投药气浮-UASB-SBR工艺处理淀粉废水

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简介： 马铃薯淀粉生产废水是高浓度有机废水，废水中主要含有糖类、蛋白质、纤维素、脂肪等污染物。应用投药气浮－UASB－SBR组合工艺处理此类废水，在云南某淀粉公司进行工程实施,结果表明：在进水CODcr =12000mg/L，BOD5=6400mg/L，SS=800－1400mg/L的条件下，经过投药气浮－UASB－SBR组合工艺出水水质能达到（GB8978-1996）一级排放标准，同时采用投药气浮分离技术能够回收植物蛋白饲料，厌氧工艺可以回收利用沼气，具有很好的经济效益。
关键字：淀粉废水 投药气浮 二相厌氧 SBR

　马铃薯生产淀粉过程中将产生大量的废水，这些淀粉废水有机物含量高,若不经过处理直接排放，其水中所含有的有机物，进入水体后迅速消耗水中的溶解氧，造成水体缺氧而影响鱼类和其他水生动物的生存，同时废水中悬浮物易在厌氧条件下分解产生臭气，恶化水质。由于我国淀粉生产工艺相对落后,资源的利用率较低,淀粉生产过程中大量的植物蛋白未加利用而随生产废水排放,不仅影响了环境卫生,而且造成了巨大的浪费。在淀粉废水处理过程中,如果能够同时回收植物蛋白，做到废水的资源化利用，将具有广阔的应用前景。

　　1.废水水质、水量

　　该淀粉厂废水主要来源于生产过程中的工艺废水（主要包括蛋白液、中间产品的洗涤水、各种设备的冲洗水等），废水中有机物含量较高，COD_cr含量为12000mg/L, BOD₅ / COD_cr =0.53,可生化性较好。废水处理工程的设计规模1000m³/d，处理后水质要求达到《污水综合排放标准》（GB8978—1996）一级排放标准，进水水质和排放标准见表1。

　　表1  废水的污染状况及执行的排放标准

　　Tab1  Pollution Matter Content of Wastewater

　　2.废水处理工艺流程

　　2.1 处理工艺的确定

　　马铃薯淀粉生产废水本身含有机质多、浓度高且悬浮物含量大，废水BOD₅/COD_cr=0.53,可生化性较好，同时在本工程中出水水质要求较高。考虑到以上因素，工艺选用物理与生化处理相结合的方式。物理法通过药剂投加、絮凝气浮工艺主要去除悬浮物、胶体物质及部分有机物，同时回收植物蛋白饲料。针对废水本身有机物浓度高的特点，生化处理采用厌氧-好氧相结合的处理工艺。

　　具体处理工艺流程见图.1。

　　图.1污水及污泥处理工艺流程

　　Fig1  The process of treat waste water and sludge

　　2.2 工艺设计说明

　　原生产废水经机械格栅截留大块飘浮物后，进入调节池均匀调节水质与水量，调节池设机械搅拌装置，通过机械搅动使原水混合均质，阻止悬浮物沉淀，悬浮物随水流入气浮池。同时投加絮凝剂聚合氯化铝（PAC）和聚丙烯酰胺（PAM），蛋白质为两性电解质，其等电点约为pH4.0~5.5，淀粉废水的pH值正好为蛋白质的等电点，因此淀粉废水中的蛋白具有自动凝聚的趋势，这种凝聚方式形成的絮粒很小，同时由于絮粒表面带有相同电荷及水化层的影响，絮粒很不稳定。加入无机高分子凝聚剂中和絮粒上的电荷，使絮粒易于靠近凝聚成较大的絮粒，加入有机高分子絮凝剂，可使絮粒之间通过吸附架桥作用形成较稳定的大絮团；无机凝聚剂主要是依靠中和粒子的电荷凝聚成絮粒，有机絮凝剂则主要依靠吸附架桥作用使絮粒凝聚成絮团，先加无机凝聚剂中和电荷，然后再加有机絮凝剂生成絮团，两者联合使用絮凝效果较好，而且可大大降低絮凝剂的用量^[1-2]。此工艺可回收淀粉废水中的植物蛋白，同时废水中COD_cr以及SS都有显著下降，减轻了后续处理工艺的负荷。

　　气浮池出水流入UASB厌氧反应器，由于淀粉废水呈酸性，会使后续厌氧处理过程受到抑制，产甲烷菌不能承受低pH值的环境，UASB反应器运行的最佳pH值为6.8~7.2^[3]。因此，本工程采用出水回流的方法用出水碱度调节pH值，虽然进水pH值有波动，但并不影响反应器的正常运行。在产酸菌和产甲烷菌的作用下，将大部分的有机物分解为无机小分子物质和甲烷，剩余污泥进入污泥浓缩池，甲烷通过三向分离器收集净化处理后可以作为能源供生产、生活使用，出水则流入预曝气沉淀池。预曝沉淀池是厌氧处理单元和好氧处理单元之间的重要构筑物，其功能主要是去除厌氧出水的悬浮物和H₂S等有害气体，增加水中的溶解氧，为好氧处理创造有利的条件^[4]。预曝沉淀池的出水自流进入SBR进行好氧生物处理，以进一步降解水中的有机物。

　　调节沉淀池、UASB、预曝沉淀池、SBR等处理单元产生的污泥排入污泥浓缩池进行浓缩，提高污泥的含固率，使污泥含水率低于95％。污泥经浓缩后进入污泥脱水间进行机械脱水，产生的泥饼外运，污泥浓缩池上清夜及机械压滤液回流至调节沉淀池再继续处理。

　　3.各主要构筑物介绍

　　3.1 调节池

　　此处调节池采用矩形对角线出水的均质调节池。该调节池的特点是出水槽沿对角线方向设置，废水由左右两侧进入池后，经过不同的时间才流到出水槽，使出水槽的混合废水是从不同时间内流进来的，也就是说其浓度是不相同的，这样就达到了自动调节均和的目的^[5]。由于淀粉废水中含有大量的悬浮物质，考虑到要回收废水中的大量植物蛋白，调节池设机械搅拌装置，通过机械搅动阻止废水中悬浮物质的沉淀。调节池采用钢筋混凝土结构，容积250 m³，池体尺寸为14.0m×6.0m×3.5m，停留时间6h。

　　3.2 气浮池

　　由于废水的固体悬浮物含量很高,且含有大量的蛋白，所以设一气浮池,分离提取蛋白质,提高经济效益，同时减轻后续处理构筑物的压力。此工艺选用压力回流溶气方式。回流溶气方式是将气浮池的部分出水(总水量的20%)回流加压溶气后与进水混合进入气浮池。回流溶气气浮具有溶气罐容积小，气泡分散度高且比较均匀的优点，但气浮池容积较大。絮凝剂采用计量泵投加，PAC配制成浓度为5％－10％的水溶液，加入量为废水量的1％－2％； PAM配制成0.05％－0．1％的水溶液，加人量为废水量的2％－4％。气浮池平均水深2m,净容积24m³。选取TS-V型的溶气释放器和TR-4型的压力溶气罐,溶气罐容积0.625m³，直径0.4m，所需空气量0.025m³/min。

　　3.3 UASB反应器

　　UASB反应器采用半地下式钢筋混凝土结构，为了满足池内厌氧状态并防止臭气散逸，UASB池上部采用盖板密封，出水管和出气管分别设水封装置。由于SBR的水回流，此时进入UASB的水量为1500m³/d,反应区容积为1615m³，采用3座UASB并联运行，则单个UASB反应区的容积为538.3m³,处理水量为62.5m³/h。在常温(20℃～25℃)运行，容积负荷为6.0kgCOD/(m³.d)，沉淀区表面负荷0.649m³/(m².h)，反应区水力停留停留时间8.6h。

　　3.4 预曝气沉淀池

　　预曝气沉淀池采用平流式沉淀池，钢筋混凝土结构，池子有效容积3.6m³，尺寸为：7.2m×0.5m×1.56m，每小时所需空气量6.25m³/h。

　　3.5 SBR反应器

　　考虑到进水的连续性，采用两个SBR反应器并联运行,一个反应池进水完成后，停止进水，在进行曝气、沉淀、出水等工艺时，另一反应池进水。池子为钢混结构，反应池容量1000m³,尺寸为：20m×10m×5m，BOD-污泥负荷0.3kg/(kg.d),曝气池内MLSS浓度2000mg/l,一周期运行时间8h，其中进水4h，曝气3h，沉淀0.5h，排水0.5h。曝气阶段每池供氧量9.685kgO₂/h，排出比为1/4。

　　4.工程的启动运行

　　4.1 UASB的启动

　　接种污泥取自城市污水厂的絮状消化污泥，污泥体积25m³。经筛网过滤后污泥投加UASB反应器，注入淀粉废水浸泡。在启动开始阶段采用间歇进水，同时由于甲烷菌活性在酸性条件下会受到抑制，UASB反应器内的最佳ph值为6.8～7.2，在启动开始时应投入石灰调节PH值在6.5～7.5范围内，后逐步用出水回流调节PH值，控制出水回流比为1：0.5。待出水COD_cr去除率达到80％时，再增加进水量和进水频率，控制COD_cr容积负荷由2.0kgCOD/(m³.d)逐渐提高到6kgCOD/(m³.d)，每阶段以COD_cr去除率为指标，当出水COD_cr去除率10天内稳定在80％左右时，方可进入下一阶段提高负荷。运行3个月后，反应器内污泥浓度逐渐增大，产气量稳定，COD_cr去除率稳定在90％左右。

　　4.2 SBR的启动

　　SBR启动时接种污泥与UASB接种污泥取自同一城市污水厂，污泥浓度为3000mg/l，考虑到废水中含磷量较少，达不到活性污泥对微生物的需求，因此需连续投加磷肥。开始时闷曝至污泥呈现黄褐色后逐步加大水量，每曝气10小时后静置停留2小时，排出1/3的上清液再补充新鲜污水，经过3个多月的调试后进入稳定运行期。

　　5．主要技术经济指标

　　废水处理站工程总投资：282.5万元。其中：土建构筑物：176.5万元；设备：77.4万元；间接费用：28.6万元。工程运行费用如下：

　　动力费：废水处理站总装机容量为110kW，实际工作容量为75kW。每m³废水处理费用为：75×0.5×24/1000=0.90元/m³。

　　人工费：操作人员以6人计，每人月工资1000元，人工费为：（6×1000）/（30×1000）＝0.20元/m³废水。

　　药剂费：药剂费按1500元/d记，每m³废水处理费用为：1500/1000=1.50元/m³。

　　总运行费用为：2.6元/m³废水。

　　在运行过程中每m³废水可提取蛋白饲料5.0kg，按1150元/t计算，每m³废水可产生效益5.75元。 每年可以提取蛋白饲料1750t，UASB处理过程中每m³废水沼气产量约为1.90m³，按0.50元/m³记，每m³废水可产生效益0.95元，去除厌氧冬季加热费用，沼气效益约为0.50元/m³。效益合计为：6.25元/m³，去除运行费用，处理每m³废水可获得3.65元的额外经济效益。

　　6.工程运行情况

　　经过近半年的调试运行，出水水质较好，国家法定环境监测单位对工程出水进行监测，结果为：CODcr 80.7mg/L；BOD 18.9 mg/L；SS 50.7 mg/L；pH 7.43；色度 7倍。各处理单元出水检测结果（平均值）见表2。

　　表2 检测结果

　　Tab2  Examined result

　　7.结果与讨论

　　（1）絮凝气浮法能有效的去除淀粉废水中的悬浮物、降低废水COD_cr，同时能获得较高的蛋白饲料回收率。

　　（2）絮凝剂的投加比例以及投加量对COD_cr的去除率有很大的影响，在工程运行实践中如果能够更精确确定絮凝剂的最优投加比和投加量，不仅可以得到更好的出水水质，而且能够减少运行费用，提高经济效益。

　　（3）UASB运行过程中，可以通过出水回流调节pH值在产甲烷菌的适宜范围内，节省了投加石灰调节pH值的运行费用。

　　（4）厌氧菌对温度比较敏感，在温度较低时，活性降低甚至死亡，因此冬季运行时需对UASB反应器进行加温，可以利用反应器产生的沼气作为能源提供UASB所需的温度，使资源得到充分利用。

　　（5）由于出水水质较好，可对出水进行深度处理，处理水可回用于厂区绿化、浇洒道路以及厕所杂用水。

　　参考文献：

　　[1]  严瑞楦，水处理剂手册[M]，北京：化学工业出版社，2000.
　　[2]  范谨初，混凝技术[M]，北京：中国环境科学出版社，1992.

　　[3]  王凯军，秦人伟，发酵工业废水处理[M]，北京：化学工业出版社，2000.

　　[4]  李坚，环境工程设计基础[M]，北京：化学工业出版社，2005.

　　[5]  张自杰，顾夏声，排水工程[M]，北京：中国建筑工业出版社，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