HCR工艺处理木薯淀粉废水

第２６卷第２期２００６年４月桂林工学院学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｕｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶｏｌ２６Ｎｏ２Ａｐｒ２００６文章编号：１００６－５４４Ｘ（２００６）０２－０２４２－０５ＨＣＲ工艺处理木薯淀粉废水伍婵翠１，王燕舞２，刘康怀２（１桂林电子科技大学电子工程系，广西桂林　５４１００４；２桂林工学院资源与环境工程系，广西桂林　５４１００４）摘　要：采用以ＨＣＲ为核心的好氧生物工艺去除木薯淀粉废水中的污染物质．处理前废水的ＣＯＤＣｒ、ＳＳ和ＢＯＤ５分别在１００００、１８００和６０００ｍｇ／Ｌ以上，氰化物平均含量为１３８ｍｇ／Ｌ．根据生产工艺和废水特点，ＨＣＲ主要设计参数选定为：ＳＶ９４％～９８％，ＳＶＩ１００ｍＬ／ｇ±，ρ（ＭＬＳＳ）７０～１１０ｇ／Ｌ，ＤＯ３０～５０ｍｇ／Ｌ，ＨＲＴ６～１０ｈ；容积负荷和ＨＣＲ内温度分别为２５０～４５５ｋｇＣＯＤ／（ｍ３·ｄ）和２０～３５℃（一次分离废水），３５０～８２０ｋｇＣＯＤ／（ｍ３·ｄ）和２７～３３℃（二次分离废水）．该工艺的ＣＯＤＣｒ去除率在９０％以上，处理后出水的平均ＢＯＤ５为３６ｍｇ／Ｌ，ＳＳ低于３０ｍｇ／Ｌ，氰化物含量低于０５ｍｇ／Ｌ，达到了《污水综合排放标准》（ＧＢ８９７８－１９９６）的二级标准．关键词：木薯淀粉废水；好氧生物处理工艺；ＣＯＤ去除率中图分类号：Ｘ７９２０３　　　　　　　　　　　　　文献标志码：Ａ木薯淀粉废水中的ＣＯＤＣｒ含量在１００００ｍｇ／Ｌ以上，ＳＳ在１８００ｍｇ／Ｌ以上，ＢＯＤ５在６０００ｍｇ／Ｌ以上，水量很大，生产周期短，难以采用常规方法进行处理．广西木薯产量约占全国的４０％，绝大部分用于淀粉生产．广西有淀粉生产厂１００余家，主要分布在西部的“四江流域”，其中以季节性生产的中、小型木薯淀粉生产企业为主．若木薯淀粉废水不加处理就直接排放，必造成水体缺氧，使水生生物窒息，给环境带来极大危害［１］．目前，国内对淀粉废水的研究主要是围绕以玉米、小麦和土豆为原料的淀粉废水进行的，仅有少数学者对木薯淀粉废水进行了研究［２－５］．笔者用高效好氧生物处理技术对木薯淀粉工业生产过程中所产生的废水进行了处理，取得了良好的效果．１试验方法１１工艺的选择由于木薯淀粉废水中含有大量的有机物，且可生化性很好，因此适合用生物工艺进行处理．淀粉厂大多数是季节性生产，生产周期短，污水处理设备无需常年运行，再加上当地气温较高，废水容易发酵变酸，所以不适合用厌氧生物工艺进行处理．针对木薯淀粉废水的特点以及淀粉生产厂家的实际情况，笔者选用了高效好氧生物反应器（ＨＣＲ）为核心的好氧生化工艺对其进行处理［６］．该工艺具有启动快、操作安全可靠、有机容积负荷高、ＣＯＤ去除率高等优点，已在实际废水处理工程中得到广泛应用［７－９］．１２试验操作条件及测试方法选择广西崇左县某淀粉厂的黄浆水作为试验用水，直接进入ＨＣＲ系统进行处理．采用南宁味精厂的污泥作为种泥，投入ＨＣＲ反应器中驯化１周后开始进水．试验所要检测的项目及方法见表１．１３试验用水１３１试验用水的来源和分类　试验用水均通过现场取水的方式获得．以木薯为原料生产淀粉及其深加工产品的过程中，主要产生３种废水，即洗涤木薯废水、淀粉加工分离废水和酒糟废液（部分工厂不生产酒精）．其中，淀粉的分离过程通常分两步完成，产生的废水也可分为一次分离废水和二次分离废水，两股废水合称为淀粉加工　收稿日期：２００５－０５－２０　基金项目：国家科技部西部专项资助项目（２００３ＢＡ９０１Ａ０７）；广西科学研究与技术开发计划资助项目（桂科攻０２３５０２０）　作者简介：伍婵翠（１９７８－），女，硕士，环境工程专业．表１　主要检测项目和方法［１０］Ｔａｂｌｅ１　Ｇｅｎｅｒａｌｔｅｓｔｉｔｅｍｓａｎｄｔｅｓｔｍｅｔｈｏｄｓ测试项目测试方法测试项目测试方法ＣＯＤＣｒ重铬酸钾快速测定法ＢＯＤ５标准稀释倍数法ＤＯ、水温便携式溶氧仪ＳＳ重量法ｐＨ精密ｐＨ计色度稀释倍数法ＣＮ－硝酸银滴定法浊度浊度仪分离废水，这就是木薯淀粉废水中污染物含量最高的废水———黄浆水，其水量约占淀粉废水总量的二分之一．１３２试验用水的水质　各种淀粉废水的水质特征列于表２．表２　广西崇左县某淀粉厂各种废水水质特征Ｔａｂｌｅ２　ＷａｓｔｅｗａｔｅｒｑｕａｌｉｔｙｏｆＣｈｏｎｇｚｕｏｃｏｕｎｔｙｃａｓｓａｖａｓｔａｒｃｈｍｉｌｌρ（ｍｇ·Ｌ－１）特征指标洗涤废水一次分离废水二次分离废水ＣＯＤＣｒ５００１１０００～１４０００１４０００～１８０００ＢＯＤ５３５００１００００８０００ＳＳ１８００５０００８０００ＣＮ－２．８４８３２．１６．４７２注：带号项目为广西崇左县环保局所测２试验结果及讨论本次试验所用废水的先后次序为：一次分离废水→二次分离废水．每种废水的试验过程都是在保证系统运行稳定的情况下，逐步提高反应器的ＣＯＤ容积负荷，直到超出系统所能承受的负荷为止．经过２个多月的试验，废水的处理效果十分理想．２１一次分离废水处理效果２１１　ＨＣＲ对废水中有机物的去除效果　反应器中的活性污泥驯化结束后，先将ＨＣＲ的进水流量固定为２９５Ｌ／ｄ，逐步增加进水的ＣＯＤ浓度，至原水浓度后再稳步增加ＨＣＲ的进水流量至反应器运行稳定，观察并分析试验过程中各种指标和影响因素的变化情况．由试验结果（图１）可知，采用ＨＣＲ处理木薯淀粉一次分离废水可获得较好的处理效果：运行前７ｄ，进水流量保持不变，随着进水ＣＯＤ浓度的增加，出水ＣＯＤ浓度基本保持在１０００ｍｇ／Ｌ以下．７ｄ后，逐渐增加反应器的进水流量，直至达到ＨＣＲ反应器的最大容积负荷４５６ｋｇＣＯＤ／（ｍ３·ｄ）．此时，系统中累积的有机物和有毒物浓度达到微生物能承受的最大值，如果继续增大进水流量或进水ＣＯＤ浓度，反应器处理效果将急剧下降，出水ＣＯＤ大于５０００ｍｇ／Ｌ，出水浊度迅速升高（大于４０００）．系统中活性污泥也会急剧膨胀，沉淀池中的污泥部分浮于池面，部分与池中液相形成悬浊液，污泥活性难以恢复．图１　ＨＣＲ进出水ＣＯＤ浓度、去除率及反应器容积负荷Ｆｉｇ１　ＲｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｏｆＣＯＤ，ＣＯＤｒｅｍｏｖａｌａｎｄｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃｌｏａｄｉｎｇｉｎｔｈｅｅｆｆｌｕｅｎｔｏｆＨＣＲ２１２ＨＣＲ中的微生物生长变化情况　试验初期，反应器进水流量稳定在２９５Ｌ／ｄ，随着进水ＣＯＤ浓度的增加，污泥浓度也逐渐增加，表征微生物活性的指标ＳＶ（污泥沉降比）、ρ（ＭＬＳＳ）（混合液悬浮固体浓度）、ρ（ＭＬＶＳＳ）（混合液挥发性悬浮固体浓度）、ＳＶＩ（污泥体积指数）和ｆ（设为ρ（ＭＬＶＳＳ）／ρ（ＭＬＳＳ）值，全文同）的变化如图２．当进水ＣＯＤ浓度增加到原水浓度时，ＳＶＩ值突增到１９５，出现轻微的污泥膨胀．这是由于试验中进水浓度增加过快，使系统中的有机物浓度迅速增大，微生物的新陈代谢速率加快并大量繁殖，迅速消耗溶解氧，导致系统ＤＯ不足，丝状菌占优势地位所致．此时采取措施从系统中排出部分活性污泥，并适当补充曝气，反应器即可恢复正常．进入负荷冲击期（第８ｄ）后，逐渐增大进水流量，容积负荷和污泥负荷也相应增大，反应器中营养供给充足，微生物迅速繁殖，系统中剩余污泥产率高，需定时进行排泥．当反应器容积负荷为４５６ｋｇＣＯＤ／（ｍ３·ｄ）时，系统中有机物和有毒物累积浓度达到微生物所能承受的极限，有机物浓度或进水流量的增加都会严重影响微生物的代谢，使活性污泥系统发生突３４２第２期　　　　　　　　　　　　伍婵翠等：ＨＣＲ工艺处理木薯淀粉废水图２　进水ＣＯＤ与微生物活性Ｆｉｇ２　ＲｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎＣＯＤｉｎｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｔａｎｄａｃｔｉｖｅｏｆｍｉｃｒｏｂｅｓｉｎＨＣＲ变．结果导致ＳＶ小于１５％，ρ（ＭＬＳＳ）＜１１０ｇ／Ｌ≈ρ（ＭＬＶＳＳ），ＳＶＩ≈１３５ｍＬ／ｇ，ｆ≈１０．试验表明，通过监测微生物活性指标来控制反应器的运行是行之有效的方法，本次试验的最佳微生物活性指标范围为：ＳＶ＝９０％～９８％，ＳＶＩ为７０～１２０ｍＬ／ｇ，ｆ＝０９２～０９５．２２二次分离废水的处理效果采用一次分离废水处理中排出的剩余污泥作为种泥，无需驯化，就可直接用于二次分离废水的处理试验．试验前期，将系统进水流量控制在２９５Ｌ／ｄ，到了后期，逐渐增大进水流量，容积负荷较高，此时将进水流量固定在６０５Ｌ／ｄ，进行浓度冲击试验．２２１ＨＣＲ对废水中有机物的去除效果　试验表明（图３），采用ＨＣＲ反应器对木薯淀粉二次分离废水进行处理的效果非常好，平均ＣＯＤ去除率都在９５％以上，出水ＣＯＤ平均值低于３００ｍｇ／Ｌ，ＣＯＤ容积负荷最高可达８２１ｋｇＣＯＤ／（ｍ３·ｄ）．当达到最大容积负荷时，系统进水流量大、水力停留时间短，反应器中的污染物和有毒物累积速度快．当污染物和有毒物浓度累积速率大于微生物代谢速率时，进水有机物浓度或进水流量的增加都会引发活性污泥的恶性膨胀，与处理一次分离废水时的现象相同．图３　ＨＣＲ中ＣＯＤ浓度、去除率及反应器容积负荷的关系Ｆｉｇ３　ＲｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｏｆＣＯＤ，ＣＯＤｒｅｍｏｖａｌａｎｄｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃｌｏａｄｉｎｇｉｎｔｈｅｅｆｆｌｕｅｎｔｏｆＨＣＲ２２２ＨＣＲ中微生物生长变化情况　试验过程中微生物一直处于高负荷状态，生物产率较高，为保证ＨＣＲ的稳定运行，需根据实际情况从系统中适量排泥，以维持ＨＣＲ中一定量的微生物数量．从图４ａ、ｂ可以看出，系统中ＳＶ均在９４％以上，污泥浓度高，生物固体量大多保持在７～１２ｇ／Ｌ；ＳＶＩ保持在８５～１２５ｍＬ／ｇ，污泥的絮凝沉降效果良好．但图４　进水ＣＯＤ与微生物活性Ｆｉｇ４　ＲｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎＣＯＤｉｎｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｔａｎｄａｃｔｉｖｅｏｆｍｉｃｒｏｂｅｓｉｎＨＣＲ４４２桂　林　工　学　院　学　报　　　　　　　　　　　　　　　２００６年在运行期间，ＨＣＲ进水ＣＯＤ浓度变化大，对微生物的活性有一定的影响，导致ｆ值的波动较大．２３ＨＣＲ对色度的去除效果ＨＣＲ对色度的去除效果非常明显．但在处理一次分离废水时，出水色度较高，在ＨＣＲ反应器后连接一个序批式活性污泥反应器（ＳＢＲ），取得了更好的处理效果（表３）．表３　加ＳＢＲ前后处理效果比较Ｔａｂｌｅ３　ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｒｅｎｔｍｅｎｔｅｆｆｅｃｔｂｅｔｗｅｅｎＨＣＲａｎｄＨＣＲ＋ＳＢＲＨＣＲＨＣＲ＋ＳＢＲＣＯＤ去除率／％＞８０＞９５出水色度２６２４２４影响ＨＣＲ运行效果的主要因素分析２４１溶解氧（ＤＯ）ＨＣＲ中的微生物大都是好氧菌，要保证反应器的正常运行，必须保持ＨＣＲ系统内有充足的溶解氧．溶解氧浓度小于３０ｍｇ／（Ｌ·ｈ）时，不利于微生物的代谢，系统内生物活性降低，丝状菌大量繁殖，会引发污泥的恶性膨胀；当溶解氧浓度大于５０ｍｇ／（Ｌ·ｈ）时，会引起微生物的自我氧化，从而使系统内的生物量减少，同时会增大系统能耗．因此，在用ＨＣＲ反应器处理木薯淀粉废水时，应随时监测溶解氧的变化情况，使系统中溶解氧浓度保持在３０～５０ｍｇ／Ｌ．２４２水力停留时间（ＨＲＴ）ＨＲＴ的长短对ＨＣＲ的运行有着明显的影响：当ＨＲＴ＜６ｈ时，进入反应器的有机物和有毒物质不能被及时降解，它们的累积会严重抑制微生物的代谢和活性，从而导致系统处理效果下降，以至于完全失去处理能力；当ＨＲＴ＞１０ｈ时，虽然能够得到较好的处理效果，但在经济上并不可行．试验得出ＨＣＲ对一次分离废水和二次分离废水的适宜水力停留时间分别为６５～１０ｈ和６～１０ｈ．２４３ｐＨ值ＨＣＲ系统对酸度的适应能力很强．其原因在于：（１）ＨＣＲ工艺的操作方式．运行时，高浓度废水进入反应器后，立即参与系统循环而被混合稀释，同时，ＨＣＲ中微生物分布面积比系统表面积大、活性强，能与进入反应器的废水迅速接触反应，从而降低废水中的酸度［３］．（２）木薯淀粉废水中含有的各种氨基酸对废水的ｐＨ值起到一定的缓冲作用．