“UASB+SBR”工藝在木薯淀粉廢水處理中的應(yīng)用

韋科陸 楊灼萍

(1.南寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南寧 530008；2.廣西交通設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司， 南寧 530029)

廣西的木薯種植面積及產(chǎn)量占全國70%以上，同時(shí)也是我國最大的木薯淀粉產(chǎn)地[1]。目前全區(qū)木薯淀粉生產(chǎn)企業(yè)約30家，年加工淀粉總量30萬噸。木薯淀粉加工是將木薯中的淀粉與其他纖維素、無機(jī)物等物質(zhì)進(jìn)行分離的過程。木薯淀粉生產(chǎn)的同時(shí)會(huì)排放出大量工業(yè)廢水，主要來源于脫汁、分離、脫水工段蛋白回收后的排水，以及原料輸送清洗廢水。通常生產(chǎn)情況下，每噸淀粉產(chǎn)12～20 m3黃漿水[2]，屬于高濃度有機(jī)廢水；清洗過程每噸木薯產(chǎn)生約10 m3的清洗水，清洗水COD和BOD5值不高，但SS含量高?？偟膩碚f，木薯淀粉廢水排放量大、COD濃度高、氨氮高、懸浮物高且含有氰化物，所以處理難度較大[3]。

目前木薯淀粉廢水應(yīng)用較多是“厭氧+好氧+物化”組合工藝，厭氧工藝有厭氧生物濾池(AF)、上流式厭氧污泥床(UASB)、厭氧膨脹顆粒反應(yīng)器(EGSB)、內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器(IC)[4]；好氧工藝有傳統(tǒng)活性污泥、序批式活性污泥法(SBR)、生物接觸氧化法、氧化溝等[5]；深度處理有絮凝沉淀、氣浮、生物濾池等。但還是存在生物處理后出水總氮、總磷難以達(dá)標(biāo)、出水不穩(wěn)定情況，且由于木薯淀粉加工屬于季節(jié)性生產(chǎn)(每年12月至次年3月)，對生物反應(yīng)器的啟動(dòng)與調(diào)試運(yùn)行也存在一定的影響。

近年來，廣西很多淀粉企業(yè)達(dá)不到淀粉行業(yè)水污染排放標(biāo)準(zhǔn)被迫關(guān)停，而本項(xiàng)目是能穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)廢水達(dá)標(biāo)排放的企業(yè)之一。本文以廣西某木薯淀粉生產(chǎn)企業(yè)所采用的廢水處理工藝“預(yù)處理+UASB+SBR+生物濾池”為研究對象，通過分析該系統(tǒng)調(diào)試工藝控制參數(shù)、運(yùn)行狀況及處理效果，為同類型廢水處理提供可參考的理論依據(jù)。

1 企業(yè)概況及廢水排放情況

該淀粉廠主要以鮮木薯為原料生產(chǎn)原淀粉，年產(chǎn)0.6萬噸淀粉，每天廢水排放總量為1200 m3/d，淀粉廠共計(jì)生產(chǎn)100天，總廢水排放量12萬m3/a，本廢水處理項(xiàng)目設(shè)計(jì)的進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)(主要污染物)參見表1。

表1 廢水進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo) 單位：mg/L

2 工藝設(shè)計(jì)

2.1 工藝流程

木薯淀粉廢水排放具有水量大、間歇性排放，以及高的COD濃度、高氨氮等水質(zhì)特點(diǎn)，本項(xiàng)目采用“預(yù)處理+UASB+SBR+生物濾池”的組合工藝進(jìn)行處理，廢水處理工藝流程見圖1。

圖1 木薯淀粉廢水處理工藝流程圖

在洗木薯生產(chǎn)工段，廢水含有較多的懸浮物和無機(jī)物，故需設(shè)置初沉池進(jìn)行沉降，而黃漿水自流到黃漿沉淀池，在此單元沉淀廢水中的黃漿粉，降低進(jìn)水污染物濃度，同時(shí)回收黃漿粉；兩類廢水進(jìn)入中和池進(jìn)行混合，廢水泵入調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)pH值和利用蒸汽加熱，以滿足厭氧中溫發(fā)酵適宜溫度(35 ℃)，廢水的有機(jī)物在厭氧條件下經(jīng)微生物降解，轉(zhuǎn)化為甲烷、二氧化碳等，產(chǎn)生的氣體收集后作為燃料送入鍋爐燃燒，污泥返回污泥床，厭氧后廢水從反應(yīng)器上部出水進(jìn)入?yún)捬醭恋沓剡M(jìn)行泥水分離；經(jīng)過泥水分離后的厭氧出水進(jìn)入SBR好氧罐進(jìn)一步降解廢水中的有機(jī)物，并且通過兼氧、好氧一系列生化反應(yīng)除磷脫氮；為了提高處理后水質(zhì)指標(biāo)，好氧出水再進(jìn)入到生物濾池進(jìn)行處理，使廢水中懸浮物及其他雜質(zhì)進(jìn)一步得到降解、過濾去除，最后通過在線監(jiān)測系統(tǒng)檢測后，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。

2.2 主要構(gòu)筑物及設(shè)備參數(shù)

(1)初沉池及黃漿沉淀池。 初沉池尺寸為25 m×10 m×4 m(容積：1000 m3)，黃漿沉淀池尺寸為35 m×30 m×5 m(容積：5000 m3)，鋼砼結(jié)構(gòu)。各配備兩臺提升泵(一備一用)，設(shè)備參數(shù)：型號100IS-80-12，Q=120 m3/h，N=11kW。

(2)調(diào)節(jié)池。1個(gè)，調(diào)節(jié)池尺寸為6 m×5 m×4 m(容積：100 m3)。配備兩臺提升泵(一備一用)，設(shè)備參數(shù)：流量Q=120 m3/h，N=15 kW。

(3)UASB厭氧罐。 1套，選用碳鋼結(jié)構(gòu)，涂料防腐，尺寸為φ15 m×20 m，有效容積為4000 m3，有效的HRT=4 d。

(3)厭氧沉淀池。1個(gè)，尺寸為25 m×10 m×4.5 m(容積：1200 m3)，鋼砼結(jié)構(gòu)，配備兩臺污泥回流泵，設(shè)備參數(shù)：Q=40 m3/h，N=3.5 kW(型號：GD75)。

(4)SBR好氧罐。2套，碳鋼結(jié)構(gòu)，表面采用涂料防腐，單個(gè)尺寸為φ20 m×5 m，有效容積為1500 m3。MLSS=4 g/L，HRT=8.5 h，污泥負(fù)荷0.15 kgBOD5/(kgMLSS·d)；好氧池配備兩臺羅茨鼓風(fēng)機(jī)(一備一用)，設(shè)備參數(shù)：Q=32 m3/min ，N=55 kW(型號：JSR-150)；配備好氧污泥回流泵2臺，設(shè)備參數(shù)：Q=80 m3/h，N=5.5 kW(型號：GD100)。

(5)生物濾池。1座，尺寸為6 m×6 m×6 m(容積：200 m3)，鋼砼結(jié)構(gòu)，池內(nèi)裝有陶粒等填料，填料高1.2 m。

3 系統(tǒng)調(diào)試及運(yùn)行效果

3.1 厭氧系統(tǒng)調(diào)試

首先，接種1200 噸厭氧泥(含固率8%)到厭氧罐(接種量占罐容積4000 m3的30%計(jì)，V=4000 m3×30%=1200 m3)，然后開始啟動(dòng)進(jìn)水，UASB厭氧罐進(jìn)水溫度控制在33～35℃，進(jìn)水pH值控制在6～6.2，啟動(dòng)初期容積負(fù)荷0.2～0.5 kgCOD/m3·d，當(dāng)COD去除率在50%以上后，逐漸增加進(jìn)水負(fù)荷直到最大處理水量1000 m3/d，此時(shí)容積負(fù)荷達(dá)到3 kgCOD/m3·d。馴化完成后，此時(shí)的COD去除率最高值能達(dá)到80%。同時(shí)，在調(diào)試過程中一定要監(jiān)控pH值、VFA、沼氣甲烷含量這三個(gè)指標(biāo)，參數(shù)控制如下：厭氧出水pH值≥7.0； VFA 應(yīng)保持在 3 mmoL/L 以下；甲烷含量≥45%。一定要防止厭氧系統(tǒng)酸敗，一旦酸敗恢復(fù)周期需要十天左右，將大大影響廢水處理進(jìn)度，從而影響木薯淀粉正常生產(chǎn)。

3.2 好氧系統(tǒng)調(diào)試

SBR好氧罐接種污泥主要來自UASB厭氧系統(tǒng)洗出的污泥。首先啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)，開啟回流泵，讓廢水自預(yù)曝池到SBR好氧罐循環(huán)，悶曝三天。第1-2天鼓風(fēng)機(jī)開啟3 h，停1 h，間隙曝氣。第3天連續(xù)曝氣。當(dāng)污泥呈均勻懸浮態(tài)，靜沉后，上清液清徹透明，污泥外觀呈土黃色，絮體較大，沉降性能良好，30 min污泥沉降體積約10%～30%左右，證明接種成功。

下一步，即按SBR工藝控制要求試運(yùn)行，進(jìn)水0.25～2 h，同時(shí)曝氣4 h，靜沉0.5 h，排水2 h，閑置0.5 h。進(jìn)水時(shí)間從15 min、30 min、45 min、60 min、75 min、90 min、105 min、120 min依次增加。當(dāng)排水COD符合排放要求時(shí)，增加排放水量，每次增加1/8水量，間隔周期2～3天，整個(gè)周期約30天。本項(xiàng)目好氧系統(tǒng)運(yùn)行期間主要控制參數(shù)如下：污泥濃度MLSS=3000～4000 mg/L；溶解氧DO=3～5 mg/L；污泥沉降體積比SV30=30%～40%；污泥負(fù)荷(BOD5/MLSS)=0.1～0.2 kg/(kg·d)。

3.3 運(yùn)行情況

3.3.1 監(jiān)測結(jié)果

本系統(tǒng)從2018年12月份開始調(diào)試，經(jīng)過一個(gè)多月調(diào)試，達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)行，2019年1月-2月進(jìn)行了連續(xù)采樣分析，采樣點(diǎn)為各處理單元的主要工藝，測定的指標(biāo)主要為COD、SS、TN、NH3-N、TP。監(jiān)測結(jié)果見表2。

表2 廢水水質(zhì)監(jiān)測一覽表 單位：mg/L

由表2可見，系統(tǒng)的出水COD、NH3-N、TN、TP、SS濃度分別為45 mg/L、2 mg/L、24 mg/L、0.8 mg/L、25 mg/L，去除率則分別達(dá)到99.6%、99.4%、92.9%、98.5%、 99.5%。排放口出水各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到《淀粉工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB25461-2010)的要求，實(shí)現(xiàn)了廢水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。

另外，由表2可知，木薯淀粉廢水通過UASB厭氧發(fā)酵日產(chǎn)沼氣V=3500 m3/d(沼氣產(chǎn)量=水量×COD去除量×沼氣產(chǎn)率=1080 m3/d×(9000-1800)mg/L×0.45m3/kgCOD/1000=3500m3/d)，按燃燒1m3沼氣等同于燃燒0.7 kg標(biāo)煤的熱值計(jì)，每天節(jié)約2.45 t標(biāo)煤，標(biāo)煤按700元/噸，則節(jié)省1715元，一個(gè)榨季按100天計(jì)，則節(jié)約成本17.2萬元，真正實(shí)現(xiàn)了廢物資源化利用。

經(jīng)該廢水系統(tǒng)治理后，排入外環(huán)境的COD、NH3-N年減少排放1180 t/a、34 t/a，減排效果明顯。

3.3.2 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

該廢水處理工程總投資為300萬元，勞動(dòng)定員5人，裝機(jī)容量111 kW，運(yùn)行日耗電1536 kW·h，藥劑費(fèi)30 元/d，年運(yùn)行總費(fèi)用為13.81萬元，噸水處理費(fèi)用為1.28元。由表3可見與其他工藝相比，投資和運(yùn)行成本較低。

與其他污水處理工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較見表3。

表3 與其他污水處理工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比

3.3.3 工程評析

本工程對高濃度COD、高SS、低pH的木薯淀粉廢水處理的關(guān)鍵技術(shù)是高效厭氧反應(yīng)器，由于廢水的COD值很高，而且其中含有氰化物，對微生物生長產(chǎn)生較強(qiáng)的抑制作用，因此一般的生物處理方法很難對其進(jìn)行高效處理，本工程選用高效厭氧反應(yīng)器，同時(shí)增加厭氧反應(yīng)器出水循環(huán)，另外接種馴化部分淀粉廢水儲(chǔ)存塘內(nèi)的厭氧菌，也使得罐內(nèi)厭氧菌種盡快適應(yīng)廢水特性，從而加快繁殖和加速代謝降解廢水有機(jī)質(zhì)的能力。正常運(yùn)行時(shí)，厭氧反應(yīng)器的去除率維持在 80% 以上。另外，廢水中含有難降解有機(jī)物，厭氧停留4天，且保持罐內(nèi)較高的污泥濃度是厭氧系統(tǒng)穩(wěn)定高效運(yùn)行的關(guān)鍵。

厭氧反應(yīng)器對總氮和氨氮基本沒有去除效果，而廢水中含有一定濃度的總氮和氨氮，且廢水排放具有周期性變化，因此在工藝選擇采用了SBR工藝，使得厭氧出水的總氮和氨氮得以去除。而SBR周期內(nèi)曝氣時(shí)間、沉淀時(shí)間、排水時(shí)間要根據(jù)厭氧出水濃度和好氧污泥濃度等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

末端加上生物濾池，可進(jìn)一步降低廢水的懸浮物SS和色度，從而保證廢水達(dá)標(biāo)排放。

4 系統(tǒng)運(yùn)行存在的問題及建議

4.1 系統(tǒng)運(yùn)行存在的問題

(1)厭氧運(yùn)行過程中，厭氧單元COD的去除率為80%，并不算高，而且厭氧出水有一定的波動(dòng)。分析的原因還是厭氧沉淀池設(shè)計(jì)不合理，建議在沉淀池單獨(dú)做一個(gè)小的沉降區(qū)，回流污泥從沉降區(qū)抽取，以保證厭氧罐內(nèi)微生物的數(shù)量及活性。

(2)好氧系統(tǒng)出水總氮、總磷的濃度分別是24 mg/L、0.8 mg/L，與排放標(biāo)準(zhǔn)對比(總氮、總磷排放標(biāo)準(zhǔn)分別是30 mg/L、1 mg/L)，說明SBR好氧系統(tǒng)脫氮除磷效果還不是很好。分析原因，一是本廠排放的木薯淀粉廢水的總氮、總磷高于一般木薯淀粉廠的200 mg/L和5 mg/L；二是SBR好氧裝置缺少攪拌裝置，導(dǎo)致反硝化效率差；三是SBR出水后續(xù)沒有化學(xué)除磷工藝。生物除磷效果相對較低，且對污泥狀態(tài)要求高，系統(tǒng)進(jìn)水總氮較高，要求脫氮的同時(shí)很難兼顧除磷效果。

4.2 建議

(1)針對本項(xiàng)目的厭氧系統(tǒng)調(diào)試，要注意兩個(gè)方面：一是啟動(dòng)一定要逐步進(jìn)行，留有充裕的時(shí)間，并不能期望很短時(shí)間進(jìn)入加料運(yùn)行達(dá)到厭氧降解的目標(biāo) 。因?yàn)閱?dòng)實(shí)際上是使細(xì)菌從休眠狀態(tài)恢復(fù)，即活化的過程。啟動(dòng)中細(xì)菌選擇、馴化、增殖過程都在進(jìn)行，原厭氧污泥中濃度較低的甲烷菌的增長速度相對于產(chǎn)酸菌要慢的多；二是每次進(jìn)料負(fù)荷可增大，但最大不超過20%，只有當(dāng)進(jìn)料增大，而VFA濃度維持不變，或仍維持在﹤3 mmoL/L 水平時(shí)，或者檢測沼氣甲烷含量不低于45%，才能不斷增大進(jìn)水負(fù)荷。

(2)為進(jìn)一步提高SBR系統(tǒng)的脫氮除磷能力，建議進(jìn)行以下技改及工藝控制參數(shù)的優(yōu)化：一是給SBR系統(tǒng)內(nèi)加裝攪拌器，設(shè)置(厭)缺氧、好氧的狀態(tài)，從而更好的去除總氮；二是為了更有效發(fā)揮SBR系統(tǒng)稀釋效果，應(yīng)分少量多次進(jìn)水；三是縮短進(jìn)水時(shí)間和排水時(shí)間，優(yōu)化曝氣時(shí)間4.5～5 h，停氣，反硝化時(shí)間2h，沉淀再排水；四是增加化學(xué)除磷工段。

5 結(jié)論

(1)采用“預(yù)處理+UASB+SBR+生物濾池”組合工藝處理木薯淀粉廢水，出水水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)到《淀粉工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB25461-2010)的要求，達(dá)到減少污染物排放的目標(biāo)，為促進(jìn)淀粉行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供有效保障。

(2)本工程的UASB厭氧工藝采用活性強(qiáng)、耐毒性高、適應(yīng)性強(qiáng)的厭氧污泥接種后，能去除80%的COD，確保后續(xù)好氧生化處理穩(wěn)定運(yùn)行，且主要通過厭氧出水回流，不需要添加化學(xué)藥劑進(jìn)行pH值調(diào)節(jié)，且沼氣輸送至鍋爐燃燒，一個(gè)榨季可節(jié)約245噸標(biāo)煤，節(jié)約17.2萬元，實(shí)現(xiàn)了

節(jié)能減排，適宜在同行業(yè)推廣應(yīng)用。

(3)厭氧出水后，采用“SBR+生物濾池”工藝進(jìn)行深度處理，降低了廢水中的氨氮、總氮、總磷、懸浮物，確保了水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放，同時(shí)SBR工藝節(jié)省了出水沉淀單元，節(jié)省了投資。

(4)本工程的UASB厭氧罐和SBR好氧罐，都采用了碳鋼防腐結(jié)構(gòu)，具有施工周期短、占地面積少、整體布局緊湊，適宜在面積相對小的廠區(qū)建設(shè)施工。