UASB+生物接觸氧化處理酸性飲料廢水工程實例

梁文鐘，周偉堅，謝丹平，溫 勇，朱家亮

（環(huán)境保護部華南環(huán)境科學研究所，廣東廣州510655）

工程實例

UASB+生物接觸氧化處理酸性飲料廢水工程實例

梁文鐘，周偉堅，謝丹平，溫 勇，朱家亮

（環(huán)境保護部華南環(huán)境科學研究所，廣東廣州510655）

針對某企業(yè)酸性飲料廢水水質(zhì)、水量以及pH波動大等特點，采用上流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB）+生物接觸氧化工藝進行處理。生化處理系統(tǒng)（處理規(guī)模1 600 m3/d）運行30 d，COD平均去除率達到95%，出水水質(zhì)穩(wěn)定達到《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）中的一級標準要求。

飲料廢水；上流式厭氧污泥床反應(yīng)器；生物接觸氧化

近年來，飲料行業(yè)已成為我國食品工業(yè)發(fā)展最快的行業(yè)之一。其中維生素飲料是經(jīng)過預(yù)處理的工藝水、糖漿、調(diào)味劑、香料及色料等按照一定比例調(diào)配制成〔1〕。飲料廢水主要來自制備純水、加工原料、清洗設(shè)備和生產(chǎn)車間地面等產(chǎn)生的廢水以及殘次品、不合格產(chǎn)品的廢液。湖北某飲料企業(yè)主要生產(chǎn)維生素功能飲料，產(chǎn)生的廢水有機物含量高、可生化性好，酸性緩沖溶液較多。為使廢水處理達標排放，該企業(yè)要求并委托設(shè)計、建設(shè)一套污水處理系統(tǒng)，處理能力為1 600 m3/d，排水水質(zhì)要求達到《污水綜合排放標準》GB 8978—1996中的一級標準，其核心是上流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB）和生物接觸氧化法組合處理工藝。

UASB的工藝設(shè)計方法及配套設(shè)備已經(jīng)非常成熟，為厭氧處理的主流工藝之一。由于UASB具有污泥濃度高、處理效率高以及抗沖擊負荷高等優(yōu)點，被廣泛用于處理化工、制藥、印染、食品加工以及飲料等行業(yè)產(chǎn)生的中、高濃度有機廢水〔2〕。生物接觸氧化法是以生物膜為凈化主體的一種高效水處理工藝，兼有活性污泥法和生物膜法的優(yōu)點〔3〕。因其具有高效節(jié)能、耐沖擊負荷、運行管理方便等特點而被廣泛用于各行業(yè)的污水處理。筆者對該企業(yè)的污水處理工藝流程、主要構(gòu)筑物設(shè)計、運行效果和運行成本進行了介紹。

1 污水處理規(guī)模及水質(zhì)特征

該污水處理站設(shè)計處理規(guī)模為1 600 m3/d。根據(jù)建設(shè)單位提供的廢水水質(zhì)資料，廢水主要含有糖類、醇類等長鏈有機物，有機物含量高。加上車間生產(chǎn)線經(jīng)常更換飲料品種，排料多，酸堿清洗頻繁，導(dǎo)致廢水COD、pH波動較大，水質(zhì)變化大，不易處理。該工程設(shè)計進、出水水質(zhì)見表1。

表1 進、出水水質(zhì)

2 污水處理工藝

2.1 工藝選擇

飲料廢水的處理工藝很多，其中厭氧+好氧組合工藝應(yīng)用最多〔4〕。該飲料廢水的有機物濃度高，可生化性好，酸性緩沖溶液多。采用UASB+生物接觸氧化法組合工藝可有效去除廢水中的污染物，同時具備較高的抗沖擊負荷能力，確保高效穩(wěn)定的處理效果〔5〕。

2.2 工藝流程

具體工藝流程見圖1。

圖1 廢水處理工藝流程

廢水經(jīng)過格柵井去除較大的懸浮物、漂浮物，進入集水池。高濃度排料和清洗設(shè)備的強酸、強堿廢水由提升泵泵入事故池；正常廢水則泵入調(diào)節(jié)池。經(jīng)過調(diào)節(jié)池均質(zhì)勻量后，再由提升泵提升至UASB，其中大部分有機物被厭氧分解為沼氣排出。UASB出水自流進入接觸氧化池，經(jīng)好氧處理后進入絮凝反應(yīng)池，當好氧處理出水異常時，在絮凝反應(yīng)池中投加混凝劑、絮凝劑，以保證處理效果。接著進入二沉池進行泥水分離，其中污泥根據(jù)需要回流至生化反應(yīng)系統(tǒng)或被排至污泥池；若出水異常時，二沉池出水回流至調(diào)節(jié)池重新進行處理，出水正常則自流進入清水池，最后流入排放口達標排放。污泥池污泥經(jīng)壓濾機壓濾后，濾液回流至調(diào)節(jié)池處理，泥餅外運至有資質(zhì)單位處置；事故池事故廢水根據(jù)運行情況通過提升泵分批泵入調(diào)節(jié)池進行混合處理。

2.3 主要構(gòu)筑物及設(shè)計參數(shù)

（1）格柵井。用于攔截較大的懸浮物和漂浮物，保證后續(xù)設(shè)施的正常運行。格柵井尺寸為4.0 m× 1.2 m×5.0 m，選用1臺BLQ-1200機械格柵，柵條間隙為5 mm，功率0.75 kW。

（2）集水池。用于儲水、緩沖作用，正常情況下將廢水抽送至調(diào)節(jié)池；當有高濃度排料或強酸、強堿清洗水排放時，通過自控系統(tǒng)切換閥門將廢水抽至事故池。集水池尺寸為5.3 m×7.4 m×5.0 m，有效容積60 m3，水力停留時間（HRT）為0.9 h。選用2臺ZS80-65-125/5.5提升泵（Q=100 m3/h，H=13 m，P= 5.5 kW），1用1備。

（3）調(diào)節(jié)池。設(shè)計尺寸為10 m×12 m×5.0 m，有效容積533 m3，HRT為8 h。配置1套酸堿加藥系統(tǒng)，以穩(wěn)定廢水pH在6.5~8.5；在距離池底10 cm處設(shè)置1臺MA0.85/8-260-740潛水攪拌機和1套穿孔曝氣系統(tǒng)，用于均化水質(zhì)、水量；選用ZS65-50-125/3.0提升泵（Q=50 m3/h，H=13 m，P=3.0 kW，1用1備）將廢水提升到UASB的脈沖罐。

（4）事故池。尺寸為10.7 m×4.3 m×5.0 m，有效容積202 m3，HRT為3.0 h。配置1套酸堿加藥系統(tǒng)調(diào)節(jié)廢水pH；在距離池底10 cm處設(shè)置1套穿孔曝氣系統(tǒng)均化水質(zhì)。根據(jù)污水處理系統(tǒng)的運行情況，選用MS160/0.75提升泵（Q=9.6m3/h，H=13.8m，P=0.75 kW，1用1備）將事故廢水少量分批泵入調(diào)節(jié)池進行混合稀釋處理。

（5）UASB。設(shè)置2座，單座尺寸為10 m×7.0 m× 7.0 m，有效容積455 m3，HRT為17 h。每座UASB由進水配水系統(tǒng)、反應(yīng)區(qū)、三相分離器、集氣室及處理水排出系統(tǒng)組成。進水配水系統(tǒng)由脈沖發(fā)生器與高效脈沖布水器組成，通過脈沖布水可使反應(yīng)區(qū)的污泥層始終處于懸浮態(tài)，有利于廢水與反應(yīng)器中厭氧微生物的充分混合，有效提高UASB厭氧降解有機物的效率。在清水區(qū)設(shè)置三相分離器，分離氣、水、泥，沼氣通過集氣室、氣體收集系統(tǒng)輸送至燃燒火炬點燃，上清液從沉淀區(qū)上部排出系統(tǒng)進入接觸氧化池，污泥沿著三相分離器斜壁返回至反應(yīng)區(qū)。

（6）接觸氧化池。設(shè)置2座，單座尺寸為10.0 m× 8.4 m×5.0 m，有效容積371 m3，HRT為11 h，設(shè)計氣水比12∶1，溶解氧質(zhì)量濃度為2~4 mg/L。為了防止廢水在處理過程中發(fā)生“短流”現(xiàn)象，每座接觸氧化池設(shè)置2道導(dǎo)流墻，保證廢水處理的水力停留時間。選用SSR-100羅茨鼓風機（Q=6.71 m3/min，H=5.0 m，P=7.5 kW，2用1備）作為充氧設(shè)備，通過離池底10 cm處設(shè)置的微孔曝氣系統(tǒng)，可有效提高溶解氧在廢水中的傳質(zhì)效率，保證填料載體上生物膜的需氧量，維持穩(wěn)定高效的處理效率。

（7）絮凝池。當接觸氧化池出水水質(zhì)異常時，在絮凝池投加PAC、PAM，以保證二沉池的沉淀效率。其尺寸為1.0 m×1.5 m×4.5 m，有效容積6.3 m3，HRT為6 min。

（8）二沉池。設(shè)計輻流式沉淀池中心進水，四周出水，尺寸為D10m×4.5m，表面負荷0.85 m3/（m2·h），HRT為3.5 h。配置1臺中心傳動XZG-10刮泥機，在池底設(shè)置排泥管，通過SP4-1150無堵塞污泥泵（Q=72 m3/h，H=9.0 m，P=5.5 kW，1用1備）將剩余污泥回流至生化系統(tǒng)或排至污泥池。另外在集水槽設(shè)置1條連接至調(diào)節(jié)池的超越管道，當出水不達標時，回流不達標出水至調(diào)節(jié)池進行重新處理。

（9）污泥池。尺寸為4.0 m×4.0 m×4.0 m，有效容積52 m3。選用6661T3-344-C氣動隔膜泵、W-0.9/8空氣壓縮機以及7.5AC空氣冷凍干燥機組成污泥抽吸系統(tǒng)；通過抽吸系統(tǒng)將污泥抽至XAZ30/800-UK壓濾機（過濾面積為30 m2）進行脫水，泥餅外運至有資質(zhì)單位處置。

3 運行效果分析

3.1 運行情況

為方便日后系統(tǒng)的運行和維護，工程設(shè)置了1#、2#兩套平行生化處理系統(tǒng)。污水站調(diào)試運行穩(wěn)定后，生化處理系統(tǒng)的運行效能見圖2、圖3。

圖2 1#生化處理系統(tǒng)運行效能

從圖2、圖3可以看出，1#、2#生化處理系統(tǒng)運行穩(wěn)定后，在30 d的運行過程中，UASB出水COD在500 mg/L左右，平均去除率均接近80%；經(jīng)過生物接觸氧化的好氧生物處理后，出水COD基本保持在40 mg/L左右，并均低于100 mg/L排放標準線。因此，采用UASB+生物接觸氧化組合工藝處理酸性飲料廢水，能有效去除該酸性飲料廢水的污染物，COD平均去除率達到95%，出水水質(zhì)穩(wěn)定達到《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）中的一級標準。

圖3 2#生化處理系統(tǒng)運行效能

3.2 運行成本分析

該工程總投資為788萬元，正常情況下總運行費用為0.792元/t，其中電費0.241元/t，人工費0.25元/t，藥劑費0.30元/t，水費0.001元/t。

4 結(jié)論與建議

（1）采用UASB+生物接觸氧化組合工藝處理酸性飲料廢水，COD平均去除率達95%，出水水質(zhì)穩(wěn)定達到《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）中的一級標準要求。

（2）建議生產(chǎn)車間的高濃度排料、強酸強堿清洗廢水應(yīng)單獨設(shè)置排污管直通事故池，這樣可提高事故廢水的收集率，同時可以避免事故廢水對格柵井、集水池設(shè)備的腐蝕，保證污水處理設(shè)施運行的穩(wěn)定性和持續(xù)性。

［1］祝美云，張平安，田莉，等.維生素水飲料生產(chǎn)工藝分析及改進［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學，2008，36（7）：2922-2923.

［2］王紅葉，侯銀萍，彭黨聰，等.上流式厭氧污泥床反應(yīng)器處理飲料廢水［J］.環(huán)境工程學報，2015，9（2）：743-748.

［3］吳國旭，楊永杰，王旭.生物接觸氧化法及其變形工藝［J］.工業(yè)水處理，2009，29（6）：9-11.

［4］李志健，遲金娟.果汁廢水處理技術(shù)的研究進展［J］.工業(yè)水處理，2010，30（11）：5-8.

［5］王紅葉，侯銀萍，彭黨聰，等.上流式厭氧污泥床反應(yīng)器處理飲料廢水［J］.環(huán)境工程學報，2015，9（2）：743-748.

Case study on the treatment of acidic beverage wastewater by up-flow anaerobic sludge bed-biological contact oxidation process

Liang Wenzhong，Zhou Weijian，Xie Danping，Wen Yong，Zhu Jialiang
（South China Institute of Environmental Sciences，Ministry of Environment Protection of PRC，Guangzhou 510655，China）

Aiming at the acidic beverage wastewater characteristics，such as water quality，the amount of water，the fluctuation of pH，etc.in an enterprise，the wastewater has been treated by the up-flow anaerobic sludge bed（UASB）-biological contact oxidation process.The treatment scale of the biochemical treatment system is 1 600 m3/d running for 30 d，and COD average removing rate 95%.The effluent quality is stable，meeting the first level requirements specified in the Integrated Wastewater Discharge Standard（GB 8978—1996）.

beverage wastewater；up-flow anaerobic sludge bed；biological contact oxidation

X703

B

1005-829X（2016）12-0103-03

梁文鐘（1986—），碩士，工程師。E-mail：liangwenzhong@ scies.org。

2016-10-20（修改稿）

水體污染控制與治理科技重大專項（2014ZX07204-008）