孕馬尿廢水處理的應(yīng)用研究

楊福兵，濮軍文，吳林虎

(南京東大能源工程設(shè)計院有限公司，江蘇 南京 211100 )

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孕馬尿廢水處理的應(yīng)用研究

楊福兵，濮軍文，吳林虎

(南京東大能源工程設(shè)計院有限公司，江蘇 南京 211100 )

摘要：指出了在實驗室條件下，采用酸化沉淀-三效蒸發(fā)-上流式污泥床過濾器(Upflow Blanket Filter，UBF)-二級缺氧/好氧(Anoxic/Oxic，A/O)-膜生物反應(yīng)器(Membrane Bio-Reactor，MBR)的組合工藝處理孕馬尿廢水，處理規(guī)模為小試設(shè)計規(guī)模2 L/h，實際運行規(guī)模為5t/h，運行費用2.15元/(m3·d)。運行結(jié)果表明：該工藝處理后COD、BOD5、SS、NH3-N去除率分別為：99.91 %、99.75 %、99.00 %、99.93 %，出水各項指標(biāo)滿足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)中一級A標(biāo)準(zhǔn)：COD≤60 mg/L、BOD5≤20 mg/L、SS≤5 mg/L、NH3-N≤5 mg/L。

關(guān)鍵詞：孕馬尿廢水； 三效蒸發(fā)；污泥床過濾器； 缺氧；好氧； 膜生物反應(yīng)器

1引言

近年來隨著人類生活、科技水平的提高，天然孕馬結(jié)合態(tài)雌激素藥物開始在全球流行，明顯改善了更年期女性同胞的生活質(zhì)量[1～5]。與此同時，該類物質(zhì)在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生一定量的孕馬尿廢水，具有成分復(fù)雜、有機物濃度高、富含氨氮、鹽分高、可生化性差、處理難度大等特點，若不加以妥善治理將對環(huán)境造成極大沖擊并嚴(yán)重制約孕馬結(jié)合態(tài)雌激素行業(yè)的發(fā)展，故有必要開展此類廢水的處理研究，為經(jīng)濟、有效地治理該類廢水奠定堅實基礎(chǔ)。

2廢水水質(zhì)及工藝流程

2.1廢水水質(zhì)

試驗廢水取自新疆某孕馬來源的結(jié)合雌激素原料藥及其藥品制劑的制藥企業(yè)，具體廢水水質(zhì)見表1。

表1　廢水水質(zhì)及相應(yīng)排放標(biāo)準(zhǔn)

2.2工藝流程

依據(jù)廢水水質(zhì)特點，選取見圖1所示工藝流程。

廢水經(jīng)收集后加酸、PAM、PAC進(jìn)行酸化混凝沉淀，上清液進(jìn)入三效蒸發(fā)系統(tǒng)，在酸性條件下進(jìn)行酸性蒸發(fā)，主要是去除廢水中N以及鹽分；隨后進(jìn)入UBF配水池，調(diào)節(jié)pH值及溫度，進(jìn)入UBF進(jìn)行厭氧反應(yīng)，去除其中大部分的有機物，產(chǎn)生的沼氣可引至食堂綜合利用；隨后進(jìn)入水解酸化、接觸氧化、沉淀系統(tǒng)及二級A/O系統(tǒng)，進(jìn)一步去除其中有機物及N、P；污水最終進(jìn)入MBR進(jìn)行深度處理，滿足相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)；

混凝沉淀、一沉池、MBR池產(chǎn)生的污泥首先進(jìn)入污泥儲池，隨后進(jìn)入污泥濃縮池，最終經(jīng)隔膜泵提升至板框壓濾系統(tǒng)，濾餅運至有資質(zhì)單位處理，上清濾液回流至廢水收集池。

圖1　廢水處理工藝流程

3主要裝置及設(shè)備

3.1原水池

材質(zhì)：PVC尺寸：0.5 m×0.4 m×0.65 m，有效水深0.5 m，有效容積100 L，用于收集廢水并調(diào)節(jié)來水水質(zhì)水量，內(nèi)設(shè)提升泵1臺，型號：無阻塞化工泵，揚程2 m，配備流量計1臺，量程為1～10 L/h。

3.2酸化沉淀池

材質(zhì)：有機玻璃，尺寸：0.45 m×0.12 m×0.6 m，其中混凝攪拌池0.15 m×0.12 m×0.6 m，斜板沉淀池0.3 m×0.12 m×0.6 m，用于調(diào)節(jié)廢水pH值，去除廢水中部分懸浮顆粒及細(xì)小顆粒，降低后續(xù)處理負(fù)荷，包括攪拌機(攪拌電機為6W減速電機、調(diào)速器為60～300×10-6r/min)、加藥計量泵(型號：普羅名特0803，流量：Qmax=2.5 L/h)，藥劑桶(材質(zhì)：PE，容積：50 L)。

3.3三效蒸發(fā)

材質(zhì)：有機玻璃；材料：三口燒瓶1000 mL、直型冷凝管、牛角管、溫度計、酒精燈；用于去除廢水中的N和鹽分。

3.4UBF配水池

材質(zhì)：PVC，尺寸：0.3×0.3×0.45 m，有效水深0.35 m，有效容積：30 L，用于將來水調(diào)節(jié)至適宜UBF處理的pH值及溫度，內(nèi)含UBF進(jìn)水泵1臺，型號：普羅名特0806，流量：Qmax=5.3 L/h；加熱循環(huán)裝置：含不銹鋼加熱管1套，0～50℃溫度控制儀1套，熱水循環(huán)泵1套。

3.5UBF

材質(zhì)：有機玻璃，尺寸：0.25 m×2.0 m，雙層夾套，有效容積：80L，內(nèi)含布水裝置、內(nèi)循環(huán)泵(型號：無阻塞化工泵，揚程：2 m)、甲烷氣計量表(電子計量，雙顯示，瞬時流量和累計流量)，用于去除廢水中的大部分有機物，并產(chǎn)生可綜合利用的甲烷；UBF停留時間約40 h，污泥負(fù)荷：3.27 kgCOD/(kg·d)，容積負(fù)荷：4.58 kgCOD/(m3·d)

3.6A/O反應(yīng)池(2套)

材質(zhì)：有機玻璃，A池尺寸：0.3 m×0.3 m×0.6 m，O池尺寸：0.4 m×0.3 m×0.6 m，包括攪拌機(攪拌電機：25W減速電機，調(diào)速器：60～300×10-6，不銹鋼攪拌槳)、曝氣泵(規(guī)格：80L/min)、氣體流量計(量程：0.16～1.6 m3/h)、混合液回流泵(型號：高揚程無阻塞泵)，用于進(jìn)一步去除廢水中的有機物、N、P等污染物；A池停留時間：27 h，O池停留時間：36 h；好氧池曝氣量一般控制DO在2～4 mg/L。

3.7斜板沉淀池

材質(zhì)：有機玻璃，尺寸：0.3 m×0.12 m×0.6 m，主要是將A/O出水中的污泥和污水進(jìn)行分離，內(nèi)含污泥回流泵(高揚程無阻塞泵)。

3.8出水箱

材質(zhì)：PVC，尺寸：0.3 m×0.3 m×0.45 m，有效水深：0.35 m，有效容積：30L，內(nèi)含MBR進(jìn)水泵1臺(型號：無阻塞化工泵，揚程：2 m)及高低液位開關(guān)1套作用是儲存斜板沉淀池出水，保證后續(xù)處理的連續(xù)運行。

3.9MBR

材質(zhì)：有機玻璃，尺寸：0.25 m×0.4 m×0.6 m，包括膜箱(材質(zhì)：有機玻璃，作用：放置膜片)、膜片(材質(zhì)：PVDF，孔徑：0.1～0.3μm，膜表面積0.2 m2/片)、曝氣泵(規(guī)格：80 L/min)、氣體流量計(量程：0.16～1.6 m3/h)、出水泵(型號：普羅名特0806，流量：Qmax=5.3L/h)，出水壓力表(-0.1～0 MPa)。作用是對廢水進(jìn)行深度處理，使其滿足具體出水標(biāo)準(zhǔn)。

3.10其它

其它附件還有管道、閥門、電器控制箱(含：各單元電氣開關(guān)，時間控制器，漏電保護裝置等)。

4系統(tǒng)的調(diào)試與運行

4.1實驗裝置的啟動

4.1.1污泥接種

向反應(yīng)器內(nèi)投加污泥。理論計算，接種后UBF反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度為2.5(最少)～5 g/L(最佳)，做好進(jìn)料污泥濃度的分析以及UBF反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度的分析。

4.1.2厭氧污泥的馴化程序

打開厭氧反應(yīng)器進(jìn)料管線的相關(guān)閥門；啟動厭氧進(jìn)料泵，進(jìn)行內(nèi)循環(huán)，啟動攪拌機，啟動溫控及加酸堿系統(tǒng)，UBF反應(yīng)器內(nèi)的最佳設(shè)定溫度(37～39 ℃)，每天溫度變化≯1 ℃、進(jìn)水pH值(設(shè)定值為7.0～7.2)；根據(jù)反應(yīng)器內(nèi)的COD測定值，按照COD∶N∶P的比例400∶5∶1來投加N和P；升溫過程中，根據(jù)實際情況向反應(yīng)器內(nèi)連續(xù)或間斷進(jìn)水；啟動溫度聯(lián)鎖；UBF反應(yīng)器內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)定值(37～38 ℃)，開始連續(xù)進(jìn)水，啟動負(fù)荷為0.5 kgCOD/(m3·d)，注意進(jìn)水COD總量(kg/d)的控制；根據(jù)進(jìn)水量、及時調(diào)整回流量，回流量逐漸減少，最終將回流比調(diào)整到2.0～2.5之間，達(dá)到設(shè)計負(fù)荷4.5 kgCOD/(m3·d)；檢測從SP1#～SP#7所取污泥試樣的pH值、溫度、污泥濃度、SV；厭氧反應(yīng)器內(nèi)pH值應(yīng)保持并穩(wěn)定在7.0～7.2；當(dāng)出水及SP#3處的揮發(fā)性脂肪酸(VFA)≤200 mg/L，出水COD≤1500 mg/L，COD去除率≥60 %，可提高UBF反應(yīng)器的負(fù)荷；每次提升負(fù)荷并運行一周后才能再次提升負(fù)荷。若厭氧出水惡化，立即停止提升負(fù)荷，并根據(jù)實際情況可適當(dāng)降低負(fù)荷；UBF負(fù)荷增加列表如表2所示。

表2　UBF負(fù)荷增長

4.2試驗裝置的運行

試驗裝置經(jīng)過前期的調(diào)試，后期能夠穩(wěn)定運行，經(jīng)酸化沉淀、三效蒸發(fā)、UBF、A/O、MBR等工序處理后出水水質(zhì)滿足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)中一級A標(biāo)準(zhǔn)，具體監(jiān)測結(jié)果如表3所示。

表3　出水水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果

4.3主要特色

4.3.1UBF工藝

上流式污泥床-過濾器(Upflow Blanket Filter，簡稱UBF)是厭氧濾器(Anaerobic Filter，簡稱AF)和上流式厭氧污泥床(Upflow Anaerobic Sludge Blanket，簡稱UASB)的基礎(chǔ)上開發(fā)的新型復(fù)合式厭氧流化床反應(yīng)器。UBF具有很高的生物固體停留時間(SRT)并能有效降解有毒物質(zhì)，是處理高濃度有機廢水的一種有效、經(jīng)濟的技術(shù)。

復(fù)合式厭氧流化床工藝是借鑒流態(tài)化技術(shù)生物處理的一種反應(yīng)器械，它以砂和設(shè)備內(nèi)的軟性填料為流化載體。污水作為流水介質(zhì)，厭氧微生物以生物膜形式結(jié)在砂和軟性填料表面，在循環(huán)泵或污水處理過程中產(chǎn)生甲烷氣時自行混合，使污水成流動狀態(tài)。污水以升流形式通過床體時，與床中附著有厭氧生物膜的載體不斷接觸反應(yīng)，達(dá)到厭氧反應(yīng)分解、吸附污水中有機物的目的。UBF復(fù)合型厭氧流化床的優(yōu)點是效能高、占地少，適用于較高濃度的有機污水處理工程。

UBF復(fù)合型厭氧反應(yīng)器，是中部為生物掛膜污泥床區(qū)、下部為水流化區(qū)，厭氧處理中率先采用以砂和軟性填料為設(shè)備內(nèi)部的載體。設(shè)備結(jié)構(gòu)為上部分固液氣分離區(qū)、下部分循環(huán)流化反應(yīng)區(qū)，利用循環(huán)泵，使污水和有生物膜的2種載體在中部、下部分流化反應(yīng)區(qū)中進(jìn)行循環(huán)，達(dá)到流化的目的。

在UBF酸化水解階段中，產(chǎn)生大量的水解酸化菌可將難生物降解的大分子物質(zhì)分解成易生物降解的的小分子物質(zhì)，進(jìn)而提高污水的可生化性。

在UBF產(chǎn)生甲烷階段中，厭氧微生物分解有機物過程中能產(chǎn)生大量的甲烷、二氧化碳等氣體，其中甲烷占75 %～85 %，1 kgCOD產(chǎn)生量為0.5 m3。產(chǎn)出的甲烷可供鍋爐用燃料，也可供民用，是一種很好的能源。

4.3.2A/O工藝

同時，缺氧池在前，污水中的有機碳被反硝化菌所利用，可減輕其后好氧池的有機負(fù)荷，反硝化反應(yīng)產(chǎn)生的堿度可以補償好氧池中進(jìn)行硝化反應(yīng)對堿度的需求。好氧池在缺氧池之后，可以使反硝化殘留的有機污染物得到進(jìn)一步去除，提高出水水質(zhì)。BOD5的去除率較高可達(dá)90 %～95 %以上，但脫氮除磷效果稍差，脫氮效率70 %～80 %，除磷只有20 %～30 %。盡管如此，由于A/O工藝比較簡單，也有其突出的特點，仍是目前較普遍采用的工藝。

5技術(shù)經(jīng)濟分析

裝置總裝機負(fù)荷為1.6 kW；電費按0.63 元/(kW·h)計算，則1 d運行電費1.6×24×0.63=24.19 元，所涉及藥劑種類為硫酸、液堿、PAC、PAM、雙氧水以及次氯酸鈉，1 t廢水約為0.90 元，即運行費(未考慮人工費、折舊費等)為：2.15元/(m3·d)。

6結(jié)論

(1)經(jīng)酸化沉淀-三效蒸發(fā)-UBF-二級A/O- MBR組合工藝處理后的孕馬尿廢水COD、BOD5、SS、NH3-N去除率分別為：99.91 %、99.75 %、99.00 %、99.93 % ，出水水質(zhì)滿足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)中一級A標(biāo)準(zhǔn)；

(2)酸化沉淀-三效蒸發(fā)-UBF-二級A/O- MBR的組合工藝適合用于孕馬尿廢水處理，運行費為2.15元/( m3·d)，具有出水水質(zhì)好，無需二沉池，占地面積小、自動化程度高等特點，適合推廣于孕馬尿廢水處理實際工程中。

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Application Research on PregnantHorse Urine Wastewater

Yang Fubing, Pu Junwen, Wu Linhu

(DongdaEnergyEngineeringDesignCo.Ltd.,NanjingJiangsu,211100，China)

Abstract:Under laboratory conditions,the treatment of pregnant horse urine wastewater by acid recipitation-triple effect evaporation- Upflow Blanket Filter- Anoxic/Oxic- Anoxic/Oxic-Membrane Bio-Reactorwas adoptedtodealwith the pregnant horse urine wastewater. Processing scale: the design of small scale was 2 L/h, whilethe actual running scale was 5t/h and running expense was 2.15yuan/(m3·d). Running results showed: the removal rates of COD、BOD5、SS、NH3-N were respectively99.91 %、99.75 %,98.99 %and99.93 %. Effluent of the indicators met the “sewage comprehensive discharge standard” (GB8978-1996) in standardA: COD≤60 mg/L、BOD5≤20 mg/L,SS≤5 mg/L,andNH3-N≤5 mg/L.

Key words:pregnant horse urine wastewater ,triple effect evaporation, Upflow Blanket Filter, Anoxic/Oxic, Membrane Bio-Reactor

收稿日期：2016-04-18

作者簡介：楊福兵(1977—)，男，工程師，主要從事發(fā)電廠水處理工程實施工作。

中圖分類號：

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1674-9944(2016)10-0020-04