IC－CASS 工藝處理大豆蛋白廢水的工程實(shí)例

侯玉潔，曾 科，崔燕平

（鄭州大學(xué)佛羅里達(dá)國(guó)際學(xué)院，河南 鄭州 450052；2.鄭州大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 450002）

大豆所含的蛋白質(zhì)中人體必需氨基酸含量充足、組分齊全，屬于優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)。我國(guó)從20世紀(jì)80年代開(kāi)始用堿溶酸沉的方法生產(chǎn)大豆分離蛋白，20世紀(jì)90年代中期以來(lái)，我國(guó)大豆分離蛋白工業(yè)發(fā)展迅速［1］。然而大豆蛋白廢水有機(jī)物濃度、懸浮物濃度高，環(huán)境污染嚴(yán)重。給天然水體系統(tǒng)帶來(lái)巨大的污染負(fù)荷，嚴(yán)重挑戰(zhàn)水環(huán)境的安全。因此，必須對(duì)廢水進(jìn)行治理［2］。目前，處理大豆蛋白廢水的方法主要有絮凝沉淀法、生物法、膜生物反應(yīng)器等。在本工程應(yīng)用中，采用高效厭氧反應(yīng)器（IC反應(yīng)器）聯(lián)合循環(huán)式活性污泥法（CASS）處理大豆蛋白廢水。實(shí)踐證明，該工藝處理大豆蛋白廢水具有運(yùn)行效果穩(wěn)定，耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

1 廢水來(lái)源及水質(zhì)

某廠建設(shè)大豆蛋白工程，利用豆粕、亞硫酸鈉、鹽酸、氫氧化鈉、卵磷脂等原輔料，經(jīng)過(guò)萃取、酸沉、離心分離等過(guò)程生產(chǎn)干粉大豆蛋白。每日排出的大豆蛋白污水4 800m3，主要有水洗工段污水，呈酸性且水量較大，還有堿液萃取、滅菌工段污水，呈堿性。廢水主要含多聚糖、蛋白質(zhì)、脂肪酸，另外還有一定量的無(wú)機(jī)酸和無(wú)機(jī)鹽等，該廢水顏色呈乳白色；含較多細(xì)小懸浮物，易沉降；廢水成分單一，有機(jī)物濃度高，易酸化，且已酸化程度較高；正?；旌蠌U水無(wú)微生物代謝毒性。主要水質(zhì)指標(biāo)：ρ（COD）為12 700～23 000mg／L，ρ（BOD5）為5 850～13 000mg／L，ρ（SS）為2 200～7 350mg／L，ρ（總氮）為670～1 000mg／L，pH值為219～1 219，水溫為30～60℃。污水排放標(biāo)準(zhǔn)：ρ（COD）為350mg／L，ρ（BOD5）為150mg／L，ρ（SS）為200mg／L，ρ（氨氮）為150mg／L［1］。

2 工藝流程及構(gòu)筑物設(shè)計(jì)參數(shù)

2.1 工藝流程

該工程采用IC反應(yīng)器為主體的工藝流程，見(jiàn)圖1。

圖1 工藝流程圖

預(yù)處理系統(tǒng)：由調(diào)節(jié)沉淀池、冷卻塔、氣浮池和提升加藥間組成。高濃度的大豆蛋白廢水首先進(jìn)入調(diào)節(jié)沉淀池，除具有均化水質(zhì)的作用外，還能除去一部分懸浮物，經(jīng)沉淀后的廢水，仍有一定量的懸浮物，需要?dú)飧〕剡M(jìn)一步處理，確保厭氧系統(tǒng)不受懸浮物的影響。廢水再經(jīng)提升加藥間，加入FeCl3以補(bǔ)充和調(diào)整微量元素并加入堿性物質(zhì)以中和水質(zhì)。

厭氧系統(tǒng)：IC反應(yīng)池由布水系統(tǒng)、第一反應(yīng)室、第二反應(yīng)室和內(nèi)回流系統(tǒng)4個(gè)部分組成。位于底部的第一反應(yīng)室不僅承擔(dān)去除有機(jī)底物的主要功能，同時(shí)將其產(chǎn)生的沼氣作為其混合液內(nèi)循環(huán)回流提升的內(nèi)動(dòng)力，大部分有機(jī)物在第一反應(yīng)室去除。上面為第二級(jí)低負(fù)荷區(qū)，負(fù)荷比下反應(yīng)室小得多，能有效防止污泥流失。IC反應(yīng)池具有高負(fù)荷，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定等特點(diǎn)，因此適用于處理高濃度有機(jī)廢水。此外，IC反應(yīng)池具有高徑比大，其占地面積小的特點(diǎn)，適用于用地緊張的場(chǎng)合［2］。

好氧系統(tǒng)：循環(huán)式活性污泥法（簡(jiǎn)稱CASS法）將曝氣池、二沉池合二為一，在單一反應(yīng)池內(nèi)利用活性污泥完成廢水的生物處理和固液分離。以一個(gè)反應(yīng)池取代了傳統(tǒng)方法中的曝氣池及二次沉淀池，整體結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單，無(wú)需復(fù)雜的管線傳輸，系統(tǒng)簡(jiǎn)單且操作更具有靈活性。具有調(diào)節(jié)均質(zhì)的作用，可一定程度地承受高峰濃度及有害化學(xué)物質(zhì)對(duì)系統(tǒng)的影響。因每個(gè)反應(yīng)池出水是間斷的，在高負(fù)荷時(shí)活性污泥不會(huì)流失，可以保持高負(fù)荷時(shí)的處理效率，而其他方法在高負(fù)荷時(shí)會(huì)出現(xiàn)污泥流失。故具有更好的脫氮、除磷作用。

2.2 構(gòu)筑物設(shè)計(jì)參數(shù)

本工程采用的主要構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 主要構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)

3 工程運(yùn)行情況

3.1 工藝啟動(dòng)

IC反應(yīng)池啟動(dòng)過(guò)程：該廠一期工程可提供少量顆粒污泥，反應(yīng)器分別采用2種接種污泥啟動(dòng)IC反應(yīng)池。1號(hào)反應(yīng)池接種的是一期工程的厭氧顆粒污泥150m3（夾帶有約5%的一期絮狀剩余污泥），污泥濃度為50g／L，1次足量投加，池內(nèi)污泥濃度為17 500mg／L。6，7，8號(hào)IC反應(yīng)池接種的是處理大豆蛋白廢水的厭氧絮狀污泥27m3，市政污水凈化中心消化污泥45m3，一批分次欠量投加，污泥濃度為19 500mg／L。2，3，4，5號(hào)IC反應(yīng)池接種處理大豆蛋白廢水的厭氧絮狀污泥27m3，市政污水凈化中心消化污泥67.5m3，分批次欠量投加，池內(nèi)污泥濃度為18 900mg／L［3］。

啟動(dòng)過(guò)程見(jiàn)圖2。從圖中可以看出，1號(hào)反應(yīng)池采用顆粒污泥接種，反應(yīng)器啟動(dòng)時(shí)間為136d。進(jìn)水20d時(shí)，進(jìn)水負(fù)荷達(dá)到4kg COD m3／d，出水VFA基本在200mg／L以下。21～66d，工廠生產(chǎn)線處于調(diào)試階段，反應(yīng)池進(jìn)水負(fù)荷極不穩(wěn)定，進(jìn)水負(fù)荷NV＝1.6～6.86kg COD m3／d，出水 VFA 增至567mg／L，pH值6.49。第67天時(shí)，迅速采取應(yīng)對(duì)措施，將1號(hào)反應(yīng)池停止進(jìn)水，同時(shí)將池中已經(jīng)酸化的廢水排出，在提升加藥間投堿，保證反應(yīng)池進(jìn)水pH值在7以上，每天間歇進(jìn)水并注入部分清水，密切觀察進(jìn)、出水COD，pH，溫度及出水VFA。第73天時(shí)出水VFA降至324mg／L，出水pH值為7.23時(shí)，開(kāi)始恢復(fù)進(jìn)水。進(jìn)水負(fù)荷逐步提高，最終達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)荷6.5kg COD m3／d，1號(hào)反應(yīng)器啟動(dòng)成功。

圖2 IC反應(yīng)器啟動(dòng)過(guò)程

7號(hào)反應(yīng)池啟動(dòng)共計(jì)187d。啟動(dòng)過(guò)程可以分4個(gè)階段。1～17d是污泥的適應(yīng)階段，VFA從773mg／L逐漸降至200mg／L以下；COD去除率逐漸增至90%，進(jìn)水負(fù)荷達(dá)到1kg COD m3／d。17～127d是進(jìn)水負(fù)荷穩(wěn)定期，進(jìn)水負(fù)荷NV＝2～3kg COD m3／d，出水pH值在6以上，最終穩(wěn)定在6.5以上；出水 VFA 不超過(guò)300mg／L；COD去除率在93%以上。這段時(shí)間是顆粒污泥的形成、生長(zhǎng)階段，同時(shí)也是絮狀污泥淘汰的過(guò)程，但是要控制絮狀泥的淘汰速度，即厭氧出水的SV控制在3% 以下，防止污泥流失。128～173d，厭氧污泥進(jìn)入穩(wěn)定增長(zhǎng)期。進(jìn)水負(fù)荷從3kg COD m3／d提高至5.6kg COD m3／d。出水VFA在300mg／L以下，pH值穩(wěn)定在7左右，COD在500mg／L以下，COD去除率在95%以上。反應(yīng)池內(nèi)絮狀污泥完成了顆粒化，絮狀污泥大部分被淘汰。174～187d，厭氧污泥進(jìn)入穩(wěn)定成熟期，并形成粒徑2～3mm的顆粒污泥，最終進(jìn)水負(fù)荷穩(wěn)定在6.5kg CODCrm3／d以上，出水各項(xiàng)指標(biāo)均正常。

CASS啟動(dòng)過(guò)程：接種污泥采用漯河市城市污水處理廠的活性污泥，厭氧出水缺乏碳源，因此需要及時(shí)補(bǔ)充碳源，保證C／N＝20左右。首次加入?yún)捬醭鏊?，開(kāi)始進(jìn)行悶曝。隨后曝氣和沉淀交替進(jìn)行，即曝氣4h后沉淀2h，排水2h，間斷排水時(shí)間20min。定期取樣測(cè)定COD，當(dāng)COD去除率達(dá)到80% 以上時(shí)即可排水，2d為1個(gè)周期，培養(yǎng)約3周后，改為1d為1個(gè)周期，如此再培養(yǎng)20d之后，污泥呈現(xiàn)土黃色并伴有土腥味，沉淀后上層清液為黃綠色，表示活性污泥已經(jīng)培養(yǎng)成功［4］。

3.2 工藝運(yùn)行

反應(yīng)器啟動(dòng)成功后，反應(yīng)器可以正常運(yùn)行，各單元運(yùn)行效果見(jiàn)表2。

表2 廢水處理效果

4 結(jié)論

（1）采用IC－CASS工藝處理大豆蛋白廢水，在進(jìn)水COD、BOD、SS分別為12 700～23 000，5 850～13 000，2 200～7 350mg／L時(shí)，處理后出水 COD、BOD、SS分別為200～350，71～94，106～112mg／L，去除率分別為98%，99%，95%～98%。該工程實(shí)例表明，采用該工藝處理大豆蛋白廢水具有運(yùn)行效果穩(wěn)定，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，值得推廣。

（2）IC反應(yīng)池的啟動(dòng)是整個(gè)工程能夠順利運(yùn)行的關(guān)鍵。反應(yīng)池的啟動(dòng)分別采用2種不同類型的污泥接種。研究發(fā)現(xiàn)采用顆粒污泥接種的反應(yīng)器能夠迅速適應(yīng)大豆蛋白廢水水質(zhì)，反應(yīng)池抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，啟動(dòng)第136天時(shí)進(jìn)水負(fù)荷可達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)荷6.5kg COD m3／d。采用絮狀污泥接種的反應(yīng)器啟動(dòng)時(shí)間需要187d，最終反應(yīng)器中絮狀污泥轉(zhuǎn)化為粒徑為2～3mm的顆粒污泥，進(jìn)水負(fù)荷達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)荷6.5kg COD m3／d。

［1］曾 科，吳連成，金 濤，等.酸化大豆蛋白廢水的厭氧處理［J］.環(huán)境工程，2009，27（2）：55－57.

［2］沈耀良，王寶貞.廢水生物處理新技術(shù)［M］.北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2006：588－590.

［3］侯玉潔，曾 科，蔡發(fā)起.不同種泥對(duì)IC反應(yīng)器處理大豆蛋白廢水啟動(dòng)的影響［J］.工業(yè)用水與廢水，2007，38（6）：41－45.

［4］牛 娜，買文寧，沈曉華.工藝處理維生素制藥廢水［J］.水處理技術(shù)，2010，36（8）：133－135.