投藥氣浮-UASB-SBR工藝處理淀粉廢水

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簡介： 馬鈴薯淀粉生產(chǎn)廢水是高濃度有機(jī)廢水，廢水中主要含有糖類、蛋白質(zhì)、纖維素、脂肪等污染物。應(yīng)用投藥氣?。璘ASB－SBR組合工藝處理此類廢水，在云南某淀粉公司進(jìn)行工程實(shí)施,結(jié)果表明：在進(jìn)水CODcr =12000mg/L，BOD5=6400mg/L，SS=800－1400mg/L的條件下，經(jīng)過投藥氣?。璘ASB－SBR組合工藝出水水質(zhì)能達(dá)到（GB8978-1996）一級排放標(biāo)準(zhǔn)，同時采用投藥氣浮分離技術(shù)能夠回收植物蛋白飼料，厭氧工藝可以回收利用沼氣，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵字：淀粉廢水 投藥氣浮 二相厭氧 SBR

　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(jī)物含量高,若不經(jīng)過處理直接排放，其水中所含有的有機(jī)物，進(jìn)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(zhì)。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(fèi)。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(yīng)用前景。

　　1.廢水水質(zhì)、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(shè)備的沖洗水等），廢水中有機(jī)物含量較高，COD_cr含量為12000mg/L, BOD₅ / COD_cr =0.53,可生化性較好。廢水處理工程的設(shè)計(jì)規(guī)模1000m³/d，處理后水質(zhì)要求達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978—1996）一級排放標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)水水質(zhì)和排放標(biāo)準(zhǔn)見表1。

　　表1  廢水的污染狀況及執(zhí)行的排放標(biāo)準(zhǔn)

　　Tab1  Pollution Matter Content of Wastewater

　　2.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(jī)質(zhì)多、濃度高且懸浮物含量大，廢水BOD₅/COD_cr=0.53,可生化性較好，同時在本工程中出水水質(zhì)要求較高?？紤]到以上因素，工藝選用物理與生化處理相結(jié)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(zhì)及部分有機(jī)物，同時回收植物蛋白飼料。針對廢水本身有機(jī)物濃度高的特點(diǎn)，生化處理采用厭氧-好氧相結(jié)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 sludge

　　2.2 工藝設(shè)計(jì)說明

　　原生產(chǎn)廢水經(jīng)機(jī)械格柵截留大塊飄浮物后，進(jìn)入調(diào)節(jié)池均勻調(diào)節(jié)水質(zhì)與水量，調(diào)節(jié)池設(shè)機(jī)械攪拌裝置，通過機(jī)械攪動使原水混合均質(zhì)，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(zhì)為兩性電解質(zhì)，其等電點(diǎn)約為pH4.0~5.5，淀粉廢水的pH值正好為蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)，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(jī)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(jī)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(tuán)；無機(jī)凝聚劑主要是依靠中和粒子的電荷凝聚成絮粒，有機(jī)絮凝劑則主要依靠吸附架橋作用使絮粒凝聚成絮團(tuán)，先加無機(jī)凝聚劑中和電荷，然后再加有機(jī)絮凝劑生成絮團(tuán)，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COD_cr以及SS都有顯著下降，減輕了后續(xù)處理工藝的負(fù)荷。

　　氣浮池出水流入UASB厭氧反應(yīng)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(yīng)器運(yùn)行的最佳pH值為6.8~7.2^[3]。因此，本工程采用出水回流的方法用出水堿度調(diào)節(jié)pH值，雖然進(jìn)水pH值有波動，但并不影響反應(yīng)器的正常運(yùn)行。在產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌的作用下，將大部分的有機(jī)物分解為無機(jī)小分子物質(zhì)和甲烷，剩余污泥進(jìn)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(yù)曝氣沉淀池。預(yù)曝沉淀池是厭氧處理單元和好氧處理單元之間的重要構(gòu)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(yù)曝沉淀池的出水自流進(jìn)入SBR進(jìn)行好氧生物處理，以進(jìn)一步降解水中的有機(jī)物。

　　調(diào)節(jié)沉淀池、UASB、預(yù)曝沉淀池、SBR等處理單元產(chǎn)生的污泥排入污泥濃縮池進(jìn)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(jìn)入污泥脫水間進(jìn)行機(jī)械脫水，產(chǎn)生的泥餅外運(yùn)，污泥濃縮池上清夜及機(jī)械壓濾液回流至調(diào)節(jié)沉淀池再繼續(xù)處理。

　　3.各主要構(gòu)筑物介紹

　　3.1 調(diào)節(jié)池

　　此處調(diào)節(jié)池采用矩形對角線出水的均質(zhì)調(diào)節(jié)池。該調(diào)節(jié)池的特點(diǎn)是出水槽沿對角線方向設(shè)置，廢水由左右兩側(cè)進(jìn)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(jìn)來的，也就是說其濃度是不相同的，這樣就達(dá)到了自動調(diào)節(jié)均和的目的^[5]。由于淀粉廢水中含有大量的懸浮物質(zhì)，考慮到要回收廢水中的大量植物蛋白，調(diào)節(jié)池設(shè)機(jī)械攪拌裝置，通過機(jī)械攪動阻止廢水中懸浮物質(zhì)的沉淀。調(diào)節(jié)池采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，容積250 m³，池體尺寸為14.0m×6.0m×3.5m，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(shè)一氣浮池,分離提取蛋白質(zhì),提高經(jīng)濟(jì)效益，同時減輕后續(xù)處理構(gòu)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(jìn)水混合進(jìn)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(diǎn)，但氣浮池容積較大。絮凝劑采用計(jì)量泵投加，PAC配制成濃度為5％－10％的水溶液，加入量為廢水量的1％－2％； PAM配制成0.05％－0．1％的水溶液，加人量為廢水量的2％－4％。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(yīng)器

　　UASB反應(yīng)器采用半地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，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(shè)水封裝置。由于SBR的水回流，此時進(jìn)入UASB的水量為1500m³/d,反應(yīng)區(qū)容積為1615m³，采用3座UASB并聯(lián)運(yùn)行，則單個UASB反應(yīng)區(qū)的容積為538.3m³,處理水量為62.5m³/h。在常溫(20℃～25℃)運(yùn)行，容積負(fù)荷為6.0kgCOD/(m³.d)，沉淀區(qū)表面負(fù)荷0.649m³/(m².h)，反應(yīng)區(qū)水力停留停留時間8.6h。

　　3.4 預(yù)曝氣沉淀池

　　預(yù)曝氣沉淀池采用平流式沉淀池，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池子有效容積3.6m³，尺寸為：7.2m×0.5m×1.56m，每小時所需空氣量6.25m³/h。

　　3.5 SBR反應(yīng)器

　　考慮到進(jìn)水的連續(xù)性，采用兩個SBR反應(yīng)器并聯(lián)運(yùn)行,一個反應(yīng)池進(jìn)水完成后，停止進(jìn)水，在進(jìn)行曝氣、沉淀、出水等工藝時，另一反應(yīng)池進(jìn)水。池子為鋼混結(jié)構(gòu)，反應(yīng)池容量1000m³,尺寸為：20m×10m×5m，BOD-污泥負(fù)荷0.3kg/(kg.d),曝氣池內(nèi)MLSS濃度2000mg/l,一周期運(yùn)行時間8h，其中進(jìn)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(yùn)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(yīng)器，注入淀粉廢水浸泡。在啟動開始階段采用間歇進(jìn)水，同時由于甲烷菌活性在酸性條件下會受到抑制，UASB反應(yīng)器內(nèi)的最佳ph值為6.8～7.2，在啟動開始時應(yīng)投入石灰調(diào)節(jié)PH值在6.5～7.5范圍內(nèi)，后逐步用出水回流調(diào)節(jié)PH值，控制出水回流比為1：0.5。待出水COD_cr去除率達(dá)到80％時，再增加進(jìn)水量和進(jìn)水頻率，控制COD_cr容積負(fù)荷由2.0kgCOD/(m³.d)逐漸提高到6kgCOD/(m³.d)，每階段以COD_cr去除率為指標(biāo)，當(dāng)出水COD_cr去除率10天內(nèi)穩(wěn)定在80％左右時，方可進(jìn)入下一階段提高負(fù)荷。運(yùn)行3個月后，反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度逐漸增大，產(chǎn)氣量穩(wěn)定，COD_cr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(dá)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(bǔ)充新鮮污水，經(jīng)過3個多月的調(diào)試后進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行期。

　　5．主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

　　廢水處理站工程總投資：282.5萬元。其中：土建構(gòu)筑物：176.5萬元；設(shè)備：77.4萬元；間接費(fèi)用：28.6萬元。工程運(yùn)行費(fèi)用如下：

　　動力費(fèi)：廢水處理站總裝機(jī)容量為110kW，實(shí)際工作容量為75kW。每m³廢水處理費(fèi)用為：75×0.5×24/1000=0.90元/m³。

　　人工費(fèi)：操作人員以6人計(jì)，每人月工資1000元，人工費(fèi)為：（6×1000）/（30×1000）＝0.20元/m³廢水。

　　藥劑費(fèi)：藥劑費(fèi)按1500元/d記，每m³廢水處理費(fèi)用為：1500/1000=1.50元/m³。

　　總運(yùn)行費(fèi)用為：2.6元/m³廢水。

　　在運(yùn)行過程中每m³廢水可提取蛋白飼料5.0kg，按1150元/t計(jì)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(fèi)用，沼氣效益約為0.50元/m³。效益合計(jì)為：6.25元/m³，去除運(yùn)行費(fèi)用，處理每m³廢水可獲得3.65元的額外經(jīng)濟(jì)效益。

　　6.工程運(yùn)行情況

　　經(jīng)過近半年的調(diào)試運(yùn)行，出水水質(zhì)較好，國家法定環(huán)境監(jiān)測單位對工程出水進(jìn)行監(jiān)測，結(jié)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(jié)果（平均值）見表2。

　　表2 檢測結(jié)果

　　Tab2  Examined result

　　7.結(jié)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COD_cr，同時能獲得較高的蛋白飼料回收率。

　?。?）絮凝劑的投加比例以及投加量對COD_cr的去除率有很大的影響，在工程運(yùn)行實(shí)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(zhì)，而且能夠減少運(yùn)行費(fèi)用，提高經(jīng)濟(jì)效益。

　?。?）UASB運(yùn)行過程中，可以通過出水回流調(diào)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(diào)節(jié)pH值的運(yùn)行費(fèi)用。

　?。?）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(yùn)行時需對UASB反應(yīng)器進(jìn)行加溫，可以利用反應(yīng)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。

　?。?）由于出水水質(zhì)較好，可對出水進(jìn)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。

　　參考文獻(xiàn)：

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　　[5]  張自杰，顧夏聲，排水工程[M]，北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000.

　　Coagulation Air Flotation-UASB-SBR Processing Treated starch wastewater

　　Li Dong-wei^1,2  Yang Jian^1,2  Li Dou¹   Wang Ke-hao¹

　　   (1. College of Resource and Environmental Sciences，Chongqing University，  Chongqing  400044； 2. The Key Laboratory of the Exploitataion of Southwest Resources & the Environmental Hazards Control Engineering，Ministry of Education，Chongqing  400044)

　　[Abstract]：Potato starch industry brings high concentration organic wastewater, it mainly contain sugar、protein、cellulose and fat etc. The coagulation air flotation-UASB-SBR technique has been applied to treat the wastewater at a starch industry company in Yunnan proveince. The treatment results show : among which the content of CODcr = 12000 mg/L,BOD₅ =6400 mg/L, SS= 800～1400 mg/L, The quality of treated water is up to the decreedⅠdischarge standard of GB8978-96. In the meantime, it could recover the feedstuff and Methane, and have a good economic benefit.

　　[key words] ：Starch industry wastewater; Coagulation Air Flotations; UASB; SBR