厌氧—好氧工艺处理柠檬酸废水
1 水质、水量的确定
根据企业现有排水管路，所排放的废水主要包括浓废水和淡废水两部分，浓废水主要包括废糖水原液和洗糖水。排放废水处理后要求达到《污水综合排放标准》GB 8978—1996味精工业二级标准，废水水质、水量及排放标准详见表1。
表1 废水水质、水量及排放标准
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排放废水 |
水量 |
PH值 |
CODcr |
BOD5 |
SS |
氨氮 |
|
浓废水 |
700 |
5-5.5 |
16000 |
6500 |
450 |
60 |
|
淡废水 |
700 |
5.5-6.0 |
1500 |
650 |
400 |
10 |
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合计 |
1400 |
|
8750（均值） |
3750（均值） |
425（均值） |
35（均值） |
|
标准值 |
|
6-9 |
300 |
150 |
200 |
25 |
2 工程设计
2.1 工艺流程
由车间排放的浓废水自流至浓水调节池，调节pH后由污水泵提升至UASB反应器，出水一部分回流至浓水调节池，它与UASB反应器形成集调节、厌氧降解为一体的处理系统;一部分自流至曝气调节池与淡废水混合，经曝气后由污水泵提升至沉淀池形成一级好氧系统;此时沉淀池出水已近达标，再自流至接触氧化池、气浮池进行好氧生化和物化处理(见图1)。
2.2 设计参数的确定
工程设计中着重强化厌氧处理单元，同时好氧工段采用较低的负荷，以稳定剩余污泥，减少污泥排放量，改善污泥脱水性能，具体设计参数见表2。
3 处理效果和处理成本
3.1 处理效果
工程属省控污染治理项目，山东省环保局委托泰安市环保监测站于1999年10月8日—9日进行了为期两天的现场采样、监测。监测项目为pH、CODCr、BOD5、SS、NH3-N、流量共6项，
监测频率每天采样4次，均测单样，监测结果见表3。
表2 处理设施设计参数
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设施名称
|
参数
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附属设备
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备注
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浓水调节池
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HRT＝８h
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简易石灰中和筛
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现石灰投加量200kg/d
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|
污水泵
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N=7.5kw，一用一备
|
||
|
UASB反应器
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NV=8.0kgCOD/(m3.d)
q=2.25-0.5m3/(m2.h) |
三相分离器均匀布水器
|
设备自制
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|
曝气调节池
|
HRT=.5h
NV=3.2kgCOD/(m3.d) |
微孔曝气器
|
共300只
|
|
污水泵
|
N=7.5kw,二用一备
|
||
|
竖流式沉淀池
|
HRT=3.5h
q=1.0m3/(m2.h) |
|
污泥回流比R=30%-35%
|
|
接触氧化池
|
HRT=20hNV=1.0kgCOD/(m3.d)
|
微孔曝气器
|
共500只
|
|
组合填料
|
共800m3
|
||
|
气浮池
|
处理量Q=60m3/h
|
溶气系统、加药系统等
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机房
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建筑面积=200m2
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风机
|
N=55kw,利用原有建筑物
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污泥浓缩池
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有效容积=200m3
|
污泥浓缩机
|
因资金所限未上
|
|
均质池
|
有效容积=25m3
|
泥浆泵
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|
|
污泥干化池
|
干化面积=200m2
|
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表3 污水处理工程监测结果
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监测点位 |
监测指标 |
||||||
|
PH |
CODcr |
BOD5 |
SS |
氨氮 |
流量 |
||
|
浓废水入口 |
最高值 |
5.89 |
20400 |
8164 |
472 |
69.0 |
890 |
|
最低值 |
4.66 |
11000 |
4395 |
391 |
49.2 |
430 |
|
|
平均值 |
5.43 |
16388 |
6555 |
421 |
61.0 |
675 |
|
|
淡废水入口 |
最高值 |
5.47 |
6385 |
2623 |
392 |
6.0 |
871 |
|
最低值 |
4.34 |
182 |
66 |
89 |
3.9 |
644 |
|
|
平均值 |
5.21 |
1481 |
519 |
153 |
5.2 |
750 |
|
|
总排口 |
最高值 |
7.54 |
220 |
20.9 |
104 |
0.697 |
1656 |
|
最低值 |
6.80 |
126 |
11.2 |
56 |
0.338 |
1124 |
|
|
平均值 |
7.12 |
170 |
15.6 |
77 |
0.465 |
1425 |
|
|
标准值 |
6-9 |
300 |
150 |
200 |
25 |
|
|
监测结果表明，治理工程设计合理，处理效果明显，排污口废水中的污染物达到国家规定的相应排放标准。
3.2 处理成本
工程总投资307万元，处理成本主要包括动力费，人员工资、福利，药剂费，工程折旧和设施维修费等，其经济技术指标见表4。
表4 工程经济技术指标
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工程规模 |
工程投资 |
工程占地 |
总处理成本 |
直接费用 |
定员 |
COD削减总量 |
电耗 |
|
1400 |
307 |
3200 |
1.20 |
0.59 |
19 |
10.2 |
0.93 |
4 工程特点
工程设计中结合水力澄清池和IC厌氧反应器的特点对进液布水系统进行了精心的研究，采用8套均匀布水系统(每套服务面积36m2，可独立操作运行，通过人工控制可灵活调节各布水系统水力负荷，也可使整个系统形成脉冲进水);为提高局部进水点的流速，增强系统布水均匀性，设计采用较小的开孔比(15%)以形成污泥与进液间充分的接触、最大限度地利 用反应器内的污泥和有效容积，防止反应器内形成沟流和死角;对于三相分离器，设计成双层分离隔板，采用适宜的表面负荷q=0.25～0.5m3/(m2·h)和较低的出水堰负荷qL=0.08～0.16L/(m·s)，使三相分离器能保留尽可能多的污泥和排放沼气，提高出水净化效果。
由于工程在设计中较好地解决了均匀布水、三相分离等问题，UASB反应器的出水水质澄清、呈青灰色(感官与城市生活污水相似)，COD去除率高(平均去除率达94.9%),启动周期短、调试迅速(三个月)，污泥床内形成了颗粒污泥(质软、有韧性，粒径在0.5～1.5mm之间)，污泥沉降性能好。整个工程具备以下特点：
①生化处理(厌氧、好氧单元)始终处于较高的处理水平，固液分离效果明显，总排口CODCr去除率达98.5%，BOD5去除率达99.6%，SS去除率达97.3%，氨氮去除率达99.0%。
②工程厌氧处理系统对温度变化适应性强。整个调试期间水温在25～55 ℃间变化，厌氧处理单元都能达到满意的处理效果。由于生产过程中排放的废水水温较高(80 ℃)，根据气温变化，可通过调节淡废水水量将厌氧反应池内的水温控制在适宜的范围内，设计中不需另考虑 热交换设施。
③工程厌氧处理系统抗冲击负荷能力强。生产过程中排放的废水量大、呈周期性变化，浓废水CODCr浓度从40000mg/L到5000mg/L不等，每班(8h)为一变化周期，瞬时COD容积负荷从3kgCOD/(m3·d)到35 kgCOD/(m3·d)变化，但只要日平均容积负荷约为8 kgCODCr/(m3·d)，厌氧出水水质就能稳定在1 000 mg/L左右，因此，总排口出水水质波动不大。
④接触氧化池出水中有机污染物多以溶解状态存在，经气浮处理COD去除率不高(≤15%)，故企业实际运行中气浮设施基本不开，只有当接触氧化池出水COD≥200mg/L时才启动气浮设施，实际运行费用较表4所列数据低。
⑤由于进水COD以溶解状态存在，且绝大多数COD是通过厌氧反应去除的，而好氧工段采用 较低的负荷，虽然调节曝气池容积负荷较高[3.2 kgCOD/(m3·d)],但因活性污泥浓度较高MLSS=6500mg/L)，其污泥负荷并不高[0.49 kgCOD/(kgMLSS·d)]，故剩余污泥排放量较低，沉淀池每天排放污泥20m3，厌氧剩余污泥自调试以来(半年)共排放80m3。
5 经验与总结
① 柠檬酸废水浓度高，厌氧反应池处理效果的好坏是整个工程造价和运行成本高低的关键，为此本工程采用并强化了运行稳定、效果优良的UASB厌氧处理技术，以最大程度 地提高厌氧处理元的CODCr去除率。
②以瓜干为原料的发酵废水通过生化处理可以达到较高的COD去除率，但废水中的色度很难解决，最终出水经混凝气浮也难以达到满意的效果，物化工段色度去除率≤30%，氯氧化或臭氧氧化因成本过高未采用，因此工程最终出水澄清但呈黄色，与淡茶水相似。
③柠檬酸废水pH较低、呈酸性，在进入UASB前(特别是调试初期)应对其进行调节，使废水呈中性。原设计采用变速中和滤塔调节来水pH，由于企业资金紧张，故尝试在浓水调节池上改用简易石灰筛网。实践表明，该设施运行简单、效果稳定、成本较低，宜于在中、小型废水治理工程中使用。
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