多級(jí)厭氧+AO處理高硫酸根有機(jī)廢水啟動(dòng)研究

歐陽(yáng)二明，王樂(lè)樂(lè)，宋甜甜，王白楊（.南昌大學(xué)建筑工程學(xué)院，江西南昌33003；.南昌大學(xué)資源環(huán)境與化工學(xué)院，江西南昌33003）

經(jīng)驗(yàn)交流

多級(jí)厭氧+AO處理高硫酸根有機(jī)廢水啟動(dòng)研究

歐陽(yáng)二明1，王樂(lè)樂(lè)1，宋甜甜1，王白楊2
（1.南昌大學(xué)建筑工程學(xué)院，江西南昌330031；2.南昌大學(xué)資源環(huán)境與化工學(xué)院，江西南昌330031）

江西某生化公司以生物發(fā)酵法生產(chǎn)赤霉素，在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量高SO42-有機(jī)廢水，該公司采用IC+兩級(jí)UASB+AO的組合工藝處理該有機(jī)廢水。運(yùn)行實(shí)踐表明，在系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行條件下，當(dāng)工藝進(jìn)水萃余液COD、NH3-N、SO42-分別為25 100～27 350、165～199.7、12 020～22 225mg/L時(shí)，處理出水COD、NH3-N、SO42-分別為78.2～87、2.2～3.5、75.5～85.2mg/L，出水水質(zhì)優(yōu)于《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

有機(jī)廢水；硫酸鹽廢水；內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器；上流式厭氧污泥床反應(yīng)器

1　工程概況

江西某生化公司以生物發(fā)酵法生產(chǎn)赤霉素，在赤霉素生產(chǎn)過(guò)程中主要產(chǎn)生3種廢水：萃余液、板框廢水和綜合廢水。其中萃余液和板框廢水中均含有高濃度的NH3-N和SO42-，以及大量的有機(jī)物質(zhì)，具有一定的色度，污染性較強(qiáng)。該公司的廢水處理工程于2014年建設(shè)完成，2015年上半年進(jìn)行調(diào)試并投入使用。針對(duì)廢水的特點(diǎn)，該公司確定采用IC+兩級(jí)UASB+AO的組合處理工藝。具體的進(jìn)水水質(zhì)及排放標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1　設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)水量及排放標(biāo)準(zhǔn)

2　工藝流程及處理構(gòu)筑物

2.1工藝流程

該公司采用IC+兩級(jí)UASB+AO+接觸氧化的主體處理工藝對(duì)廢水進(jìn)行處理，工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1　工藝流程

萃余液經(jīng)萃余液調(diào)節(jié)池收集后通過(guò)管道泵進(jìn)入混凝攪拌池，在混凝攪拌池中加入石灰以去除水中大部分SO42-〔1〕?；炷龜嚢璩爻鏊c板框廢水經(jīng)高濃度調(diào)節(jié)池進(jìn)入反應(yīng)沉淀池1，在反應(yīng)沉淀池1中加入石灰并進(jìn)行攪拌，進(jìn)一步去除水中的SO42-，并在反應(yīng)沉淀池末端調(diào)節(jié)廢水pH為中性。反應(yīng)沉淀池1出水經(jīng)過(guò)IC和UASB1的雙級(jí)厭氧反應(yīng)，大量的有機(jī)物得以去除。UASB1出水自流進(jìn)入微氧池，在微氧池中廢水中的NH3-N得到大量去除，同時(shí)廢水中的H2S在微氧池中轉(zhuǎn)化成S單質(zhì)〔2〕。微氧池出水通過(guò)管道泵進(jìn)入反應(yīng)沉淀池2，在反應(yīng)沉淀池2中加入PAC和PAM，提高懸浮固體的沉降性能。

反應(yīng)沉淀池2出水經(jīng)泵送至綜合調(diào)節(jié)池，并混入綜合污水。綜合調(diào)節(jié)池出水經(jīng)UASB2自流進(jìn)入AO池，控制AO池廢水pH為中性，AO池與三沉淀的污泥回流比為2∶1。三沉池出水泵送進(jìn)入接觸氧化池，進(jìn)行剩余有機(jī)物的去除。接觸氧化池出水泵送進(jìn)入反應(yīng)沉淀池3，在反應(yīng)沉淀池3中加入PAC，進(jìn)行混凝反應(yīng)，同時(shí)加藥進(jìn)行脫色。最后，反應(yīng)沉淀池3出水達(dá)標(biāo)排放。厭氧反應(yīng)器和微氧池產(chǎn)生的H2S氣體通過(guò)硫化氫吸收塔收集去除，系統(tǒng)產(chǎn)生的污泥經(jīng)過(guò)污泥濃縮池收集，經(jīng)壓濾機(jī)脫水后外運(yùn)處理。

2.2處理構(gòu)筑物

處理系統(tǒng)各主要處理單元概況如表2所示。

3　系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行及結(jié)果分析

在系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程中，需對(duì)COD、SO42-、pH、MLSS、VFA、NH3-N等指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，分析方法參照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》（第4版）。將反應(yīng)沉淀池1的出水與自來(lái)水按照不同比例混合，作為反應(yīng)器啟動(dòng)污水。

表2　處理系統(tǒng)各主要處理單元概況

3.1厭氧反應(yīng)器啟動(dòng)

IC、UASB1和UASB2的接種污泥均采用某污水處理廠(chǎng)的厭氧污泥。IC污泥接種量為20 t，UASB1污泥接種量為20 t，UASB2污泥接種量為40 t。根據(jù)前期工程經(jīng)驗(yàn)〔3-5〕，采用逐漸增加進(jìn)水濃度和流量的方式啟動(dòng)。初期間斷進(jìn)水，進(jìn)水是否連續(xù)由出水的VFA決定〔4〕。當(dāng)VFA﹤180mg/L時(shí)采用連續(xù)進(jìn)水，當(dāng)VFA連續(xù)低于180mg/L時(shí)則提高進(jìn)水濃度。IC進(jìn)水設(shè)計(jì)COD負(fù)荷為13 000mg/L，UASB1進(jìn)水設(shè)計(jì)COD負(fù)荷為5 000mg/L，UASB2進(jìn)水設(shè)計(jì)COD負(fù)荷為3 000mg/L。在啟動(dòng)過(guò)程中保持反應(yīng)器中的厭氧條件，同時(shí)需通過(guò)加堿控制反應(yīng)器中的廢水pH在6.5～7.5，抑制有機(jī)物轉(zhuǎn)化成乙酸出現(xiàn)的酸化對(duì)啟動(dòng)的影響。

厭氧反應(yīng)器啟動(dòng)方法相同，現(xiàn)介紹IC的啟動(dòng)過(guò)程。啟動(dòng)初期，將接種污泥稀釋之后泵送至IC，并開(kāi)始初次進(jìn)水，進(jìn)水COD控制在1 000mg/L左右。進(jìn)水之后2 d不進(jìn)水，以提高污泥對(duì)污水的適應(yīng)性。從第3天開(kāi)始，每天進(jìn)水2次，進(jìn)水COD控制在1 000 mg/L左右，此時(shí)IC出水渾濁，COD去除率較低。從第5天開(kāi)始，進(jìn)水COD提高到3 000mg/L，每天進(jìn)水4次，此過(guò)程中出水渾濁情況有所改善，污泥活性提升，出水COD在2 500mg/L左右，COD去除率提升至15%。第11天之后，進(jìn)水COD提高至5 000 mg/L，間斷進(jìn)水每天4次。啟動(dòng)第15天，出水VFA連續(xù)低于180mg/L，控制COD為5 000mg/L左右連續(xù)進(jìn)水，流量保持在設(shè)計(jì)流量的一半。第15天，測(cè)得進(jìn)水COD為5 200mg/L，出水COD為3 500mg/L，COD去除率達(dá)到33%。從第21天開(kāi)始提高進(jìn)水COD至8 000mg/L，增大流量為設(shè)計(jì)流量的2/3，此時(shí)COD去除率逐漸提升至50%以上，產(chǎn)氣量逐漸上升，污泥在反應(yīng)器底層呈顆粒狀。從第25天開(kāi)始進(jìn)水不再稀釋?zhuān)饾u增大進(jìn)水流量到設(shè)計(jì)流量。到第36天，測(cè)得出水各項(xiàng)指標(biāo)穩(wěn)定，且反應(yīng)器中污泥活性較高，污泥成密實(shí)團(tuán)狀，IC反應(yīng)器啟動(dòng)基本完成。

啟動(dòng)過(guò)程中，初期增加進(jìn)水濃度和流量，COD和SO42-去除率會(huì)出現(xiàn)小幅度的波動(dòng)，但總體上為上升趨勢(shì)，最終達(dá)到平穩(wěn)。據(jù)pH監(jiān)控系統(tǒng)檢測(cè)，pH在6.7～7.8之間波動(dòng)，且呈現(xiàn)出增高的趨勢(shì)，未出現(xiàn)酸化現(xiàn)象。對(duì)NH3-N的檢測(cè)結(jié)果顯示，在厭氧反應(yīng)器中微生物的氨化作用下，出水NH3-N出現(xiàn)升高。對(duì)MLSS的檢測(cè)結(jié)果表明，啟動(dòng)初期污水中污泥量出現(xiàn)下降，主要原因是反應(yīng)器中污泥在適應(yīng)水質(zhì)過(guò)程中，低活性污泥逐漸被淘汰〔5〕。隨著啟動(dòng)進(jìn)行，MLSS逐漸增加并最終達(dá)到平穩(wěn)。穩(wěn)定之后，IC、UASB1、UASB2中的MLSS分別為3.8、5、4.3mg/L左右。

3.2AO啟動(dòng)

AO能去除廢水中部分的有機(jī)物和大量的NH3-N〔6〕，是去除廢水中NH3-N的主要單元。AO接種污泥取自公司舊部的污水處理部分，污泥接種量為30 t。AO啟動(dòng)第1天進(jìn)水1次，COD為300mg/L左右，之后2 d進(jìn)行悶曝。從第3天開(kāi)始，每天進(jìn)水2次。從第3天到第15天增加進(jìn)水濃度的過(guò)程中，COD去除率先出現(xiàn)波動(dòng)隨后上升，從10%逐漸增至40%左右，NH3-N去除率逐漸提高至50%。第15天時(shí)測(cè)得進(jìn)出水COD分別為720、410mg/L，COD去除率為43%；進(jìn)出水NH3-N分別為16、8.3mg/L，NH3-N去除率達(dá)到48%。第15天后采用連續(xù)進(jìn)水，進(jìn)水流量為設(shè)計(jì)流量的一半，并且增加進(jìn)水COD濃度。第25天之后，污水中出現(xiàn)大量的鐘蟲(chóng)、輪蟲(chóng)等，且處理水效果較好。第25天時(shí)測(cè)得COD、NH3-N去除率分別達(dá)到了60%和80%左右，出水COD和NH3-N分別在400、5mg/L左右，此時(shí)增大進(jìn)水流量至設(shè)計(jì)流量的2/3并按照COD設(shè)計(jì)負(fù)荷連續(xù)進(jìn)水。第30天之后，污泥呈現(xiàn)出褐色絮凝狀，說(shuō)明此時(shí)反應(yīng)器啟動(dòng)成功，污泥活性良好。在啟動(dòng)期間，好氧池需持續(xù)曝氣，嚴(yán)格控制DO＞3mg/L，pH為6.5～8；厭氧池pH為6～8，DO﹤0.8mg/L；同時(shí)需向污水中投加一定量的磷酸二氫鉀〔7〕，保證m（COD）∶m（N）∶m（P）為100∶5∶1。啟動(dòng)期間，AO對(duì)NH3-N和COD的去除效果逐漸增強(qiáng)，穩(wěn)定之后去除率較高，分別達(dá)到60%和90%以上；在A(yíng)O池中的好氧部分，H2S被重新氧化成SO42-，因此，SO42-含量會(huì)升高；MLSS監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，部分污泥被淘汰，MLSS呈先下降后上升的變化趨勢(shì)，最終穩(wěn)定在2.2mg/L左右。

3.3微氧池和接觸氧化池啟動(dòng)

微氧池能去除污水中各種殘留物質(zhì)，使廢水與低濃度廢水混合后，水質(zhì)不發(fā)生劇烈的變化。接觸氧化池的主要作用是去除水中殘留的污染物，使出水能達(dá)標(biāo)排放。2個(gè)反應(yīng)器均采用直接掛膜的方式啟動(dòng)。微氧池設(shè)計(jì)進(jìn)水COD負(fù)荷為3 000mg/L，接觸氧化池設(shè)計(jì)COD負(fù)荷為500mg/L?，F(xiàn)介紹微氧池的啟動(dòng)過(guò)程。啟動(dòng)開(kāi)始時(shí)，第1次采用低負(fù)荷污水進(jìn)水，隨后2 d停止進(jìn)水，進(jìn)行悶曝。從第3天開(kāi)始到第15天，對(duì)微氧池采用間斷進(jìn)水，每天進(jìn)水2次，并且將進(jìn)水COD負(fù)荷從設(shè)計(jì)值的1/3到1/2逐漸遞增，此過(guò)程中反應(yīng)器對(duì)COD的去除率從5%～10%逐漸增加至15%左右，NH3-N去除率達(dá)到5%左右。第15天之后采用連續(xù)進(jìn)水，進(jìn)水流量由設(shè)計(jì)流量的1/2逐漸增加至設(shè)計(jì)流量，此時(shí)微氧池COD去除率達(dá)到20%左右，NH3-N去除率達(dá)到10%。在啟動(dòng)25 d之后，可以肉眼觀(guān)測(cè)到微氧池中載體上出現(xiàn)了黃褐色的生物薄膜，反應(yīng)器掛膜完成。反應(yīng)器啟動(dòng)過(guò)程中，微氧池對(duì)COD、NH3-N、SO42-均有一定的去除效果，且去除效果隨著啟動(dòng)的進(jìn)行而逐漸穩(wěn)定。

3.4系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果

在系統(tǒng)調(diào)試完成后的穩(wěn)定運(yùn)行階段，IC、UASB1和UASB2對(duì)廢水COD和SO42-的去除率均能達(dá)到50%以上。AO池對(duì)廢水COD的去除率能達(dá)到60%以上，對(duì)NH3-N的去除率能達(dá)到90%以上。接觸氧化池對(duì)廢水COD和NH3-N的去除率分別在30%和40%以上。微氧池對(duì)廢水COD和NH3-N的去除率分別在20%和15%左右。當(dāng)進(jìn)水萃余液COD為25 100~27 350mg/L，NH3-N為165~199.7mg/L，SO42-為12 020~22 225mg/L時(shí)，最終出水COD為78.2～87 mg/L，NH3-N為2.2～3.5mg/L，SO42-為75.5～85.2mg/L，出水水質(zhì)優(yōu)于《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

4　經(jīng)濟(jì)分析

該工程所有構(gòu)筑物均為新建項(xiàng)目，總投資980萬(wàn)元，處理總水量為1 810m3/d。處理廢水過(guò)程中，每天用電量為2 600度左右，電費(fèi)為1元/m3；每天值班員工以及設(shè)備調(diào)試人員共5人，平均工資為每天每人134元，人工費(fèi)為0.37元/m3；處理廢水藥劑主要為石灰和PAC，每天使用石灰2.8 t左右，石灰市場(chǎng)價(jià)格為400元/t，石灰費(fèi)用為0.62元/m3，PAC市場(chǎng)價(jià)格為1 500元/t，每天使用PAC 1 t左右，PAC費(fèi)用為0.83元/m3，其他藥劑（包括堿液、HCl等）使用費(fèi)為0.35元/m3，藥劑綜合使用費(fèi)為1.8元/m3。污水處理部分的綜合直接運(yùn)行費(fèi)用為3.17元/m3。

5　結(jié)論

（1）系統(tǒng)反應(yīng)器啟動(dòng)過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格控制pH、溫度、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、溶氧量等條件。啟動(dòng)完成時(shí)，可觀(guān)察到厭氧反應(yīng)器底層污泥呈現(xiàn)較大的團(tuán)狀，富有彈性；AO池中的污泥呈現(xiàn)黃褐色，并且可以觀(guān)測(cè)到原生動(dòng)物；微氧池和接觸氧化池載體上出現(xiàn)肉眼可見(jiàn)的褐色生物膜。

（2）萃余液中含有較高濃度的SO42-，而SO42-會(huì)抑制厭氧微生物的活性。通過(guò)在混凝攪拌池及反應(yīng)沉淀池1中加入石灰，可以有效地降低廢水中SO42-的含量，防止其對(duì)后續(xù)系統(tǒng)的影響。

（3）系統(tǒng)各反應(yīng)器經(jīng)調(diào)試啟動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定后，對(duì)廢水中的COD、NH3-N、SO42-均有很高的去除率，綜合去除率均達(dá)到90%以上。經(jīng)該處理工藝處理后，出水水質(zhì)能達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)后期觀(guān)察結(jié)果，系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行并且具有一定的抗沖擊負(fù)荷能力。

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Study on the start-up ofmulti-stage anaerobic reactor+AO for treating organic wastewaterw ith high-concentration sulfate

Ouyang Erming1，Wang Lele1，Song Tiantian1，Wang Baiyang2
（1.Schoolof Civil Engineeringand Architecture，Nanchang University，Nanchang330031，China；2.SchoolofResources，Environmental&Chemical Engineering，Nanchang University，Nanchang330031，China）

Gibberellinwasproduced bybiological fermentationmethod in abiochemicalcompany，in Jiangxi，China，and agreatdealof SO42-organic wastewater produced in the production process.The combined process，IC+doublepole UASB+AO hasbeen used for treating thisorganic wastewater.Theoperation results show thatunder stably running conditions of the system，when the influent faffinate COD，NH3-N，and SO42-are 25 100-27 350，165-199.7 and 12 020-22 225mg/L，respectively，the treated effluentCOD，NH3-N，and SO42-are 78.2-87，2.2-3.5 and 75.5-85.2 mg/L，respectively.The water quality of effluent is better than the first class criteria specified in Integrated Wastewater Discharge Standard（GB 8978—1996）.

organic wastewater；sulfatewastewater；internal circulation anaerobic reactor；up-flow anaerobic sludge bed reactor

X703

B

1005-829X（2016）10-0100-04

江西省高等學(xué)?？萍悸涞赜?jì)劃項(xiàng)目（KJLD13007）；江西省科技廳科技計(jì)劃項(xiàng)目（20133BBG70010）

歐陽(yáng)二明（1976—），博士，碩士生導(dǎo)師。E-mail：youmer@ sina.com。通訊作者：王白楊，E-mail：1040185390@qq. com。

2016-08-05（修改稿）