甘草制品生产废水处理工艺中试研究

书书书甘草制品生产废水处理工艺中试研究郭雅妮１，　同　帜１，　仝攀瑞１，　孙建国２（１．西安工程大学环境与化学工程学院，陕西西安７１００４８；２．张家港市格锐环境工程公司，江苏张家港２１５６００）　　摘　要：　甘草制品生产废水产生量大、有机质及悬浮物含量高，直接排放会造成环境污染。尝试采用中和调节池／ＵＡＳＢ反应器／沉淀池／接触氧化池工艺处理该类废水，并通过中试验证该工艺的可行性。结果表明，采用该组合工艺处理甘草制品废水是完全可行的，出水ＣＯＤ为２００～５００ｍｇ／Ｌ，完全达到设计要求（＜５００ｍｇ／Ｌ）。　　关键词：　甘草制品生产废水；　ＵＡＳＢ反应器；　接触氧化中图分类号：Ｘ７０３　　文献标识码：Ｃ　　文章编号：１０００－４６０２（２０１０）１９－００５８－０５ＰｉｌｏｔＳｔｕｄｙｏｎＴｒｅａｔｍｅｎｔＰｒｏｃｅｓｓｏｆＬｉｃｏｒｉｃｅＰｒｏｄｕｃｔｓＷａｓｔｅｗａｔｅｒＧＵＯＹａｎｉ１，　ＴＯＮＧＺｈｉ１，　ＴＯＮＧＰａｎｒｕｉ１，　ＳＵＮＪｉａｎｇｕｏ２（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ’ａｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００４８，Ｃｈｉｎａ；２．ＺｈａｎｇｊｉａｇａｎｇＧｅｒｕｉＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｍｐａｎｙ，Ｚｈａｎｇｊｉａｇａｎｇ２１５６００，Ｃｈｉｎａ）　　Ａｂｓｔｒａｃｔ：　ＡｌａｒｇｅａｍｏｕｎｔｏｆｗａｓｔｅｗａｔｅｒｗｉｔｈｈｉｇｈＣＯＤａｎｄｈｉｇｈＳＳｉｓｇｅｎｅｒａｔｅｄｄｕｒｉｎｇｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｌｉｃｏｒｉｃｅｐｒｏｄｕｃｔｓ．Ｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｃａｎｂｅｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄｉｆｔｈｅｗａｓｔｅｗａｔｅｒｉｓｄｉｓｃｈａｒｇｅｄｄｉｒｅｃｔｌｙ．Ｔｈｅｃｏｍｂｉｎｅｄｐｒｏｃｅｓｓｏｆｎｅｕｔｒａｌｉｚａｔｉｏｎｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｔａｎｋ，ＵＡＳＢｒｅａｃｔｏｒ，ｓｅｔｔｌｉｎｇｔａｎｋａｎｄｃｏｎｔａｃｔｏｘｉｄａｔｉｏｎｔａｎｋｗａｓｕｓｅｄｔｏｔｒｅａｔｔｈｉｓｗａｓｔｅｗａｔｅｒ，ａｎｄｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｃｏｍｂｉｎｅｄｐｒｏｃｅｓｓｗａｓｖｅｒｉｆｉｅｄｉｎａｐｉｌｏｔｔｅｓｔ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈｅｃｏｍｂｉｎｅｄｐｒｏｃｅｓｓｉｓｆｅａｓｉｂｌｅｆｏｒｔｒｅａｔｉｎｇｌｉｃｏｒｉｃｅｐｒｏｄｕｃｔｓｗａｓｔｅｗａｔｅｒ．ＴｈｅｅｆｆｌｕｅｎｔＣＯＤｉｓ２００ｔｏ５００ｍｇ／Ｌ，ｗｈｉｃｈｒｅａｃｈｅｓｔｈｅｄｅｓｉｇｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ（＜５００ｍｇ／Ｌ）．　　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：　ｌｉｃｏｒｉｃｅｐｒｏｄｕｃｔｓｗａｓｔｅｗａｔｅｒ；　ＵＡＳＢｒｅａｃｔｏｒ；　ｃｏｎｔａｃｔｏｘｉｄａｔｉｏｎ　　张家港某生物制品有限公司的产品主要是各类甘草衍生物，大部分产品出口到国际市场，小部分在国内销售，产品主要用于香烟、香料、医药、化妆品、食品添加剂等，生产规模为１５００ｔ／ａ（各类甘草衍生物为５００ｔ／ａ，副产品约为１０００ｔ／ａ），废水产生量较大、有机质及悬浮物含量高，直接排放会造成环境污染［１、２］。笔者主要针对该公司的生产废水进行综合性处理中试研究，一方面是验证选择实施的废水处理工艺的可行性；另一方面通过调试探索工艺运行参数，使处理出水水质能够达到张家港城市污水处理厂的进水水质标准，即出水ＣＯＤ浓度降至５００ｍｇ／Ｌ以下，旨在为工程实践奠定基础。１　工艺概述１１　工艺流程原水主要来源于生产过程中的冲洗水、洗涤水和冷凝水。原水含有大量易溶于水、无毒的有机物，其水解会生成糖类物质（以葡萄糖为主）、氨基酸等。原水有机质浓度高、悬浮物含量大，其ＣＯＤ为１０００～５０００ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤ５／ＣＯＤ在０．７左右，可生化性较好。中试是将原水由产生地运到试验地（清泉水质净化厂）进行处理，时间为２００６年４月１２日—９月２日，历时１４４ｄ，耗用原水总计１００ｔ，共运输４次。中试采用物理法（预处理）与生化法相结合的处理·８５·第２６卷　第１９期２０１０年１０月　　　　　　　　　　　　中国给水排水ＣＨＩＮＡＷＡＴＥＲ＆ＷＡＳＴＥＷＡＴＥＲ　　　　　　　　　　　　　Ｖｏｌ．２６Ｎｏ．１９Ｏｃｔ．２０１０方式［３］，其工艺流程见图１。!#$%&’(!#$)*+,-%./01%234567%&’!%&(&’89:;图１　废水处理工艺流程Ｆｉｇ．１　Ｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｗａｓｔｅｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓ中试的主要设备及设计参数见表１。表１　主要设备及设计参数Ｔａｂ．１　Ｍａｉｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔａｎｄｄｅｓｉｇｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓ项　目规　格调节池（钢混，两个）３０ｍ３ＵＡＳＢ反应器（不锈钢）＝８０ｃｍ，Ｈ＝２５０ｃｍ回流井（ＰＥ）１ｍ３沉淀池（不锈钢）＝８０ｃｍ，Ｈ＝１２５ｃｍ接触氧化池（ＰＶＣ）１ｍ３，分格阻火罐（碳钢）＝２０ｃｍ，Ｈ＝１１０ｃｍ储气柜（碳钢）＝５０ｃｍ，Ｈ＝２００ｃｍ水泵（２台）１ｍ３／ｈ流量计（２个）０～２５０Ｌ／ｈ　注：　此外还需要Ｕ型管１根、温控仪１个、电热器２个、温度计（１～１００℃）１个。１２　预设工艺参数１２１　有机负荷参数控制初始进水调试时，预设以０．１～０．３ｋｇＣＯＤ／（ｍ３·ｄ）的容积负荷进水，进水负荷逐步增加，直至达到设计值［３．５ｋｇＣＯＤ／（ｍ３·ｄ）］。由于一开始厌氧出水的ＣＯＤ浓度较高，将厌氧出水直接超越好氧池，待厌氧出水的ＣＯＤ浓度在１０００ｍｇ／Ｌ左右，且整个厌氧系统运行稳定时，再使ＵＡＳＢ出水进入生物接触氧化池，由于厌氧出水的有机物含量丰富且温度较高，故直接曝气，预设以１ｋｇＣＯＤ／（ｍ３·ｄ）的容积负荷进水，直至达到好氧设计负荷。１２２　进水流量、回流量参数控制在ＵＡＳＢ启动时，根据预设的进水负荷将进水流量控制在５０Ｌ／ｈ，随着进水负荷的增加，进水流量也逐渐增加。厌氧污泥回流可以加强搅拌，有利于厌氧污泥的驯化，在ＵＡＳＢ的启动阶段，进水流量与回流量之和为２００Ｌ／ｈ，随着进水流量的增加，回流量逐渐降低。１２３　外部控制条件厌氧外部控制条件包括对温度、ＴＰ、碱度、ｐＨ的控制［４］。原水ＣＯＤ为１０００～５０００ｍｇ／Ｌ，ＣＯＤ浓度属于中等水平，综合考虑实际运行情况，选择中温厌氧消化，将ＵＡＳＢ的温度控制在３５～３８℃。需要特别注意的是，ＵＡＳＢ的温度应避免在４０～４５℃，因为这一温度范围的厌氧消化效率很低，对ＣＯＤ的去除率一般在３０％以下。调试过程中通过加入ＮａＨＣＯ３控制进水的ｐＨ值为６．５～７．０，维持ＵＡＳＢ出水ｐＨ值为６．５～７．５，使ＵＡＳＢ出水ｐＨ能够满足好氧微生物的生长条件（好氧池内ｐＨ值为６．５～８．５）。磷是厌氧微生物合成细胞的重要元素，对微生物的生长具有重要意义。通过加入Ｎａ３ＰＯ４，保持入流废水中的ＣＯＤ∶ＴＰ＝（２００～３００）∶１。进水碱度（以ＣａＣＯ３计，下同）通常应在６００ｍｇ／Ｌ左右，使进水碱度∶ＣＯＤ浓度＞１∶４。因此在污泥培养初期，控制进水碱度在６００ｍｇ／Ｌ以上能成功培养厌氧污泥，厌氧污泥成熟后，对进水碱度的要求并不高。１３　调试阶段的控制１３１　厌氧段的调试厌氧调试初期，即第一阶段污泥驯化培养期，用ＮａＨＣＯ３调节接种厌氧污泥后的进水ｐＨ值为６．５～７．０，ＵＡＳＢ反应器的温度通过温控仪控制在（３５±２）℃，以０．１～０．３ｋｇＣＯＤ／（ｍ３·ｄ）的容积负荷进水。当进水负荷逐渐提高、整个厌氧系统处于稳定时，进入提高负荷阶段，在ＵＡＳＢ反应器稳定运行的基础上，负荷逐渐提高到设计负荷３．５ｋｇＣＯＤ／（ｍ３·ｄ），当整个厌氧系统稳定运行时，进入第三阶段即满负荷运行期。表２为ＵＡＳＢ各参数的控制范围［５］。表２　ＵＡＳＢ运行参数预控Ｔａｂ．２　ＰｒｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆＵＡＳＢ’ｓｏｐｅｒａｔｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓｍｇ·Ｌ－１项　目ＴＰ碱度ＶＦＡ污泥驯化培养期３～５８００～１０００７００～１５００负荷提高期１～３５００～１０００５００～１０００满负荷运行期１～３３００～１０００４００～８００　注：　ｐＨ值均控制在６．５～７．０，温度均控制在３５～３８℃。１３２　接触好氧段的调试由于运行初期ＵＡＳＢ不稳定，故开始先将ＵＡＳＢ·９５·ｗｗｗ．ｗａｔｅｒｇａｓｈｅａｔ．ｃｏｍ郭雅妮，等：甘草制品生产废水处理工艺中试研究第２６卷　第１９期出水直接超越接触氧化池，待ＵＡＳＢ稳定后，其出水再进入接触氧化池（接触氧化池注满后连续曝气），然后逐步增加负荷，直至满负荷运行。２　结果与讨论２１　预处理效果预处理工艺是该公司生产废水处理必不可少的一个环节。沉淀的污泥经处理后外运。预处理结果表明，原水加入１０００ｍｇ／Ｌ的碱式氯化铝（ＰＡＣ）和２ｍｇ／Ｌ的聚丙烯酰胺（ＰＡＭ）后，经搅拌、沉淀，其ＣＯＤ浓度降低了２０％左右、ＳＳ和ＴＰ浓度降低了９０％左右、ＮＨ３－Ｎ浓度降低了３０％～４０％。２２　ＵＡＳＢ厌氧处理效果２２１　污泥驯化培养阶段①　负荷变化规律在厌氧启动阶段，进水的容积负荷从０．１２ｋｇＣＯＤ／（ｍ３·ｄ）上升到１．０８ｋｇＣＯＤ／（ｍ３·ｄ），对ＣＯＤ的去除率总体上是逐步增长的，最大达到５０％。在第２０天（５月１日）负荷增长后，对ＣＯＤ的去除率有所下降，但很快又回升，８ｄ后上升到４５％，ＵＡＳＢ经过３０ｄ的启动，负荷达到１．０８ｋｇＣＯＤ／（ｍ３·ｄ），且对ＣＯＤ的去除率稳定在５０％左右。②　产气规律在启动阶段，厌氧系统的产气性能较差，这３０ｄ的数据显示，沼气的产生率在０．０１～０．０６Ｌ／ｇＣＯＤ之间波动，产气率呈由升到降再到升最终趋于平稳的变化规律。③　ｐＨ的变化规律进水ｐＨ值严格控制在６．５～７．０，在进水初期，ＵＡＳＢ的出水ｐＨ（６．０～６．６）低于进水，对ＣＯＤ的去除率在３０％左右；随着中试的进行，出水ｐＨ值稳定在７．０左右，对ＣＯＤ的去除率也上升到４０％～５０％。④　出水碱度的变化规律加入ＮａＨＣＯ３后，进水碱度在１０００ｍｇ／Ｌ左右，在厌氧启动阶段，随着进水负荷的增加，厌氧出水的碱度逐步下降。２２２　进水负荷提升阶段和满负荷运行阶段①　负荷变化规律在负荷提升阶段，ＵＡＳＢ进水负荷逐步增加，第８１天达到设计负荷［３．５ｋｇＣＯＤ／（ｍ３·ｄ）］，第８６天开始满负荷连续运行。连续进水１３ｄ，ＵＡＳＢ调试成功。在负荷提升阶段，ＵＡＳＢ出水ＣＯＤ浓度波动很大，第３８天突然上升，这可能是高浓度进水导致的（第一次取的水已用完，改用第二次取的水）。厌氧负荷提升阶段对ＣＯＤ的去除率总体上是逐步增加的，最大达到８０％。在负荷提升阶段采取逐步增加负荷、间歇进水的方式，当ＵＡＳＢ的出水ＣＯＤ浓度持续上升时，停止进水２～３ｄ，然后再提高进水负荷，如此反复，直至达到满负荷连续运行，厌氧负荷提升阶段是从第３２天到第８５天，共持续了５３ｄ。在满负荷运行阶段，ＵＡＳＢ出水的ＣＯＤ浓度波动很小，对ＣＯＤ的去除率稳定在８５％左右，第８６～９１天采取间歇进水，第９２～９６天采取连续进水，在间歇进水和连续进水的转换期间，ＵＡＳＢ出水的ＣＯＤ浓度波动很小，这说明ＵＡＳＢ抗冲击负荷能力较强，系统运行稳定。值得注意的是，应使负荷逐步增加，否则ＵＡＳＢ会受到冲击，严重时ＵＡＳＢ系统将崩溃。②　产气规律在负荷提高期，前２０ｄ的产气率在０．０５～０．１１Ｌ／ｇＣＯＤ之间波动，ＵＡＳＢ系统的产气效率没有明显提高，但产气量在不断上升，这说明有机物被消解的量不断增加，但厌氧污泥浓度增长较慢；后３３ｄ的产气率在０．１１～０．２６Ｌ／ｇＣＯＤ之间波动，ＵＡＳＢ系统的产气率有了明显提高，并且产气量大幅增长，这说明有机物被大量消解的同时，厌氧污泥浓度也较快增长，ＵＡＳＢ厌氧系统处于厌氧污泥增长期。在满负荷运行期，产气率为０．１８～０．２３Ｌ／ｇＣＯＤ，波动幅度很小，这说明在满负荷运行期，整个厌氧系统运行稳定。③　ｐＨ的变化规律进水ｐＨ值严格控制在６．５～７．０，在负荷提高期的前２０ｄ