常温UASB反应器在淀粉废水处理中的应用

常温UASB反应器在淀粉废水处理中的应用中国纺织工业设计院胡威夷1前言淀粉是食品、医药、化工、纺织等工业部门的主要原料，近年来随着改革开放的不断深入，淀粉行业的技术水平得到了迅速发展，但是废水治理已迫在眉睫。2UASB反应器的应用北京红星淀粉厂是一家以玉米为原料生产淀粉的中型企业，年产淀粉为6000～7000吨，满足着北京市近70%的淀粉需求。该厂采用亚硫酸法生产玉米淀粉，生产流程主要为：在亚硫酸溶液中浸泡玉米籽粒，然后将其破碎，从中分离胚芽，剩余物细磨碎成玉米糊，而后筛分，使粉渣与淀粉、蛋白浆分开；将淀粉、蛋白浆悬浮物分离成淀粉和麸质，最后洗涤淀粉。经过上述各道工序，从玉米籽粒中得到的玉米湿淀粉用作生产干淀粉，胚芽用作生产玉米油，渣用于生产干玉米饲料或用作牲畜的饲料，麸质既可用作饲料，又能用作配制蛋白膏(粉)和谷氨酸的原料。生产过程中废水主要产生于气浮槽排水，淀粉洗涤水和玉米浸泡水，除此之外，还有少量地面冲洗水。2.1水量与原水水质设计水量为500m3/d。原水水质为：CODcr：7000mg/l；BOD5:4000mg/l；SS：500～1000mg/l；总氮：30～120mg/l:PH:4～5；温度：20～25℃。2.2处理要求：采用北京市颁布的污水综合排放二级标准，其主要排放指标如下：CODcr≤80mg/l；BOD5≤40mg/l；SS≤70mg/l；氨氮≤25mg/l；PH6.5～8.5。2.3工艺的比较与确定根据同行业废水治理现状、技术水平，我们推荐该厂废水采用厌氧一好氧相结合的处理工艺，厌氧是该工艺的主体，选择何种厌氧工艺又是关系到治理效果好坏的关键，现就几种厌氧工艺作一比较，详见下表：几种常用厌氧工艺特点表类别指标普通消化池厌氧接触工艺厌氧生物滤池上流式污泥床(UASB)反应器去除可溶性有机物＜3.03.0～5.05.0～10.08.0～15.0负荷(kgCOD/m3.d)进水允许的有机悬浮物含量(g/l)大(可高达50)大(可高达50)小(小于0.2)较小(一般小于4)进水COD不低于(mg/l)5000300010001500COD去除率较低较低较高较高动力消耗较大较大较小较小生产控制较容易较容易较容易较难基建投资较大较大较大较小中国城镇水网占地面积较大较大较小较小堵塞情况无无有可能无低温效果效率差效率差效率较高效率较高从上表不难看出厌氧过滤器和上流式厌氧污泥床(UASB)是两种比较优越的处理工艺，它们在较低的造价和能耗下不仅有较高的有机物容积负荷，而且有很高的处理效率，如果再考虑到沼气的利用，那么，它们就不仅仅是高效省能的处理工艺，而且也是一种产能的污水处理工艺，其表现在环境、能源、生态三个方面的综合效益是可喜的。因此在该厂我们选用上流式厌氧反应器作为工艺主体构筑物。其构造与其它厌氧生物处理装置的不同之处是：1、废水由下向上流过反应器；2、污泥无需特殊的搅拌设备；3、反应器顶部有特殊的气、液、固三相分离器。工艺流程：流程说明：车间废水首先进入调节罐，使废水在此均质、均量，之后由泵提升送入高效厌氧处理器，进行厌氧发酵处理，有机物转化为低分子有机质和无机质，并产生甲烷气，沼气经脱硫处理，储于气罐并再利用；废水则进入生物氧化地经曝气，降解剩余大部分有机物，出水外排；污泥部分回流，部分经浓缩，脱水外运。2.4UASB反应器的主要工艺参数停留时间：20hr容积负荷：8.4kgCOD/m3.d有效容积：420m3(14000×600×5500)产气量：700m3沼气/d(沼气纯度：50～60%CH4)COD去除率＞75%2.5反应器的主要尺寸见下图反应器的接种污泥取自北京高碑店污水处理厂脱水后的好氧活性污泥，污泥接种量6.0～8.0kgvss/m3，体积20m3。污泥用水化开并经筛网过滤后，泵入UASB反应器。3.2UASB反应器的调试(1)污泥驯化期投泥完毕后立即投配淀粉废水进行浸泡。污泥驯化期内采用间隙进水。待出水COD值降至进水COD值的75%时，再增加进水时间和频率，并逐步缩短进料的间隔时间，直至连续运行。(2)逐步提高负荷期逐步提高进水量，进水量分别为总水量的20%、30%、40%……90%、100%九个阶段进行，以出水COD为主要监控指标，当出水COD在1000mg/l以下并能稳定运行10天后，方可进入下一阶段提高水量。连续运行一段时间后，从反应器底部取泥样观察，发现了紧密球状颗粒污泥。主要由甲烷八叠球菌组成。粒径为0.1～0.5mm，颜色墨黑，边缘光滑，在清水中有较好的沉降性能。此时容积负荷有机物为3.0kgCOD/m3.d左右。(3)满负荷运行期在这个阶段，越来越大的水力负荷把大量的沉降性能差的絮状污泥冲出反应器，形成一层颗粒污泥层。虽然颗粒污泥层厚度开始较小，但颗粒污泥却因最先得到充足的营养，而能够迅速地生长，致使厚度不断增加，最终反应器有机负荷稳定在8.0kgCOD/m3.d以上，COD去除率达到84.3～91.5%。颗粒污泥多为黑色，部分为灰色，颗粒较为均匀，属丝菌颗粒，大部分直径为1.0～5.0mm。由此可见，培养和保持高浓度、高活性的足够数量的颗粒污泥是UASB反应器发挥作用的关键所在。下表为UASB反应器连续运行十天的数据中国城镇水网指标时间实际进水量(m3/h)水温(℃)PH值进水COD(mg/l)出水COD(mg/l)去除率(%)96.4.130286.550004509196.4.230286.7550052090.596.4.330276.850005009096.4.428306.550006008896.4.530296.2350055084.396.4.630286.850004509196.4.730316.545004509096.4.830276.8400050087.596.4.930286.8600051091.596.4.1030287.0500049090.23.3调试期间的监测和控制(1)PH值PH值显示了有机酸浓度，碱度和CO2的综合效果，是一个重要的、不太敏感的指标。在启动过程中基本上把反应器内PH值控制在6.8～7.2之间，以创造一个最适于甲烷菌生长的环境。运行结果表明，偶尔出水PH值达到6.6也没有明显地影响处理效果。对于进水PH值并不特意加以控制，在6.0～10.0的范围内都是可以接受的，因为反应器内具有较大的缓冲能力，只要酸性和碱性水不是大量、连续地涌入反应器而破坏缓冲能力，就不会影响厌氧消化过程。由于在生产过程中，事故排放时酸性增强，此时应加CaCO3调节。(2)碱度UASB反应器之所以能使PH值维持在一个近似中性的条件下，应归结于碱度的缓冲作用，由于在调试过程中，UASB反应器缓冲能力小，所以加NaCO3或CaCO3进行调节(考虑到价格问题，采用CaCO3)，结果表明进水碱度维持在750mgCaCO3/l以上，反应器便具备了足够的缓冲能力。(3)出水COD和COD去除率调试初期用溶解性COD作为监控指标，以避免污泥流失时对去除效果的干扰，而在满负荷运行期转而用混合COD控制出水水质。COD去除率是作为提高负荷的依据，只有去除率到80%以上，并能稳定在这个水平时，提高负荷才是安全的。(4)运行后，因水力冲刷和沼气搅拌，使污泥床很快膨胀而造成污泥流失，这种流失形式称为“膨胀流失”。因接种污泥中那些沉降性能不良的污泥被冲出反应器，而此时污泥床仍存留在反应器内，这种流失形式被称为“冲刷流失”。膨胀流失对污泥的沉降性能并没有选择性，流失持续时间短，往往是高浓度，大流量地流失。流失的污泥和在反应器内的污泥在理化性能、微生物组成方面没有明显的差异。冲刷流失的污泥结构松散，有机成分高、产甲烷活性差，和反应器内的污泥有显著区别，没有必要回流到反应器。冲刷流失是一种有选择性的污泥流失，能够保留住沉降性能好的污泥，以承受高负荷的冲击，这实际上是一个选优汰劣的主动过程。膨胀流失和冲刷流失在提高有机负荷时表现尤为突出，所以在调试初期提高有机负荷应该慎重，以免造成过多的厌氧菌流失。在调试后期，则有意采取高的水力负荷和产气负荷运转，以期去除絮状污泥，为颗粒污泥争夺营养提供条件，从而更有利于颗粒污泥的生长。总之，控制反应器的有机负荷是控制污泥过量流失的主要方法。提高污泥的沉淀性能是防止污泥流失的根本途径。的影响(1)悬浮固体物：淀粉废水中有时含有大量的玉米粒等固体悬浮物，一些不能生物降解的SS进入UASB反应器会形成浮渣或占据一部分有效容积，并会导致颗粒污泥的解体，使悬浮物质与厌氧微生物混合，将厌氧微生物挤出厌氧反应器，从而降低了厌氧污泥的活性与反应器中的活性厌氧污泥含量。严重时浮渣还会结成硬壳，在三相分离器内阻碍沼气的释放和收集，甚至会阻塞沼气管路。由此可见，废水中悬浮固体物的含量对整个厌氧过程会有很大影响。所以在本工程中废水中的SS先经预沉池去除。(注：SS的预沉在进入调节池之前已经厂方处理，故在工艺流程图上未列出)(2)营养：良好的营养条件是产甲烷菌和有关菌群代谢、生长的前提，淀粉废水中含有丰富的营养物质，在整个调试和正常运行的一年多来，基本上不需加营养物质。(3)温度：该工程在调试期间正值冬天，UASB反应器的抗缓冲能力比较弱，废水在调节池中加热至30℃左右，再进入UASB反应器，确保反应器的温度维持在20～25℃；而在正常运行时温度的变化对UASB的正常运行影响不大，产气量的变化也比较小。所以在常温下处理淀粉废水具有很好的环境效益和经济效益。4结论该工程成功地运用常温UASB生产工艺处理淀粉废水，并在常温条件下实现了UASB反应器接种活性污泥的颗粒化，在国内淀粉行业尚属首次。(1)调试完成之后的满负荷运行，UASB单池反应器的有机物容积负荷满足甚至超过设计负荷，COD的去除率大于75%，加上后续工艺的处理，可满足废水排放标准。(2)采用好氧活性污泥接种在UASB反应器内培养出厌氧颗粒污泥。(3)该工程获得较好的经济效益，厌氧处理提供的沼气使整个污水处理厂能做到能量自给自余。但沼气的利用，也增加了站区的危险性，需严格管理。(4)当UASB反应器缓冲能力比较弱时，污泥流失比较严重，这对UASB反应器和后续的好氧处理工艺都会带来不良的影响，建议在UASB反应器后加一沉淀池，以防反应器污泥的过分流失和加重后续工艺的负担，并去除出水悬浮物，提高出水水质。另外，污泥返回反应器作进一步分解后，还可减少污泥排放量，加速反应器的污泥积累。特别是在反应器启动初期，能进行污泥回流，缩短启动时间。(5)从沉淀池排出、部分回流至调节罐的污泥，随废水再进入UASB反应器时，容易造成UASB反应器进水管的堵塞，建议污泥回流直接至UASB反应器，这样既可减少进水管的堵塞，又可减少为解决堵塞从进水管放泥的做法，保持污泥床的稳定。中国城镇水网