ｕａｓｂ／接触氧化工艺处理玉米淀粉废水研究

书书书第２５卷第１期２００９年２月气象与环境学报ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＭＥＴＥＯＲＯＬＯＧＹＡＮＤＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴＶｏｌ．２５Ｎｏ．１Ｆｅｂｒｕａｒｙ２００９收稿日期：２００８－０８－１１；修订日期：２００８－１２－０１。作者简介：李艳春，女，１９８２年生，助理工程师，主要从事环境工程设计工作，Ｅｍａｉｌ：[e-mail]。ＵＡＳＢ／接触氧化工艺处理玉米淀粉废水研究李艳春（辽宁北方环境保护有限公司，沈阳１１００３１）　　摘　要：针对锦州某玉米深加工企业采用ＵＡＳＢ／生物接触氧化方法处理玉米淀粉生产废水，研究主要对ＵＡＳＢ反应器启动、运行以及颗粒污泥的结构特性进行实践与探讨。结果表明：ＵＡＳＢ反应器经过启动阶段、负荷提高阶段以及稳定运行阶段后，可实现进水量为４５１３ｍ３／ｄ，进水ＣＯＤＣｒ平均浓度为７８６７ｍｇ／Ｌ，反应器ＣＯＤＣｒ负荷为７．３ｋｇ·ｍ－３·ｄ－１，出水ＣＯＤＣｒ浓度为４８０ｍｇ／Ｌ，去除率为９４％，运行稳定。关键词：ＵＡＳＢ反应器；接触氧化工艺；玉米淀粉废水处理　　中图分类号：Ｘ７０３　　文献标识码：Ａ　　文章编号：１６７３－５０３Ｘ（２００９）０１－００６８－０４１　引言采用升流式厌氧污泥床（ＵＡＳＢ）工艺处理污水具有节约能耗和投资、可回收能源、产生的剩余污泥少等优点，因此被广泛地应用于高浓度有机废水的处理［１－２］。中低变温ＵＡＳＢ污水处理工艺具有造价低、占地少、能耗小，又能回收利用资源的特点，体现了３Ｒ（Ｒｅｄｕｃｅ，Ｒｅｃｙｃｌｅ，Ｒｅｕｓｅ）的现代环保思想。厌氧处理工艺具有很大的优越性，尤其是处理过程中可产生能源物质—沼气［３］，所以采用中低变温ＵＡＳＢ工艺处理污水具有广阔的发展前景。粮食加工业的发展，以玉米为原料加工淀粉，带来了可观的经济效益，同时生产过程中产生高浓度有机废水［４］。国家环境保护总局在国家环境科技发展“十五”计划纲要指出，继续将淀粉工业的废水污染控制技术作为重要内容进行研究。针对淀粉工业废水的特点，研究者都在力求研究出一种快速、高效、低能耗的淀粉生产废水处理方法。锦州市某淀粉厂是目前国内技术先进、深加工品种多，集生产、开发、科研和设计于一体的现代化玉米深加工企业，年产玉米商品淀粉６０万ｔ。新建一座污水处理站，用于处理全厂生产废水和生活污水。２　玉米淀粉废水水质及处理流程设计２．１　玉米淀粉废水水质玉米淀粉生产过程中产生的废水主要来自淀粉生产工艺水罐排放的溢流水、玉米浸泡液蒸发冷凝水、淀粉和玉米油车间冲洗地面水、淀粉糖生产工艺中离子交换排水以及部分生活污水。该淀粉厂污水处理站设计规模为４５００ｍ３／ｄ，废水水况见表１。　　由表１可以看出，玉米淀粉废水中富含氮、磷等表１　玉米淀粉废水水质ｍｇ／Ｌ项目ＣＯＤＣｒＢＯＤ５ＳＳＴＮＴＰ动植物油ｐＨ指标８０００４５００２５００１８０４０５０６．５—７．０　　注：ｐＨ除外。营养物质，可以满足生化处理中微生物生长的需要。２．２　工艺流程设计２．２．１　工艺流程根据该淀粉厂排放废水的实际情况，设计采用ＵＡＳＢ和生物接触氧化方法为主要处理手段。２．２．２　主要构筑物设计２．２．２．１　ＵＡＳＢ反应器ＵＡＳＢ是一种高效厌氧生物反应器。本研究采用常温ＵＡＳＢ，有机负荷较低，容积ＣＯＤＣｒ负荷率为７．３ｋｇ·ｍ－３·ｄ－１。通过厌氧处理后，废水ＣＯＤＣｒ去除率为９０％或以上。　　ＵＡＳＢ装置主体为钢混结构，废水经布水器进入反应器。布水器保证布水均匀和喷嘴不堵塞，废水上流经过颗粒污泥床。在ＵＡＳＢ反应器中，内部设置三相分离器系统及沼气气提内循环污泥搅拌系统。反应器内平均污泥浓度可达２５ｇ／Ｌ。厌氧反应器所产沼气由设置于高效厌氧池内的三相分离器收集并经固液两相分离，经水封后，进入沼气柜储存。因沼气产量有限，目前直接燃烧排放。２．２．２．２　两级接触氧化池通过两级串联的好氧池中生物填料上形成的生　第１期李艳春：ＵＡＳＢ／接触氧化工艺处理玉米淀粉废水研究６９　　　物膜，大幅度提高好氧处理系统中生物的滞留量，从图１　工艺流程而增加处理效率，减少反应器容积。接触氧化池采用钢混结构，水力停留时间ＨＲＴ＝１０ｈ。２．２．３　主要工艺对ＣＯＤＣｒ去除率污水处理站建成以来数据表明，出水水质指标满足该地区执行的“辽宁省污水综合排放标准（ＤＢ２１／１６２７—２００８）”二级标准。主要流程对ＣＯＤＣｒ去除情况见表２。表２　流程各段ＣＯＤＣｒ去除情况项目原水厌氧池接触氧化池气浮池总去除百分率ＣＯＤＣｒ／（ｍｇ·Ｌ－１）７８６７４８０２０８１４６－去除百分率－９３．９０５６．６７２９．８１９８．１４３　ＵＡＳＢ反应器的启动及运行３．１　菌种筛选及接种量本工程接种污泥以某污水处理厂消化污泥为主。经测试，该接种污泥的ＳＳ＝１５．２ｇ／Ｌ，ＶＳＳ＝１０．６ｇ／Ｌ。３．２　反应器的启动及运行厌氧反应器的启动及运行分为３个阶段，即启动阶段、负荷提高阶段和稳定运行阶段。启动阶段主要是对所接种的厌氧污泥进行培养驯化，使其适应进水水质；负荷提高阶段是通过逐步增加进水负荷，使微生物逐步适应较高的运行负荷；稳定运行阶段则是在较高的进水负荷水平上稳定运行，观察厌氧反应器所达到的净化效果，并观察相关因素对厌氧反应的影响。３．２．１　启动阶段接种后的厌氧反应器采用低浓度、高水力负荷、间歇进水的方式进行启动。控制方法：启动ＣＯＤＣｒ负荷为０．５ｋｇ·ｍ－３·ｄ－１，调节进水ＣＯＤＣｒ浓度为４０００—５０００ｍｇ／Ｌ。启动开始时，每班进水时间为３ｈ。此后，视反应器的运行效果，依靠增加反应器进水时间来提高反应器的负荷。厌氧反应器启动阶段的运行情况见图２。图２　启动阶段厌氧反应器运行变化　　反应器启动后，第１周出水水质不稳定；运行到第７ｄ，ＣＯＤＣｒ去除率降为５９．９９％，出水浓度为１８５０ｍｇ／Ｌ。其主要原因是启动初期接种污泥仍未适应所处理的水质，对ＣＯＤＣｒ的去除不稳定。此后，出水浓度逐步降低，去除率不断增高，第１５ｄ，出水ＣＯＤＣｒ浓度为９８３ｍｇ／Ｌ，去除率上升至７７．４９％。此后，继续提高反应器运行负荷，控制条件为ＣＯＤＣｒ负荷提高幅度为０．５ｋｇ·ｍ－３·ｄ－１，去除率稳定达到８０％时（即第２０个运行日），稳定运行３—５ｄ，再提高运行负荷。经过３０ｄ的运行，反应器实现连续进水，ＣＯＤＣｒ负荷提高到２．５ｋｇ·ｍ－３·ｄ－１。出水ＣＯＤＣｒ浓度为７２１ｍｇ／Ｌ。以上表明，厌氧反应器中的微生物已基本适应了废水水质，可视为反应器启动成功。３．２．２　负荷提高阶段负荷提高阶段视反应器的运行效果，逐步提高反应器的运行负荷。控制条件：维持水力负荷不变，负荷提高通过逐渐增加进水浓度来实现，当去除率稳定在９０％以上，稳定运行３—５ｄ后，ＣＯＤＣｒ负荷提高幅度为０．４ｋｇ·ｍ－３·ｄ－１。该阶段反应器运行情况见图３。从整个负荷提高阶段的运行过程看，经过３０ｄ的运行，反应器进水量不变，进水浓度由４０００ｍｇ／Ｌ增加到８０００ｍｇ／Ｌ左右，进水水质不再进行调节，使生产过程中所排废水全部得到处理。从整个运行效果来看，在逐步提升运行负荷的过程中，反应器出水水质一直稳定在一定范围内，去除率均大于８８％，运行到第６０ｄ，进水ＣＯＤＣｒ浓度为８０２１ｍｇ／Ｌ，反应器运行ＣＯＤＣｒ负荷为７．４３ｋｇ·ｍ－３·ｄ－１，去除率为９２．４％。３．２．３　稳定运行阶段为进一步考察高负荷条件下反应器的运行效７０　　　气象与环境学报第２５卷　果，对反应器进行了为期３０ｄ的稳定运行试验。反图３　负荷提高阶段厌氧反应器运行变化应器的日平均进水量为４５１３ｍ３／ｄ，平均进水浓度为７８６７ｍｇ／Ｌ。该阶段反应器运行情况见图４。　　稳定运行结果统计表明：稳定运行阶段，反应器平均ＣＯＤＣｒ负荷为７．３ｋｇ·ｍ－３·ｄ－１，出水ＣＯＤＣｒ浓度为４８０ｍｇ／Ｌ，平均去除率为９４．０％，运行稳定。４　颗粒污泥的结构及特性４．１　颗粒污泥结构颗粒污泥是指在厌氧反应器中由各种厌氧微生物自固化形成的一种结构紧密的微生物聚合体［４］。从微生物学角度，颗粒污泥可以被认为是具有自我平衡性能的微生态系统，其特性决定了它特别适用于上流式废水处理系统。图４　稳定运行阶段厌氧反应器运行变化　　污水处理站自运行以来，ＵＡＳＢ反应器内生成的颗粒污泥具有相对规则的结构，大多数为球型或椭圆型，粒径为２—４ｍｍ，多数为黑色，少数为浅黑色。整个反应器内的污泥质量浓度约在２５ｇ／Ｌ，沉降速度为１８—３０ｍ／ｈ。４．２　颗粒污泥中的无机矿物质除了含有大量的微生物之外，厌氧颗粒污泥中还含有大量的无机矿物质即灰分。其主要成分是钙、钾和铁等无机化合物［６－８］。在该污水处理站ＵＡＳＢ反应器内颗粒污泥中无机物的质量百分率可达４８％。表３为同一日采自ＵＡＳＢ反应器４个取样口的厌氧颗粒污泥（每千克干泥）中无机物的含量。表３　厌氧颗粒污泥中无机物含量及比较取样口标号无机物的质量分数／（ｇ·ｋｇ－１）总钙ＣａＣＯ３ＭｇＫＮａＦｅＰＳ灰分质量百分率１２２．６１２．６７．６９１３．２６．９４４．８１０．１２０．０４８２２４．４１１．８６．８０１４．４６．５４３．５１２．６２３．５４２３２３．８１０．９７．１０１２．７７．０４２．９１３．９２１．１３５４２５．２１２．８７．４０１３．８８．３４１．６１２．８２２．０４８５　结论采用ＵＡＳＢ和生物接触氧化方法为处理手段，建设淀粉厂污水处理站，进行工艺流程设计、ＵＡＳＢ反应器启动研究及颗粒污泥结构特性研究。得到如下结论。（１）玉米淀粉废水经过粗格栅拦截废水中较大固形物，进入沉淀调节池，进一步沉降分离废水中大颗粒悬浮物，并且进行水质的均衡和水量的调节；水质水量均衡的废水进入ＵＡＳＢ反应器、好氧池进行生物处理；经过处理后的污水经气浮池进行泥水分离后，出水可以达到排放要求。（２）ＵＡＳＢ反应器启动阶段：启动ＣＯＤＣｒ负荷为０．５ｋｇ·ｍ－３·ｄ－１。经过３０ｄ的运行，反应器实现连续进水，ＣＯＤＣｒ负荷提高到２．５ｋｇ·ｍ－３·ｄ－１，出水浓度为７２１ｍｇ／Ｌ。（３）ＵＡＳＢ反应器负荷提高阶段：从整个负荷提高阶段的运行过程看，经过３０ｄ的运行，在逐步提升运行负荷的过程中，反应器出水水质一直稳定在一定范围内，去除率均大于８８％。运行到第６０ｄ，进水为８０２１ｍｇ／Ｌ，反应器运行ＣＯＤＣｒ负荷为７．３ｋｇ·ｍ－３·ｄ－１，去除率为９２．４％。（４）ＵＡＳＢ反应器稳定运行阶段：反应器的日平均进水量为４５１３ｍ３／ｄ，平均进水ＣＯＤＣｒ浓度为７８６７ｍｇ／Ｌ。反应器平均ＣＯＤＣｒ负荷为　第１期李艳春：ＵＡＳＢ／接触氧化工艺处理玉米淀粉废水研究７１　　　７．３ｋｇ·ｍ－３·ｄ－１，出水ＣＯＤＣｒ浓度为４８０ｍｇ／Ｌ，平均去除率为９４％，运行稳定。（５）ＵＡＳＢ反应器内生成的颗粒污泥具有相对规则的结构，大多数为球型或椭圆型，粒径为２—４ｍｍ，多数为黑色，少数为浅黑色。整个反应器内的污泥质量浓度大约在２５ｇ／Ｌ左右，沉降速度为１８—３０ｍ／ｈ。（６）ＵＡＳＢ反应器内颗粒污泥中无机物的质量百分率为３５％—４８％，其主要成分是铁、钙、硫和钾等无机化合物。参考文献［１］　王凯军．低浓度污水厌氧水解处理工艺［Ｍ］．北京：中国环境科学出版社，１９９１：１２－１５．［２］　王阳．ＵＡＳＢ处理猪粪废水启动试验研究［Ｊ］．气象与环境学报，２００７，２３（２）：３４－３７．［３］　戴秋萍，胡勇有．ＵＡＳＢ－接触氧化－絮凝沉淀工艺处理低浓度生活污水小试研究［Ｊ］．中国沼气，２００２，２０（２）：８－１２．［４］　殷永泉，单文坡，纪霞，等．淀粉废水处理方法综述［Ｊ］．环境污染与防治，２００５，２７（８）：６２５－６２９．［５］　沈耀良，王惠民，赵丹，等．厌氧折流板反应器处理淀粉废水及污泥特性［Ｊ］．上海环境科学，２００２，２１（３）：１３９－１４２．［６］　刘双江，胡纪萃，顾夏生，等．ＵＡＳＢ反应器中污泥颗粒化研究进展［Ｊ］．中国环境科学，１９９０，１０（５）：３４３－３４６．［７］　郑平．厌氧活性污泥的颗粒化及其影响因素［Ｊ］．环境污染与防治，１９９０，１２（１）：１２－１５．［