厭氧污泥床三相分離器凈化油脂精煉廢水的實驗研究

劉東風

（福建省糧油科學技術(shù)研究所，福建 福州 350002）

食用植物油原油中含有較多的膠質(zhì)、游離脂肪酸及色素等物質(zhì)，必須通過精煉方可食用。在油脂精煉過程中，根據(jù)工藝需要加入多種助劑，如：NaCl、NaOH、H3PO4、Na3PO4、Ca(OH)2，在精煉工業(yè)用油脂時還常常加入H2SO4、C2H2O4等助劑，而且最終又必須將它們從油脂中去除，因而使油脂精煉廢水的化學成份極其復雜，其中的一些成份對微生物有抑制作用，給油脂廢水的厭氧處理帶來困難。

本實驗以經(jīng)過隔油、沉淀、中和等預處理后的油脂精煉廢水為樣本，運用厭氧污泥床三相分離器進行凈化處理，由于分離器內(nèi)含有高濃度的生物和豐富的微生物群落，能夠加速污染物的轉(zhuǎn)化和降解，在處理油脂廢水方面有較大的優(yōu)勢[1]，在實驗中取得了較好的效果。

1 材料與方法

1.1 實驗材料與儀器設備

1.1.1 油脂精煉廢水及主要參數(shù)

以福建省新世紀糧油工業(yè)有限公司油脂精煉廢水為樣本，經(jīng)預處理后其主要參數(shù)見表1。

1.1.2 主要儀器設備

流量計、烘干箱、馬福爐、氣相層析儀、天平、小型離心機、酸堿滴定管、溫度計等化驗室常規(guī)儀器、厭氧污泥床三相分離器。

1.1.3 菌種采集

從福建省新世紀糧油工業(yè)有限公司污水池中采集菌種進行馴化培育，篩選出消化油脂精煉廢水效果明顯的接菌物用于污泥床。

1.1.4 厭氧污泥床三相分離器主要構(gòu)造及工藝流程

厭氧污泥床為圓形斷面結(jié)構(gòu)，容積0.8m3，以隔膜泵將精煉廢水由污泥床三相分離器底部泵入分布器，由于隔膜泵脈沖式進水，能起到攪拌作用，在污泥床中上部至頂部設有三相分離出口，將氣體、液體、污泥分離，懸浮污泥回流到反應段避免流失，當污泥積累到一定量時從底部排出，氣體進入氣柜，液體流入曝氣池做進一步的曝氣處理至COD，BOD達標排放。工藝流程見圖1。

表1 油脂精煉廢水水質(zhì)主要參數(shù)

圖1 厭氧污泥床三相分離器凈化油脂精煉廢水工藝流程圖

1.1.5 檢測方法

化學耗氧量（CODcr)：重鉻酸鉀法。生化需氧量（BOD5）：稀釋法。總固體含量：烘干法。總懸浮固體：烘干法。總揮發(fā)性固體：灼烘法。

脂肪酸：氫氧化鉀滴定法。氨態(tài)氮：蒸餾滴定法?？倓P氏氮：凱氏定氮法?？偭祝轰R鉬蘭比色法。硫化物：碘量法。氯根：硝酸汞容量法?？傆袡C碳：重鉻酸鉀—外熱源法。pH值：精密pH試紙。甲烷含量：氣相層析儀—熱導池法。產(chǎn)氣量：濕式流量計。

2 結(jié)果與討論

2.1 厭氧污泥床三相分離效果分析

為了使油脂精煉廢水在三相分離器中呈滯流流動，且其中的污泥停留時間既要短又要充分分離，實驗中分別設計了2個內(nèi)部構(gòu)造有所不同的三相分離器進行比較試驗。2個分離器的主要區(qū)別在于污水分布器、脈沖頻率及強度、污泥出口與消化液出口之間的相互間距。當精煉廢水進入污泥床，與厭氧菌接觸發(fā)酵，產(chǎn)生消化絮凝，在重力作用下，絮凝物沉降形成底部污泥和上層消化液，并產(chǎn)生沼氣。

實驗結(jié)果表明，2個內(nèi)部構(gòu)造不同的污泥床三相分離器在相同條件下消化分離效果有所差異：A號污泥床分離污泥濃度為51.2 g/L；B號污泥床分離污泥濃度為79.1 g/L，B號分離效率較A號明顯提高，且絮凝較快，顆粒較大。固液分離效果B優(yōu)先于A。

2.2 菌種采集與馴化

油脂在堿煉脫酸工序以NaOH中和游離脂肪酸，且加入超過中和反應所需的堿量，所以堿煉污水呈堿性。但夏天時堿煉污水在隔油沉淀池中停留7d后，污水的pH值即開始下降，可由8～9降至7以下，可見其中的微生物活動較為活躍。因此可直接在精煉廢水沉淀池中采集菌種進行馴化培育，經(jīng)0.5年左右培育從中篩選出能形成顆粒污泥的接菌物，將污泥顆粒接種到厭氧消化器中，接種量約為污泥床容積的40%。

2.3 絮凝沉淀與分離

厭氧污泥床三相分離器處理精煉廢水，主要是通過微生物群體綜合代謝，并在反應器內(nèi)以甲烷菌為主體的厭氧微生物形成粒徑1～5 mm的凝膠狀顆粒污泥，達到三相分離。

實驗表明，如果反應器內(nèi)的污泥不以凝膠狀顆粒存在，而是呈松散的絮狀體時，污泥就容易上浮流失，使反應器不能在較高的負荷下穩(wěn)定運行。

同時在實驗中還發(fā)現(xiàn)，由于油脂精煉廢水中含膠雜、纖維素、多糖及脫色白土微粒等成份，較其他污水較易出現(xiàn)絮凝且絮凝體較易沉淀，但是當污水中帶有較多的油脂微粒時，污泥床沉淀效果惡化，污泥上浮并由消化液帶出，使污水處理不能達到預期。

針對這種特殊情況，根據(jù)厭氧附著膜膨脹床的原理，在污水中加入1% 粒徑在100～300μm的硅藻土粉末作為載體，形成厭氧生物膜微粒。由于生物附著的表面積提高，促使厭氧微生物的單位濃度增高，從而提高了有機負荷，而這些顆粒污泥能夠長期保持形態(tài)上的穩(wěn)定，使分離器擁有良好沉降性能的污泥，并為新進的污水提供顆粒污泥作為接種物，加快消化進程，使得絮凝沉降得到明顯改善，較好地解決了油脂精煉廢水中脂肪酸微粒造成污泥上浮的問題。

2.4 進水pH值對COD、BOD去除率的影響

進水pH值是影響COD、BOD去除率的重要因素，pH值過低將影響后續(xù)的生化反應，降低COD、BOD的去除率[2]。在實驗中，當pH值低于4.5時用生石灰將進水pH值調(diào)節(jié)至6.5～7.5，以有利于生化反應的進行。

2.5 進水負荷率變化與COD去除率的關系

進水負荷率過低或過高對COD去除率有較大的影響[3]。當進水負荷率過高，COD超過25000 mg/L時，發(fā)酵過程產(chǎn)生的揮發(fā)酸累積，污泥床中的微生物活性受到抑制，造成COD去除率下降；當進水負荷率過低，COD低于10000 mg/L時，也顯示消化效率降低，這是由于發(fā)酵基質(zhì)不足造成消化系統(tǒng)失去動態(tài)平衡。

水力停留時間為24 h的情況下不同的進水負荷率對COD去除率的影響見圖2。

圖2 進水負荷率對COD去除率的影響

2.6 厭氧污泥床三相分離器凈化油脂精煉廢水的性能

油脂精煉廢水經(jīng)隔油池，調(diào)節(jié)池等預處理后進入?yún)捬跷勰啻踩喾蛛x器，試驗運行400 d，平均凈化效果見表2。

從表2可以看出B號厭氧污泥床三相分離器對油脂污水的凈化效果優(yōu)于A。

2.7 厭氧污泥床三相分離器運行溫度，水力停留時間，與產(chǎn)氣量的關系

污泥床運行溫度對COD、BOD去除率和產(chǎn)氣量有較大的影響。進水溫度低于25 ℃時產(chǎn)氣量降低，而進水溫度為30～40 ℃時產(chǎn)氣量最多，綜合考慮運行成本，選擇30 ℃左右的運行溫度，并利用生產(chǎn)車間疏水閥流出的凝結(jié)水作為熱源。

表2 厭氧污泥床三相分離器運行400 d平均凈化效果

污泥床運行過程中，在合適的溫度與時間范圍內(nèi)，產(chǎn)氣量與溫度、時間成正比。實驗表明：當有機負荷率23.1 kgCOD/m3·d，進水停留25 h，1kgCOD產(chǎn)氣量只有0.03m3；有機負荷率升高，產(chǎn)氣量增加，但沼氣中的CH4含量低，在其他條件不變的情況下，適當延長發(fā)酵時間，沼氣中CH4含量將有所增加。如果將沼氣收集利用，那么在操作時應適當提高發(fā)酵溫度和延長水力停留時間。

2.8 pH值的調(diào)節(jié)

油脂精煉廢水有機負荷率高，其中的皂腳（脂肪酸鈉鹽）在隔油池中停留后發(fā)生水解，夏天污水的pH值會下降到5以下，用生石灰調(diào)節(jié)并經(jīng)污泥床發(fā)酵后，均能保證pH值在6.5～7.2之間達標排放。

3 結(jié)論

⑴ 采用厭氧污泥床三相分離器加隔油池的組合工藝凈化油脂精煉廢水是可行的，CODcr、BOD5、總懸浮固體、中性油、脂肪酸去除率均能達到95%以上。

⑵ 可以回收沼氣并加以利用。凈化后的污水經(jīng)過曝氣過濾處理可作為綠化用水或達標排放。

⑶ 設備結(jié)構(gòu)簡單，用玻璃鋼制造投資省，耐腐蝕，運行穩(wěn)定，費用低，對中小型油脂加工廠有一定的參考應用價值。