組合工藝處理甘薯淀粉生產(chǎn)廢水

郭 倩，邱伊琴

(1.廣東省環(huán)境科學研究院，廣東 廣州 510045；2.廣東環(huán)科院環(huán)境科技有限公司，廣東 廣州 510045)

甘薯又稱紅薯，自16世紀傳入中國，其已成為我國主要的糧食作物之一，產(chǎn)量僅次于水稻小麥和玉米[1-2]。甘薯所含有的淀粉能達到其干重的50%～80%，是重要的淀粉生產(chǎn)原料，用作制糖業(yè)；此外，甘薯也被用作酶制劑、醫(yī)藥產(chǎn)品和乙醇燃料制取原料[3-4]。甘薯制品運用廣泛，而其中甘薯淀粉生產(chǎn)所的污水對環(huán)境的影響最為嚴峻。

淀粉廢水具有CODCr高、懸浮物濃度高、氮磷含量相對較低的特點，淀粉廢水出水水溫高，且極易水解酸化。傳統(tǒng)的淀粉廢水處理主要采用普通厭氧生物法，在原水儲存調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)酸堿后，才能進入?yún)捬醴磻?yīng)池。這種方法對堿藥劑的消耗量大，而且在氣溫過低是還需要對厭氧反應(yīng)池進行加溫，以保障微生物的存活，該工藝運行成本高。為了保證厭氧出水能達到后續(xù)處理的要求，厭氧反應(yīng)器的水力停留時間要求在10 d以上，這直接加大了污水處理設(shè)施的一次性投入成本，也間接的增大了污水處理設(shè)施所占用的土地面積。

通過對某甘薯淀粉加工廠廢水處理實驗研究，并結(jié)合該淀粉加工廠的實際情況，采用水力篩-初沉池-疊螺機-調(diào)節(jié)池-高效厭氧池-MSBR池組合工藝處理該淀粉廢水。其中水力篩+疊螺機能夠去除廢水中絕大部分的懸浮物，極大的降低了后續(xù)污水處理難度，降低了厭氧進水酸化程度，減少堿藥劑的添加，有效的降低了運行成本。經(jīng)調(diào)試運行，該污水處理工藝出水各主要污染物指標均達《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)中一級排放標準。

1 廢水水質(zhì)

某甘薯淀粉加工廠淀粉廢水排放量為80 t/d，要求達《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)中一級排放標準，準予排放。廢水水質(zhì)情況與排放標準見表1。

表1 廢水水質(zhì)及排放標準

2 廢水處理工藝流程

某甘薯淀粉加工廠淀粉廢水處理工藝流程圖見圖1。

淀粉廢水具有懸浮物濃度高的特點，其懸浮物的主要成分為甘薯纖維和淀粉渣，其水解后會極大的提高污水處理負荷。因此，廢水進入污水處理系統(tǒng)后，要用水力篩及時的將大顆粒的淀粉渣、甘薯纖維與污水分離開來，避免兩者在高溫廢水中水解，此外，淀粉渣與甘薯纖維均有回收再利用的價值，將水力篩用做污水處理預(yù)處理，一方面能很大程度的降低后續(xù)污水處理負荷，另一方面能通過回收淀粉渣與甘薯纖維，產(chǎn)生經(jīng)濟效益來降低污水處理運行費用。

水力篩對廢水中大顆粒懸浮物(r>2 mm)具有很好的分離作用，但是對于小顆粒懸浮物(r≤2 mm)的截留能力微乎其微。因此，廢水中的大部分淀粉渣與甘薯纖維經(jīng)過水力篩分離后，進入初沉池。為了形成更大粒徑的顆粒物，便于讓疊螺機高效的分離廢水中的小顆粒物，需要往廢水中添加濃度為1‰左右的陰離子聚丙烯酰胺(相對分子質(zhì)量為400～500萬)，當廢水的濁度降低，并出現(xiàn)直徑為4～6 mm左右的礬花后，可以停止聚丙烯酰胺的添加，再開啟疊螺機將被聚丙烯酰胺聚團后的懸浮物與污水分離。由于淀粉廢水的CODCr基本是由于淀粉與纖維素的水解導(dǎo)致的，因而此方法不僅能去除淀粉廢水中絕大部分的懸浮物，還能很大程度的降低廢水的CODCr。廢水經(jīng)疊螺機處理后，進入調(diào)節(jié)池降溫，在降溫的過程中，廢水中的有機物會水解酸化，同時會出現(xiàn)污水pH值降低的情況。當污水降至常溫后，酸化過程會減弱，此時可以往調(diào)節(jié)池中加入澄清的石灰水，用于調(diào)節(jié)污水pH值至7±0.5左右。由于淀粉水解后產(chǎn)生的酸為有機酸，因而石灰水使用量要根據(jù)實際情況而定，pH的調(diào)節(jié)過程必須要在厭氧進水前完成，要避免有機酸在厭氧反應(yīng)器中累積，以保證厭氧反應(yīng)器的正常運行。

調(diào)節(jié)池均勻水量，調(diào)節(jié)水質(zhì)后，廢水經(jīng)過泵提升進入高效厭氧反應(yīng)池。本厭氧池參考升流式厭氧反應(yīng)器原理，通過泵從厭氧池上液面抽水，再從底部布水系統(tǒng)打出，使得泥水能夠充分混合，讓厭氧反應(yīng)持續(xù)高效的運行。這種處理方式能夠有效的降低厭氧水力停留時間，減少厭氧反應(yīng)器的建設(shè)投入。厭氧反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)回流比為200%～300%。水力停留時間由傳統(tǒng)厭氧工藝所需的10 d左右，縮短至3～4 d。廢水經(jīng)厭氧處理后，大部分的污染物為厭氧微生物利用，作為其新陳代謝的營養(yǎng)物質(zhì)，并產(chǎn)生甲烷，可通過水壓密封裝置回收用作廠內(nèi)鍋爐加熱。

廢水經(jīng)厭氧生化處理后，大分子的有機物被分解為小分子有機物，大部分被降解，余下部分難易被厭氧微生物利用，隨厭氧出水進入好氧生物處理工藝中。好氧工藝采樣MSBR工藝，其優(yōu)勢在于：MSBR池裝填纖維組合填料，具有比較大的比表面積，能讓微生物依附在纖維上生長，長成菌柱后形成生物膜，從菌柱內(nèi)向外分別形成厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)，具有很強的耐沖擊負荷能力；菌柱中的微生物老化后，在曝氣所形成的水流帶動沖刷下，菌柱表面生物膜會自然剝落，再形成新的生物膜，具有自我的更新的能力。組合填料的比表面積為2000～3000m2/m3，能夠為MSBR池保留足夠量的微生物，能有效的利用吸收廢水中的營養(yǎng)物質(zhì)，清潔水質(zhì)。MSBR池采用蝶式微孔曝氣方式，氣泡細小均勻，氧傳質(zhì)效率高。

圖1 工藝流程

Fig.1 Process of Flow Diagram

3 主要構(gòu)筑物和設(shè)計參數(shù)

3.1 水力篩

水力篩選用型號為HY-WG50(配置兩臺，一備一用)，自帶進水池與自吸泵，處理能力為50 m3/h，用于分離廢水中的淀粉渣和纖維素。

3.2 初沉池

初沉池尺寸為4.0×8.0×4.3 m，鋼混結(jié)構(gòu)，有效總?cè)莘e為96 m3。初沉池采用束流沉淀池，類似蘭美拉沉淀池，池底為倒梯形，分為兩格均單獨安裝攪拌機與無阻塞切割泵(置于倒梯形池底中心)，配備陰離子PAM加藥裝置一套。

3.3 疊螺機

疊螺機采用TN40型號，進水端接初沉池切割泵，處理能力為40 m3/h，用于分離廢水中的小顆粒懸浮物。

3.4 調(diào)節(jié)池

調(diào)節(jié)池尺寸為6×4×3.5 m，鋼混結(jié)構(gòu)，有效容積為80 m3。由污水泵(配備兩臺，一備一用)提升進入高效厭氧反應(yīng)池。

3.5 高效厭氧反應(yīng)池

高效厭氧反應(yīng)池尺寸為8×6×6 m，鋼混結(jié)構(gòu)，有效容積為250 m3，水力停留時間為3 d，配備布水系統(tǒng)一套，主管φ65 mm，支管φ32 mm，支管開孔間距為300 mm，孔徑大小為10 mm，布水管材質(zhì)為UPVC給水管。配備臥式螺桿污水泵兩臺，泵進水端為厭氧反應(yīng)池液面下1 m處，出水直接接入?yún)捬醴磻?yīng)池進水系統(tǒng)。池頂安裝有水封罐，用于收集厭氧反應(yīng)產(chǎn)生的甲烷。

3.6 MSBR池

MSBR池尺寸為8×4×4 m，鋼混結(jié)構(gòu)，除去占池容30%的好氧活性污泥，池體有效容積為80 m3，水力回流比為300%。池體內(nèi)安裝有鋼結(jié)構(gòu)的組合填料架。

3.7 沉淀池

沉淀池采用束流式沉淀池，鋼混結(jié)構(gòu)，尺寸為4×4×4.5 m，安裝豎流桶與溢流堰一套，采用靜水壓排泥措施，剩余污泥經(jīng)泵提升直接回流至MSBR池，老化污泥排入初沉池。

4 工程調(diào)試及運行效果

4.1 高效厭氧反應(yīng)池運行

高效厭氧反應(yīng)池是降解廢水中CODCr的關(guān)鍵工序。廢水在進入高效厭氧反應(yīng)池之前，已經(jīng)由水力篩和疊螺機去除了廢水中絕大部分的懸浮物，這極大的降低了調(diào)節(jié)池中廢水的酸化程度，減少了調(diào)節(jié)池石灰水的投加量。調(diào)節(jié)池要求將pH值調(diào)節(jié)至7.0±0.2后，進水至高效厭氧池。由于厭氧池中并未安裝排水泵，因此厭氧池的排水速率由調(diào)節(jié)池的進水速率調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)池潛水提升泵流量為10 m3/h，要求提升泵揚程高于厭氧池循環(huán)泵揚程(揚程為8 m)與調(diào)節(jié)池底部的高差之和，即揚程>13.5 m。高效厭氧反應(yīng)器接種絮狀厭氧污泥40 t，當反應(yīng)器開始運行后：(1)反應(yīng)器液溫要控制不低于10℃，低于10℃后要往厭氧反應(yīng)器內(nèi)的冷熱交換水管供水蒸氣或熱水加溫；(2)監(jiān)測反應(yīng)器中pH值，應(yīng)控制在7.0±0.2左右，若pH值<6.2，應(yīng)加大調(diào)節(jié)池石灰水的投加量，若厭氧池pH值依舊往下降，則要停止進水，加大回流比，待pH值恢復(fù)正常后再進水，此間多余的廢水應(yīng)排往應(yīng)急池待處理；(3)回流泵的回流比正?？刂圃?00%左右，若厭氧池CODCr去除效率高，達到目標去除率的水力停留時間預(yù)期<3 d，則可以降低回流比至150%～200%，若達到目標去除率的水力停留時間預(yù)期>3 d，則可以加大回流比，但不能超過400%，回流比過大會破壞厭氧活性污泥絮體，導(dǎo)致厭氧出水懸浮物濃度增加。廢水經(jīng)高效厭氧反應(yīng)池處理后，進入MSBR池。

4.2 MSBR池運行

MSBR池安裝組合填料30 m3，接種好氧活性污泥10 t，好氧活性污泥馴化初期要求添加一定量的次粉(淀粉或者面粉生產(chǎn)的殘次品)或者葡萄糖，并強制曝氣24～36 h，用以活化好氧活性污泥。好氧活性污泥的活化成功以污泥顏色為黃棕色為準。污泥活化以后，減少曝氣時間為14 h/d，然后開始按每天10%的比例增加厭氧池進水，直至MSBR池出水指標穩(wěn)定。該MSBR池采用間歇性運行，運行周期為24 h，其流程為：A階段(曝氣2 h)-B階段(進水并曝氣8h)-C階段(曝氣4 h)-D階段(靜置10 h)；進水的同時排水，從B階段開啟沉淀池回流泵(流量為25 m3/h)9.6 h。

4.3 工藝運行效果

經(jīng)過1個月的調(diào)試運行后，出水均達到預(yù)期效果，再經(jīng)過一個月的驗證運行后，沉淀池各主要出水指標均達到《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)一級標準。各指標監(jiān)測結(jié)果見表2。

表2 監(jiān)測結(jié)果及去除率

5 結(jié)論

“水力篩-初沉池-疊螺機-調(diào)節(jié)池-高效厭氧池-MSBR池組合工藝”有效的減少了傳統(tǒng)厭氧反應(yīng)器水力停留時間，縮小了占地面積，節(jié)約了一次性投入成本，且能夠高效穩(wěn)定的處理木薯淀粉廢水，并達到《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)一級標準排放，通過了竣工驗收。