長治市厭氧反應器淀粉污水處理

  馬鈴薯生產淀粉過程中將產生大量的廢水，這些淀粉廢水有機物含量高,若不經過處理直接排放，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生臭氣，惡化水質。由于我國淀粉生產工藝相對落后,資源的利用率較低,淀粉生產過程中大量的植物蛋白未加利用而隨生產廢水排放,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.淀粉廢水水質、水量

      某淀粉廠廢水主要來源于生產過程中的工藝廢水（主要包括蛋白液、中間產品的洗滌水、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》（GB8978—1996）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

       2.淀粉廢水處理工藝流程

       2.1 淀粉廢水處理工藝的確定

      馬鈴薯淀粉生產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。考慮到以上因素，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。

 2.2 淀粉廢水處理工藝設計說明

       原生產廢水經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pH4.0~5.5，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，產甲烷菌不能承受低pH值的環(huán)境，UASB反應器運行的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。在產酸菌和產甲烷菌的作用下，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、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％。污泥經濃縮后進入污泥脫水間進行機械脫水，產生的泥餅外運，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.淀粉廢水處理設備各主要構筑物介紹

      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14.0m×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，所以設一氣浮池,分離提取蛋白質,提高經濟效益，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。回流溶氣方式是將氣浮池的部分出水(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反應器

      UASB反應器采用半地下式鋼筋混凝土結構，為了滿足池內厭氧狀態(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(20℃～25℃)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：7.2m×0.5m×1.56m，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：20m×10m×5m，BOD-污泥負荷0.3kg/(kg.d),曝氣池內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.淀粉廢水處理工程的啟動運行

      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。經篩網過濾后污泥投加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反應器內的ph值為6.8～7.2，在啟動開始時應投入石灰調節(jié)PH值在6.5～7.5范圍內，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，反應器內污泥濃度逐漸增大，產氣量穩(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，經過3個多月的調試后進入穩(wěn)定運行期。

     5.工程運行情況

     經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。

      6.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值在產甲烷菌的適宜范圍內，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。長治市厭氧反應器淀粉污水處理