陜西某食品有限公司是一家集食品研發(fā)、生產(chǎn)、銷售于一體的大型農(nóng)業(yè)產(chǎn)品深加工基地，公司總部座落在廣東，主要產(chǎn)品包括豆奶粉、燕麥片等。生產(chǎn)廢水主要來源于豆奶粉生產(chǎn)過程中的泡豆?fàn)C豆廢水、糖漿車間產(chǎn)生的清洗廢水等，其特性是有機(jī)物（蛋白質(zhì)、淀粉、糖）含量高，易腐敗，但不含有害物質(zhì)，易降解等，廢水呈弱酸性。針對(duì)高濃度易降解有機(jī)廢水，其處理工藝已日趨成熟，當(dāng)前的主要任務(wù)在于開發(fā)高效、穩(wěn)定、低耗的處理技術(shù)從而降低處理成本。UASB 反應(yīng)器具有污泥床內(nèi)生物量多、容積負(fù)荷高、去除率高、出水水質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)，本工程進(jìn)行了UASB+ 兩級(jí)接觸氧化+ 混凝沉淀組合工藝處理高濃度有機(jī)廢水的可行性研究。
1 廢水來源及排放標(biāo)準(zhǔn)
豆粉生產(chǎn)廢水900 m3/d，濕法無腥速溶豆奶粉生產(chǎn)過程中需要浸泡大豆、燙豆鈍化，產(chǎn)生泡豆廢水、燙豆廢水。糖蜜廢水100m3/d，淀粉經(jīng)發(fā)酵后生成糖蜜，對(duì)糖蜜和淀粉漿的混合物進(jìn)行過濾、提純后得到成品的糖漿，濾布、管道、容器的清洗即形成糖蜜廢水，該廢水濃度很高且變化大，多集中在上午時(shí)段排出。
本工程廢水設(shè)計(jì)水量擬為1 200 m3/d （考慮20%的設(shè)計(jì)余量），出水水質(zhì)執(zhí)行污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（GB 8978－1996）排放標(biāo)準(zhǔn)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。廢水設(shè)計(jì)水質(zhì)及排放標(biāo)準(zhǔn)見表1。
2 廢水處理工藝流程
2.1 工藝流程
豆粉生產(chǎn)廢水和糖蜜廢水分別由暗渠流入格柵中和池，在格柵池中設(shè)有粗細(xì)格柵，利用粗細(xì)格柵攔截一些大的懸浮顆粒物及隨廢水流出的豆粒，攔截下來的物質(zhì)通過人工定期清理。由于廢水呈弱酸性，所以廢水進(jìn)入U(xiǎn)ASB 反應(yīng)器之前需要調(diào)節(jié)pH，本工程設(shè)計(jì)用氫氧化鈉來調(diào)節(jié)廢水的堿度，氫氧化鈉的投加由pH 儀和電動(dòng)閥自動(dòng)控制。格柵中和池出水進(jìn)入集水池。豆粉生產(chǎn)廢水經(jīng)提升進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓格柵，去除豆粒和細(xì)小的豆粉后進(jìn)入調(diào)節(jié)池；糖蜜廢水經(jīng)提升進(jìn)入氣浮機(jī)，利用空氣的浮選去除廢水中的淀粉顆粒，有效降低廢水的難溶有機(jī)物濃度后進(jìn)入調(diào)節(jié)池。由于各個(gè)時(shí)段排出的廢水濃度和水量均不相同，故設(shè)廢水調(diào)節(jié)池來調(diào)節(jié)水質(zhì)、水量。在廢水調(diào)節(jié)池中通入空氣攪拌，使廢水混和更加均勻并防止顆粒物沉淀。調(diào)節(jié)池的后端設(shè)計(jì)一個(gè)加熱池，加熱池中設(shè)有蒸汽加熱管，冬天氣溫低時(shí)通過蒸汽加熱廢水，保證生化處理系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)需要的溫度。
調(diào)節(jié)后的廢水由泵提升至UASB 反應(yīng)器。UASB 反應(yīng)器利用該池中生長(zhǎng)的兼性菌群在缺氧的條件下，將廢水中的有機(jī)物質(zhì)如蛋白質(zhì)、淀粉、糖等高分子物質(zhì)分解成氨基酸、單糖和脂肪酸等小分子的有機(jī)物，為后續(xù)的好氧生物處理創(chuàng)造條件。UASB反應(yīng)器配水采用脈沖布水器布水，能加大進(jìn)液管的瞬時(shí)流量，有效解決進(jìn)液管的堵塞、布水的均勻性和反應(yīng)器內(nèi)充分傳質(zhì)之間的矛盾；能依靠脈沖水力來攪拌厭氧污泥來強(qiáng)化傳質(zhì)過程及承托起懸浮污泥層，不受水力條件影響，使產(chǎn)生的沼氣受脈沖攪拌的影響而及時(shí)的分離出去；能通過脈沖布水間歇攪拌污泥，使污泥不斷進(jìn)行上升- 下降過程，加快顆粒污泥的形成，提高反應(yīng)器的處理效率。
UASB 反應(yīng)器出水自流進(jìn)入兩級(jí)接觸氧化池，有效去除COD 和NH3-N。在一級(jí)接觸氧化池后增設(shè)生化沉淀池，一級(jí)接觸氧化池出水在生化沉淀池中進(jìn)行泥水分離，污泥通過污泥泵全部回流至UASB 反應(yīng)器。通過污泥回流能增加UASB 反應(yīng)器的污泥濃度，硝解廢水中的氨氮并降低后序處理工序的污泥處理負(fù)荷。生化沉淀池出水進(jìn)入二級(jí)接觸氧化池，二級(jí)接觸氧化池在不同的有機(jī)物種類和濃度條件下，可培育出與一級(jí)接觸氧化池不同的優(yōu)勝菌群，更能發(fā)揮好氧菌的處理效率。二級(jí)接觸氧化池出水在后續(xù)的物化沉淀池中進(jìn)行混凝沉淀處理，出水進(jìn)入清水池通過計(jì)量槽排入城市下水道。
2.2 主要構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)
格柵中和池：鋼混結(jié)構(gòu)，尺寸為3.8 m×1.0 m×1.0 m（2 座）；
調(diào)節(jié)池：鋼混結(jié)構(gòu)，尺寸為12.1 m×7.0 m×4.0 m（1 座），HRT 為6.0 h；
UASB 反應(yīng)器：鋼混結(jié)構(gòu)，尺寸為12.0 m×7.3m×6.5 m（2 座），有效容積1 000 m3，COD 容積負(fù)荷6.0 kg/(m3·d)，HRT 為20.0 h；
一級(jí)接觸氧化池：鋼混結(jié)構(gòu)，尺寸為14.9m×4.5m×5.7 m（3 座），9.1 m×4.5 m×5.7 m（1 座），有效容積1 283 m3，BOD5容積負(fù)荷1.32 kg/ (m3·d)，HRT 為25.6 h，組合填料970 m3（填料高度4 m）；
生化沉淀池：鋼混結(jié)構(gòu)，尺寸為5.5 m×4.5 m×5.7 m（1 座），表面負(fù)荷2 m3/(m2·h)，有效沉淀面積25 m2；
二級(jí)接觸氧化池：鋼混結(jié)構(gòu)，尺寸為14.9 m×3.6m×5.3 m（2 座），有效容積536 m3，BOD5容積負(fù)荷0.5 kg/(m3·d)，HRT 為10.72 h，組合填料320 m3（填料高度3 m）；
物化沉淀池：鋼混結(jié)構(gòu)，尺寸為12.9 m×4.5 m×5.0 m（1 座），表面負(fù)荷1.0 m3/(m2·h)，有效沉淀面積52 m2，內(nèi)置Φ50PVC 斜管填料；
清水池：鋼混結(jié)構(gòu)，尺寸為4.5 m×1.7 m×5.0 m（1 座），有效容積33.6 m3；
污泥濃縮池：鋼混結(jié)構(gòu)，尺寸為3.0 m×3.0 m×5.0 m（2 座），有效容積84 m3。
3 工程調(diào)試運(yùn)行
UASB反應(yīng)器調(diào)試的核心內(nèi)容是顆粒污泥的馴化、培養(yǎng)。UASB 反應(yīng)器投入運(yùn)行前必須進(jìn)行充水實(shí)驗(yàn)和氣密性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)完成后選用同類廢水同一溫度范圍的污泥（中溫污泥）進(jìn)行接種，接種污泥濃度按20 kg/m3 計(jì)算，將含水率為80%的接種污泥100 t經(jīng)篩濾稀釋后，用污泥泵均勻輸送到UASB 反應(yīng)器。馴化過程中反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)液的溫度控制在（35±2）℃，反應(yīng)液的pH 控制在6.8～7.2，出水VFA 控制在3mmol/L 以下，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)按C:N:P=(350~500):5:1 的比例投加。UASB 反應(yīng)器的啟動(dòng)和污泥的顆粒化分3個(gè)階段：反應(yīng)器COD 負(fù)荷低于2 kg/(m3·d)的初始階段；反應(yīng)器COD 負(fù)荷升至2～5 kg/(m3·d)的啟動(dòng)階段；反應(yīng)器COD 負(fù)荷超過5 kg/(m3·d)以后的階段。初始階段UASB 反應(yīng)器COD 負(fù)荷由0.1 kg/(m3·d)開始，廢水采用出水回流稀釋后進(jìn)液（COD 進(jìn)水控制在2 000 mg/L 以下），廢水水力停留時(shí)間24 h，以鏡檢結(jié)果和COD 去除率達(dá)80%以上作為負(fù)荷增加的依據(jù)，通過降低進(jìn)水稀釋比每次增加負(fù)荷20%～30%，逐步增加至設(shè)計(jì)負(fù)荷。運(yùn)行過程中嚴(yán)格控制pH、溫度、COD、VFA 等參數(shù)，根據(jù)參數(shù)值及時(shí)調(diào)整進(jìn)水水量、濃度，保持穩(wěn)定運(yùn)行。
兩級(jí)生物接觸氧化池與UASB 反應(yīng)器同時(shí)啟動(dòng)，接種污泥濃度按4 kg/m3 計(jì)算，共投加含水率為80%的接種污泥36 t，悶曝48 h 后接受UASB 反應(yīng)器出水，連續(xù)進(jìn)水。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)按C:N:P=100:5:1 的比例投加，控制池內(nèi)溶解氧為2～4 mg/L。生化處理系統(tǒng)啟動(dòng)3 個(gè)月后基本穩(wěn)定，此時(shí)接觸氧化池填料上形成一層灰白色的生物膜，膜上的微生物主要有纖毛蟲、鐘蟲等原生生物和輪蟲等后生生物。
混凝沉淀單元運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化對(duì)于污水處理成本的控制具有重要意義。混凝沉淀系統(tǒng)調(diào)試的主要工作為通過大量的試驗(yàn)來確定PAC、PAM 的最佳投加量從而達(dá)到最優(yōu)化處理效果。經(jīng)調(diào)試，PAC（配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%）的最佳投加量為20～50 mg/L，PAM（配制濃度1‰）的最佳投加量為1～5 mg/L。
經(jīng)過3 個(gè)月的調(diào)試，系統(tǒng)調(diào)試成功并投入正常運(yùn)行，經(jīng)監(jiān)測(cè)外排廢水水質(zhì)全部符合GB 8978－1996排放標(biāo)準(zhǔn)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。穩(wěn)定運(yùn)行后系統(tǒng)對(duì)COD、BOD5處理效果分別見圖2 和圖3。由圖2 可以看出，UASB反應(yīng)器進(jìn)水COD 平均為4 571 mg/L，經(jīng)過系統(tǒng)處理后UASB 反應(yīng)器出水COD 平均為1 386 mg/L，二級(jí)接觸氧化池出水COD 平均為71 mg/L，混凝沉淀池出水COD 平均為64 mg/L，COD 總?cè)コ蕿?8.61%。由圖3 可以看出，UASB 反應(yīng)器進(jìn)水平均BOD5為2 363 mg/L，經(jīng)過系統(tǒng)處理后UASB 反應(yīng)器出水BOD5平均為704 mg/L，二級(jí)接觸氧化池出水BOD5平均為25 mg/L，混凝沉淀池出水BOD5平均為20 mg/L，BOD5總?cè)コ蕿?9.17%。
穩(wěn)定運(yùn)行后系統(tǒng)對(duì)SS、NH3-N 處理效果分別見圖4 和圖5。由圖4 可以看出，UASB 反應(yīng)器進(jìn)水SS平均質(zhì)量濃度為628 mg/L，經(jīng)過系統(tǒng)處理后UASB反應(yīng)器出水SS 平均質(zhì)量濃度為393 mg/L，去除率為37.45%，主要?dú)w功于反應(yīng)器中產(chǎn)酸細(xì)菌胞外水解酶能將復(fù)雜的不溶性有機(jī)物轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的溶解性單體或二聚體；二級(jí)接觸氧化池出水SS 平均質(zhì)量濃度為385 mg/L，較低的SS 去除率歸功于接觸氧化池中的彈性組合填料對(duì)懸浮顆粒的吸附、截留作用；混凝沉淀池出水SS 平均質(zhì)量濃度為39 mg/L，系統(tǒng)對(duì)SS 的總?cè)コ蕿?3.85%。由圖5 可以看出，UASB 反應(yīng)器進(jìn)水NH3-N 平均質(zhì)量濃度為36mg/L，經(jīng)過系統(tǒng)處理后UASB 反應(yīng)器出水NH3-N 平均質(zhì)量濃度為44 mg/L，因?yàn)閁ASB 反應(yīng)器出水NH3-N 質(zhì)量濃度是有機(jī)氮氨化增加和NH3-N 同化減少二者平衡的結(jié)果，由于豆制品加工廢水中蛋白質(zhì)含量較高，故UASB 反應(yīng)器出水NH3-N 質(zhì)量濃度反而有所增加；二級(jí)接觸氧化池出水NH3-N 平均質(zhì)量濃度為9 mg/L，NH3-N 去除率較高為79.56%，歸功于接觸氧化池內(nèi)生物膜內(nèi)部溶解氧濃度梯度的存在和異養(yǎng)硝化菌、反硝化聚磷菌等的新陳代謝所導(dǎo)致的同步硝化反硝化作用；混凝沉淀池對(duì)NH3-N的去除效果忽略不計(jì)。
4 工程投資及運(yùn)行成本分析
該廢水處理工程投資為291.9 萬元，其中土建投資為135.4 萬元、設(shè)備投資為127.4 萬元、其他費(fèi)用（設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試等）為29.1 萬元。不計(jì)折舊及維修費(fèi)，廢水處理直接運(yùn)行成本為1.23 元/m3，含電費(fèi)0.86 元/m3，人工費(fèi)0.12 元/m3，藥劑費(fèi)0.25 元/m3。具體參見http://www.jianfeilema.cn更多相關(guān)技術(shù)文檔。
5 結(jié)論
采用UASB+ 兩級(jí)接觸氧化+ 混凝沉淀能有效處理豆制品加工廢水，噸水處理直接運(yùn)行成本為1.23 元/m3，出水平均COD、BOD5為64、20 mg/L；SS、NH3-N平均質(zhì)量濃度為39、9 mg/L，出水水質(zhì)達(dá)到GB 8978－1996 排放標(biāo)準(zhǔn)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
