UASBSBR工艺处理淀粉废水的试验研究毛海亮

2004年第十一期中国水污染防治技术装备论文集CollCeti哪of入讲口ofr以i川曰.认厄姗Polluti翻ConOrtI介chnolo口.闻匆ui脚能ntUASB一SBR工艺处理淀粉废水的试验研究毛海亮,朱鸣跃,邱贤锋(上海船拍运愉科学研究所)摘要:介绍了升流式厌氧污泥床反应器(UsA)B一序批式活性污泥法(SBR)处理淀粉废水的工艺,详细叙述了该类废水的特点、试验系统组成、UsAB的启动至污泥顺粒化的过程,以及处理效果。试验结果表明,该处理系统具有耐冲击负荷、处理效果稳定、运行管理简单、运行成本低等特点。废水经顺粒化UAsB稳定处理后,出水Coo可降到500雌L/以下,然后经SBR稳定处理后,出水COD可降到100gmL/以下。关健词:淀粉废水:口ASB:颗粒化:SBR1前言二十儿年的改革开放,使我国的农业特别是粮食生产有了很人发展,与之相关的淀粉工业也取得了很大发展。目前我国淀粉年产盘已达400万t,生产企业600多家,按现在的加工工艺,每生产1t淀粉平均产6t废水,可见整个淀粉行业每年产生的废水是相当可观的,因此搞好淀粉废水治理显得十分重要。由于该类废水Coo很高,常规好氧处理工艺难以达标排放。如何选择和采用高效、低成本的处理工艺是治理此类废水的技术关键。本文通过试验来考察以SB一SBR工艺处理淀粉废水的特性、效果,以期为工程应用提供有价值的启动、运行参数和设计依据。2淀粉废水的来源及其特性在淀粉的生产工艺中,玉米、土豆是最常见的淀粉生产原料,麦粉、燕麦以及其它富含淀粉的植物块根(如木薯)等也可以作为生产淀粉的原料.通过淀粉加工工艺可知,其生产过程会排放出含有大量有机物(不溶蛋白、可溶蛋白、无机盐及糖类)的工艺水(中间产品的洗涤水、各种设备的冲洗水)和原料浸泡水。在上海地区,各企业主要是以小麦粉为生产原料,高浓度的淀粉废水主要来自小麦粉的洗涤、分离过程。通过对上海几家淀粉企业的综合废水排放口进行取样分析,测得其综合排放废水的性质如见表l所示.衰1淀粉度水水质210至5oo3.5至CO.Drmg/L7000至12000日OD:呱L/3800至6000SSmg/L玻度叫心C田LS认2-.9/LPO,Mg/L氨氮mg/LVFAmg/L少盘或未检出2507左右5左右至500从上表可见该类废水有以下儿个特征:l)PH呈酸性:2)很高的有机物浓度,COD浓度卫生一一一-三盗鱼圣三丝丝些丝圣艺丝丝丝鳌鱼奎的述些纽塞-~一一—一般在7~129/L:3)较高的即O与Coo比值,表明该废水较易于生物处理。3工艺流程确定墓于淀粉废水易于生化的特性,通过对多种处理工艺的比较分析,本试验系统拟采用USAB和SBR两级串联的生化工艺,该工艺具有处理效率高,投资运行费用低、工艺先进等特点.其中US^B(上流式厌氧污泥床)自70年代产生以来得到了不断改进和发展,它在处理高浓度有机废水方面与其它生物处理工艺相比具有以下儿大优点:(l)成本低1)运行过程中不需要嗯气,一般每除去kIgCOD需消耗l~l.kZ,·h电,因此比好氧工艺节省大t电能,降低运行成本。同时产生的附属产品甲烷气可作为能源进行利用。2)产生的剩余污泥仅占传统好氧法的1/10~l6/,且污泥脱水性好,不需添加脱水剂、不用消化处理,降低污泥处置费用。颗粒化污泥还可作为种泥出售给新运行的废水处理厂.3)对废水中氮和磷的需求仅为好氧法的l5/~l3/,因此可不添加或少添加营养盐.(2)反应器负荷高、体积小、占地少。UASB厌氧反应器的容积负荷远远大于好氧方法和传统的厌氧工艺.表2为UABS厌氧反应器的负荷和其它方法的比较。裹2以S日与其它方法容积负荷比较工艺类型容积负荷·(k邪OD/斌.d)好活性污泥法氧常规完全混合具有硝化作用延时呀气0.75一l生物膜法l一1.50.5一4.8传统厌氧工艺UASB5一25厌氧(3)运行简单,规模灵活.UABS厌氧工艺由于利用颗粒污泥使生物体固定化以及不需要氧的传递,不会发生二次沉淀池运行失当,所以可使其运行简单化.UABS的规模可大可小,较为灵活,特别有利于分散的点源治理。反应器内的厌氧颖粒污泥可进行长时间保存而不丧失其活性,容易进行再次启动运行。(4)二次污染少。由于好氧睡气从废水中吹脱出来的物质会产生二次污染,而USAB厌氧工艺却不存在这一问题。尽管USAB在处理高浓度有机废水方面有那么多优势,但其出水浓度仍较高,不能直接排放,还需进行后续好氧处理,即形成“厌氧一好氧”的处理工艺,这里我们采用SBR工艺,因为它具有规模灵活,操作方便(易与实现全自动运行),运行稳定,处理效果好等特点,适合于UsAB出水的后处理。由于绝大部分有机物通过UAsB被除去,因此采用SBR后处理,其规模已小了许多,整个系统的投资和运行费可明显减少。4试验装!与方法4.1工艺流程和试验装工该工艺的流程如图l所示。毛海亮等:调节以S卜BsR工艺处理沈粉度水的试脸研究厂厂了]]])))...UUU朋B出术术二二}:::调调节节~斗电.r一二一下图1Auss一8sR污水处理流程主要工艺流程为:污水先进入调节槽进行预处理(调节pH、加营养剂、沉淀等).然后由蠕动泵按一定流量泵入UASB反应器底部,污水白下而上经过反应器反应区和三相分离器后流入一级出水槽,出水再经SBR好氧处理后排放。厌氧反应产生的沼气通过水封装置后再经湿式气体流量计计量后燃烧排放.由管道泵将加热水箱中的热水循环泵入夹套,保证反应在适宜的温度下进行。本试验系统主要组成:(1)UASB试验反应器:由不锈钢制成,反应器有效容积70L,总高度为25O0mm。反应器内径为22Omm,外设加热夹套。反应器上配有温度传感器,PH传感器,可对反应过程进行实时监测和相应自动控制。(2)调节槽:由碳钢制成,有效容积为ZOOL,用于污水的储存和预处理。(3)组合槽:由碳钢制成,分UsAB出水槽和加热水槽。其中UASB出水槽的有效容积为gOL,用于储存UASB的出水和沉淀、排放厌氧污泥。加热水槽的有效容积为50L,内设电加热器,用于提供夹套加热所需的热水。(4)水封罐:由PvC制成,有效水位可在0~300mm调节.用于调节三相分离器的气、水界面,同时具有阻燃作用,保证设备的运行安全。(5)SBR反应楷:由碳钢制成,有效容积为60L,用于对UABS出水的好氧处理,以保证出水达标。(6)控制系统:由带PcL的控制箱和带NITOUCH软件的上位机组成,用于对系统所属设备的自动控制及实时监控。4.2分析项目与方法按照国家环保总局《水和废水监测分析方法》中的标准方法常规监测,主要分析项目、分析方法(仪器)及分析频率见表3.表3分析项目、分析方法及分析频率分析项目分析方法和仪器CO压*日OD。PHTSS、VSS重铬酸钾法滴定,撼国州4000比色分析仪侧定德国价甘的日阅分析仪侧定国产的PHS一30曲度仪侧定标准里盈法侧定采用!」本岛津的佣~弘气相色讲仪分析频率l一2次/d按运行需要l次/lh按运行需要按运行需要毛海亮等:以SB-SBR工艺处理沈粉度水的试脸研究试验过程中的温度和流t通过份Pz温度传感器和姗动泵转速换算进行测量记录.5试验运行和效果5.1试验用水废水取自上海浦南筋粉厂废水排放池,其水质情况参见表1。5.2UASB运行情况以BS反应器运行分为三个阶段,即污泥接种、提负荷和稳定运行期5.2.1污泥接种以厌氧颗粒污泥作为UABS的启动接种污泥是最好的选抒,但是国内目前运行良好的厌氧反应器较少,可以利用的厌氧颗粒污泥源有限,据有关文献介绍在无颗粒污泥源时,应用最多的种泥是污水处理厂污泥消化池的消化污泥.因此本试验接种污泥取自上海绿苑淀粉公司污水处理站的消化污泥,污泥呈黑褐色糊状,MLVSS/MSLS为0.9;另一部分取自曲阳污水厂的好氧剩余污泥,以增加厌氧接种污泥菌群范围。其MLvSSM/LSS为0.72;两种污泥的混合比例约为3:l,污泥经混合、淘洗、稀释后作为接种污泥加入UABS反应器,接种后的平均污泥浓度MLSS为6.33kgSS/m,,知LVSS/MLSS为0.63。污泥进入以sB反应器后,注入一定浓度的淀粉废水,同时进行夹套加热,控制升温度速率为l℃/12h,直至反应区温度达到35℃。静止2h4后开始间歇进料。该阶段主要目的是使污泥逐渐适应新基质,并提供适宜的营养成分,逐步提高污泥活性,因此不追求反应器的负荷、处理效率和出水质量.启动初期控制进水COD浓度为1Oon~1500mgL/,容积负荷为0.45k解oD/耐·d,温度控制为35士1℃.装置经过近30犬驯化后,当容积负荷增加到2~2.k2解ODm/:,·d时,装置Con去除率达到75%以上,出水水质稳定,表明污泥己完成驯化,反应可进入提负荷期.5.2.2提负荷期提负荷是运行的重要阶段,该阶段主要目的是完成污泥颗粒化的定向培养,为反应器高效、稳定运行创造条件。负荷增加可以通过增加进水浓度或增人进水量来进行,但侮次负荷增加应避免负荷增加过快引起反应器产生酸化、污泥漂浮、菌种大量流失等不良反应,同时也应避免负荷增加过慢造成营养缺乏而不利于颖粒污泥的形成。本试验提负荷的操作要点为:(1)先稳定进水流盘,再提高进水浓度的方法来提负荷,直至原水进料(平均进水浓度7000~8000口gL/).因为对于高浓度废水,反应的接触混合主要是通过气力分级而不是水力分级。进水基质增加,产气增加,大里气泡的上浮促进泥水混合,这对颗粒污泥的形成有利。试验过程也表明,负荷增加到由原水直接进料时,装置内己有颗粒污泥形成,颗粒直径Ilum左右。(2)每天监测Coo和pH,并不定期测定出水V队浓度。当出水V队在20m0gL/以下,COD去除率达到8昨以上,出水区pH)7.0时即可提负荷,负荷增幅(主要是进水浓度的提高)不必过分注重有关文献推荐的数值,而是严格要按上述控制指标作为提负荷依据。一旦发现pH6.8,Coo去除率低于7既,出水vFA高于4O0m岁L就应立即降低负荷,甚至停止进料,等反应器内各项指标正常后再进液或继续提负荷.(3)采用原水浓度进液后,提负荷主要通过增大进水流址的措施来实现,每次负荷增毛海亮等:以SB一SBR工艺处理沈粉度水的试脸研究幅应小于15%为宜,且每阶段需有一稳定期(一般3~5天),一旦发现pH6.8,Coo去除率低于70%,出水区有大t污泥(包括颗粒污泥)流失,就应立即降低进水流量,待反应器适应后再小幅增加。(4)补充微里金属离子特别是补充铁、_镍、钻等离子能促进USAB反应器生物比活性的明显增加,即可以增加USAB反应器内单位质量微生物中活细胞的浓度以及它们的酶活性,加快颗粒污泥的形成。通过以上操作要点,当试验容积负荷提升到k5邪OD/m,·d时,反应器内已有小颗粒污泥出现,直径Ilum左右.当试验容积负荷提升到8~10k邪OD/耐·d时,反应器下部充满了大量的黑色颗粒污泥,直径3~smm。Con去除率达到85%以上,出水稳定,试验可进入稳定运行期。5.2.3稳定运行期随着厌氧颗粒污泥的大量形成,USAB装置高负荷和高效率运行的优势就体现了出来,装置抗冲击负荷的能力有了进一步提高,处理效果稳定。此阶段进水COD一般在6000~8000mgl/,最大进水COD为1200Om岁:L平均水力停留时间为巧~1h8,最低水力停留时间为1h3:在此运行工况下的容积负荷达到8~19k抓ODnI/,·d二COD去除率达到8%5~9%6.出水COD在250~1200mg/L范围内,主要波动区l’ed为300~500mg/L,出水比较稳定,为后续SBR稳定处理创造了条件。5.3SBR运行情况以BS进入稳定运行期的同时,开始启动SBR反应器进行后续好氧处理,活性污泥取自大楼生活污水处理站SBR曝气池内的混合污泥,SBR反应器经20天的驯化调试后完成活性污泥培养,SBR反应器中混合液浓度MLSS可达400枷gL/左右,污泥经过镜检.发现有大堆钟虫和轮虫出现。BSR出水coD达到loomgL/以下.出水清澈。5.4试验运行效果淀粉污水通过初沉、pH调节预处理,经UAsB和SBR联合处理,出水Coo