泥床(UASB)法和溶解空氣浮選升流式厭氧污泥床(DAF-UASB)法是在單個UASB法上的改進工藝，適合處理含高濃度懸浮固體、脂肪顆粒和油脂的屠宰廢水。二段高速上流式厭氧污泥床(UASB)法的第一階段為使用蕈凝劑淤泥的UASB(即UASBf)反應器，可以去除脂肪顆粒、油脂等不溶解的CODcr,第二階段為使用粒狀淤泥的UASB(即UASBa)反應器，去除溶解性的CODcr，此法CODcr，去除率可達90以上。水解酸化生物吸附再生接觸氧化工藝，該工藝特別適合于處理高濃度、水質水量變化較大的廢水。在進水(CODcr)為15004000mgL的條件下，CODcr去除率可達95以上，該法采用AB兩段組合工藝，A段負荷高，污泥絮體具有較強的吸附能力和良好的沉降性能，抗沖擊負荷能力很強，對有毒物質的影響具有很大的緩沖作用，但是污泥量較高，需采取相應的污泥處理措施，B段二沉池出水中的少量難沉降的脫落生物膜通過氣浮處理進一步去除，以提高出水水質12。CAF渦凹氣浮-SBR法采用機械格柵去除了大部分固體污染物，避免了大塊固體顆粒影響氣浮、曝氣工藝，大大降低了后續(xù)工藝的處理負荷，然后機械過濾把關，保證了出水穩(wěn)定達標，再經(jīng)過氣浮池和SBR塔。該工藝綜合了CAF和SBR的優(yōu)點，CAF氣浮系統(tǒng)操作彈性大，抗沖擊負荷能力強，出水穩(wěn)定，對于污染物濃度較小的原水，僅采