UASB工艺处理啤酒厂废水的生产性试验研究刘志杰

1。。3年11月中国沼气C五inaBiogas第11卷第4期UASB工艺处理啤酒厂废水的生产性试验研究刘志杰陆正禹梁永明胡纪革李静(清华大学环境工程系)(北京啤酒厂)摘要:人争论述了容积为20。。m’的生产性UASB反应器常温条件下处理啤酒度水的启动运行过程.当反应器稳定运行时,容积负荷可达6、skgCOD/(111”·d),水力停留时间为6~7小时,COD去除率达85%左右,出水COD小于500m;/.L本试脸成功地实现了UASB反应器内厌氧污泥颗粒化。培养颗拉污泥的关健技术是提供良好的营养条件、维持适当的进水碱度和适时调整水力负荷。关键词:生产性UASB反应器常温啤酒废水厌氧颗拉污泥我国现有u卑酒厂800余家,1989年年产啤酒已达吓。万吨,占世界第三位,每年排出的啤酒废水已达1.5亿m“左右.啤酒废水中有机物含量较高,COD一般为1000、2500二g/L,EOD。为100。、工soomg/L.因废水的处理设施未能跟上,处理率为5”8肠,绝大部分啤酒废水未经处理就排入水体,对水环境造成严重污染.用厌氧工艺取代传统的好氧工艺处理啤酒废水具有效能高,处理费用低,电耗省,投资少,占地面积小和污泥产量低以及能回收生物能沼气等一系列优点.至1990年9月,全世界已建成了30座生产性UASB反应器用于处理啤酒废水,总容积达6o600m吕〔`〕。清华大学环境工程系在承担“七五”国家重点科技攻关课题“高浓度有机废水厌氧生物处理技术”(编号75一59一。一03)时,在北京啤酒厂进行UASB反应器常温下处理啤酒工业废水的中试研究,通过了国家环保局主持的技术鉴定,试验成果达到八十年代国际先进水平〔,·3〕.经国家环保局推荐,国家科委组织专家评审通过,“啤酒废水厌氧生物理处技术”1990年被国家科委列为科技成果重点推广项目.1987年,清华大学环境工程系为北京啤酒厂设计了常温下处理啤酒废水的生产性UASB反应器,由于多种原因,废水处理工程于1991年10月才全部竣工.同年11月开始投入生产性运行.本文总结了生产性启动运行的结果。啤酒废水水质水量表1北京啤酒厂废水水质,.....~一~一一一一,__项目水温(℃)`口.,,.一.,.,旧..,巴.公.曰...,.,,.......,.曰.叫.,.,,..门.勺r,...r,呀.~.~..,,山`.甲.阳州丫,”n一.~.~~.~-一__.般范围8J~。2卜钧值:。6,0~13.5BOD。(口g/L)COD(mg/L)55(mg/L)TN(mg/L)TP(mg/L)碱度(xngCaCO:/L)900~23001500~4500200~150025~835~17200~70023007C043,f本文收稿日期;1992eel2一J622993年21月中国沼气第11卷第4期北京啤酒厂原年产啤酒6万吨,1987年6月扩建,1991年已扩建完成,现年产啤酒12万吨.生产旺季每日排出废水量为4。。。、5000m8.北京啤酒厂的废水主要来自麦芽车间、糖化车间、发酵车间、灌装车间及部分厂区生活污水.废水中主要含淀粉、糖类、蛋自质、纤维素等,有机物浓度较高,可生化性较好,废水水质随生产的变动变化较大,表1是废水的水质情况。处理后出水水质要求达到排入城市污水的下水道系统的水质标准(CJ18一86).`BOD。(300mg/L,COD(soomg/L,55《400mg/L,pH6~9。2处理工艺流程由于北京啤酒厂位于市区,废水处理占地面积受到限制,只对啤酒废水进行一级厌氧处理,使处理后出水能满足排入城市污水厂下水道水质标准,其处理工艺流程如图l所示.厌氧处理采用UASB工艺.关于处理工艺流程的几点说明:沼竺「二不二二1一广二衰门_一~~利用一刃竺全1竺」-L止卫以一L竺竺Jee门二望竺丁一飞三竺亚三日一-一月挤扮入下水;三卵也画呀!!!vll1’1井井井{格册册册一工毛房房污泥利用一脱脱水机机图l处理工艺流程(1)啤酒废水中含有麦皮、麦粒、洗瓶脱落的商标纸等悬浮固体,有时含量很高,这些东西进入UASB反应器会形成浮渣或占据一部分反应器的有效容积,严重时会阻塞沼气管路、恶化出水水质,故采用筛网式转鼓过滤机以去除这些杂质.(2)UASB反应器在常温条件下运行,靠废水本身的热量维持反应温度,不需外加热源.为防止冬季温度太低而影响处理效果,调节池采用地下式,UASB反应器采用半地下式,其中厌氧反应区设在地面以下.(3)啤酒废水中缺乏氮和磷营养物,且碱度较低,不能满足厌氧微生物要求.为满足废水中COD:N:P一200:5:1,需要投加一定量的尿素和磷酸盐,并要补充必要的碱度.(4)本处理流程的核心工艺是UASB反应器,其总有效容积为Z000tna,为了运行的灵活性分隔成8个小反应器,每个反应器容积为25om3.反应器高为4.6m.(5)UASB反应器产生的沼气进入沼气柜贮存,供该厂锅炉和餐厅使用,产生的沼气含H:S较低,可不必采用脱硫装置.3生产性试验情况生产性试验从199)年11月20日投入接种污泥至1992年6月3Q日共历时8个月,由于工厂年终大修及其它原因,实际上正式连续运行在春节过后1992年2月21日才开始,所以连续运行时间只有约4个月.整个启动运行期,根据运行控制条件的差异,一可分为三个阶段:污泥驯化期,逐步提高负荷期和满负荷运行期.3.1污泥驯化期1992年l月13日至l月25日进行了污泥培驯.经过初步试验,并考虑到运输、费x。。3年11月刘志杰等UASB工艺处理啤酒厂废水的生产性试验研究3用、工作强度和操作环境等因素,决定采用天津纪庄子污水厂脱水后的仄氧污泥作为接种污泥,共运回145吨污泥投入反应器,投泥完毕后立即进啤酒废水浸泡,开始了启动的第一阶段.污泥驯化期内采用间歇迸水。,随后增加到10分钟,最初每班待出水到20。、500mg/L,增加进水时间到20、40分钟.使污泥逐渐适应处理啤酒废水。8.2逐步提高负J荷期1992年2月21日起反应器开始进行连续生产运行。随着反应器厌氧污泥的增加和活性的提高,逐步提高处理负荷,该阶段共厉时二个月。连续运行开始时,正值冬季,来水温度低(17、24`C),COD浓度较高(一般在250。。盯L左右),采用低负荷运行,最初半个月进水容积负荷控制在1.skgcoD(/m“·d)以下.随着运行时间的增加,处理效率逐渐好转,20天之后,出水COD由最初的1000mg/L左右下降至40omg/L以下,COD去除率稳定在80肠以上.随后,提高容积负荷增至2.ok`COD/(m3·d)左右.至3月底,COD去除率达到85帕以上,出水清澈透明.4月初,来水的温度开始升高,继续提高容积负荷到2.skgCOD/(m”·d)左右,出水的COD仍可保持在400mg/L以下,COD去除率高于85呱,出水55一般在20。。g/L以下.沼气产量明显增加,沼气中甲烷含量达76~80肠.4月24日起再次提高处理负荷,反应器的容积负荷超过3.0k;COD/(m“·d),最初儿日,出水水质变差,出水cOD上升到70。、90om岁七。但三天后,情况有明显改观,出水水质恢复如初,COD去除率又回升到80听以上,11百且能够承受较大的冲击负荷。这时取反应器内污泥观察,发现污泥性质有了明显变化,由原来松散、绒毛状的絮体污泥开始转变成密实、光滑、有一定机械强度的颗粒污泥.这时的污泥负荷为。.25、0.27kgCOD/(kgVSS·d)。至此,我们认为逐步提高负荷阶段已经完成,可以进入满负荷运行阶段.3.3满负荷运行期自1992年5月3日起,全厂所有生产废水均进入废水处理站进行处理.随着生产的变化,处理水量波动较大,低时为2500m“d/,高时达400om“/d,进水容积负荷一直保持在4.okgCOD/(。3·d)以上,最高可达了.okgCOD/(m“·d).由于高负荷的冲击,造成了反应器内大量絮体污泥的进一步流失,导致出水感观不佳,使出水COD和55浓度增加,影响COD的去除率。通过采取一系列技术措施后,情况有明显好转,但仍有波动,主要原因是过大的冲击负荷,反应器在短时期内还难以承受,使运行不够稳定.进入6月份,随着啤酒生产旺季的来临,废水量明显增加,但前一个月的满负荷运行己经使反应器具有了攻强的坑冲击负荷的能力,颗粒污泥的逐步形成为UASB反应器处理能力的提高提供了坚实的基础。所以,6月份的运行情况是令人满意的。在日处理废水量为4。。0~s000m。条件下,反应器的容积负荷平均在6~5kgCOD/(m吕·d),这时的污泥负荷达0.5~o.7kgCOD/(kgVSS·d),运行最好的单个反应器的容积负荷达15.okgCOD八。。·d),水力停留时间(HRT)仅为4.5~6.oh,出水COD浓度平均小于500nIg/L,COD去除率平均在85帕左右.沼气产率为。.3m“/kgCOD(去除),产泥量为o.o7kgVSS/kgCOI)(去除).这一阶段,由于污泥负荷较高,颗粒污泥增沃很快,至6月27日,部分单池反应抬41,93年lr月巾国沼气第11卷第4期(袄à并迷喇4COO300川ǎ闷\幼三)翻ó岌自O心王000三jj四月五月六月图2进水COD及其去除率的变化曲线一·一·一一进水COD浓度一。一。一。一出水COD浓度一△一△一去除率(二è宜言长胶翻书404535302520巧105乃笼一L卜rweì1..卜ee|lr.ll-rles性reeesee卜.ō!12106482八P尸日\自OQ切月)健召彩钟艺127二月三月连续捉高负荷期竺一岸一六月满负荷运行期一—图3进水COD容积负荷和HRT的变化曲线一一。一。一水力停留时间一·一·一一容积负荷已实现厌氧污泥全部颗粒化,对反应器稳定、高效运行起了决定性作用.图2和图3表示1992年2月21日至6月27日的生产性运行主要参数的变化情况.4分析与讨论(1)提供良好的营养条件对UAsB反应器的快速启动和实现污泥颗粒化是十分重要的.本试验当污泥负荷达到。.25~。.27k。一gc0D/(kgvss·d)出现厌氧颗粒污泥后,-很快把污泥负荷提高到0.5、。.k7gCOD/(kgVSS·d),大大加快了反应器内污泥颗粒化进程.由于啤酒废水氮、磷养料不足,本试验投加尿素和磷酸二氢钱,以满足厌氧微生物生长需要.COD:N:P控制在20:05:1.另据文献报道〔幻,钙离子浓度在80、200mg/L会对颗粒污泥的形成起促进作用,本试验投加150mg/L的CaO补充钙离子,同时起到调节pH的作用。(2)维持适当的进水碱度对泥进颗粒污泥的形成起很大作用。根据中试和唐一的研究结果〔5〕,反应器启动初期进水减度应维1903年lr月中国沼第11卷第4期5,持在2000二g/L(CaCO。计)以上,待污泥颖粒化完成后,进水碱度可降低至75omg/L。因为啤酒废水的碱度只有450mg/L左右,碱度不足,如不补充碱度,反应器内的pH值不能维持在6.5以土,对产甲烷菌产生不利影响,使颗粒污泥难以形成,所以本试验投加工业Na,CO。和CaO以补充废水碱度的不足.试验的结果说明,在启阶段保持进水碱度不低,。00mg/L是必要的。(3)适时调整水力负荷,对促进颗粒污泥形成是重要的。水力负荷对UASB反应,器的影响主要是水力筛选作用,高的水力负荷可以淘汰沉降性能差的絮体污泥而留下沉降性能好的污泥,同时产生剪切力,使污泥不断旋转,有利于丝状菌互相缠绕,有强烈的成球趋向。本试验在启动初期,采用较小的水力负荷〔0.lm“/(m,·h)〕,以免过度的搅动,使絮状污泥能够互相粘连,向集团化生长,有利于形成颗粒污泥的初生体.当出现一定数量的颗粒污泥后,提高水力负荷到0.35m“/(二里·五)以上,可以冲出部分絮状污泥,而使比重较大的颗粒状污泥沉降到反应器底部,形成一层颗粒污泥层,这部分污泥层可首先获得充足的营养而较快地增长。当水力负荷提高到o.6m”/(mZ·h)以上时,可以冲走大部分絮状污泥,从而加速污泥的完全颗粒化。但是提高水力负荷不能过快,否则大量絮体污泥的过早淘汰,会导致反应器内污泥负荷过高,使反应器运行不稳定