江西某食品廠目前主要以生產(chǎn)異VC鈉食品添加劑為主，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生濃度高、色度高及可生化性強的廢水。針對該公司廢水的特點，采用UASB—生物接觸氧化池—Biofor(一段式生物過濾氧化反應器)工藝處理廢水，要求達到《污水綜合排放標準》(GB 8978—1996)的一級標準，即pH為6～9，COD≤100 mg/L，色度≤50倍。
1 食品廠廢水水質(zhì)分析
該食品廠廢水主要為生產(chǎn)廢水，廢水中主要有機污染物為葡萄糖、α-酮基葡萄糖酸鈣、α-酮基葡萄糖酸甲酯、甲醇及產(chǎn)品異VC鈉等，廢水具有COD高、可生化性強及色度深等特點。該食品廠廢水水質(zhì)：水量600 m3，pH 5～7，COD 5 000～6 000 mg/L，BOD5 1 500～2 000 mg/L，NH3-N≤15 mg/L，SS 150～200 mg/L，色度≤200倍。
2 廢水處理工藝
根據(jù)進水水質(zhì)和水量情況，結(jié)合調(diào)研情況和實驗室小試及中試結(jié)果進行處理工藝的優(yōu)化組合，確定了“UASB—生物接觸氧化池—Biofor工藝的序批式運行處理工藝，廢水處理站設計處理水量為600 m3/d，工藝流程如圖 1所示。
圖 1 廢水處理工藝流程
2.1 各主要構(gòu)(建)筑物的尺寸及主要設備
(1)格柵井：設1道粗格柵和1道細格柵，材質(zhì)均為塑料。粗格柵寬度為300 mm，有效柵隙為16 mm;細格柵寬度為300 mm，有效柵隙為16 mm，尼龍網(wǎng)D≤2 mm。廢水首先經(jīng)過粗細兩道格柵，粗格柵設在進水口處去除廢水中較大漂浮物，細格柵設置在提升泵房后，用以攔截廢水中的部分懸浮物。
(2)調(diào)節(jié)池。1座，鋼混結(jié)構(gòu)，尺寸16.0 m×9.0 m×2.7 m。調(diào)節(jié)池能有效減緩水量不均、濃度不均所帶來的沖擊以及調(diào)節(jié)廢水pH，保證后續(xù)處理連續(xù)、穩(wěn)定地運行，為了防止污泥沉淀和過度酸化，與生物接觸氧化池共用一臺羅茨鼓風機。調(diào)節(jié)池主要配置設備為提升泵2臺(1用1備)，型號50WQ15-22-2.2，流量 25 m3/h，揚程16 m，功率2.2 kW; pH在線儀2臺，型號pH5778型;自制攪拌機。
(3)UASB反應器。1座，鋼混結(jié)構(gòu)，尺寸9.0 m×8.4 m×8.0 m。UASB反應器分別采用三相分離器和厭氧布水器各7個，目的使水中的有機物與顆粒污泥充分接觸，產(chǎn)生劇烈反應，從而去除廢水中的COD、BOD5，增強廢水的可生化性。
(4)生物接觸氧化池。1座，鋼混結(jié)構(gòu)，尺寸8.4 m×3.5 m×6.5 m。生物接觸氧化池內(nèi)設置填料，填料淹沒在廢水中，水中的有機物被附著在填料上的微生物吸附、氧化分解和轉(zhuǎn)化為新的生物膜。生物膜脫落后一般通過沉淀池去除。生物接觸氧化池內(nèi)的氧氣來源于羅茨鼓風機，羅茨鼓風機2臺(1用1備)，型號HSR100，風量7.55 m3/min，風壓63.7 kPa，功率15 kW。
(5)沉淀池。1座，鋼混結(jié)構(gòu)，尺寸3.5 m×3.5 m×6.5 m。沉淀池由進出水口、水流部分和污泥斗3個部分組成。沉淀池設計在生物接觸氧化池后面的目的是為了去除脫落的生物膜，從而凈化水體。
(6)Biofor池。6座，鋼混結(jié)構(gòu)，尺寸3.2 m×2.1 m×5.0 m，生物濾料規(guī)格為SLJTW-3.5，體積為150 m3。Biofor池集生物氧化和截留懸浮固體于一體，保證出水水質(zhì)的穩(wěn)定性。Biofor池內(nèi)的氧氣來源于羅茨鼓風機，羅茨鼓風機2臺(1用1備)，型號HSR100，風量7.55 m3/min，風壓63.7 kPa，功率15 kW。 為了保證Biofor池的穩(wěn)定性，通常進行反沖洗，主要設備為反沖洗鼓風機1臺，型號HSR125，風量10.73m3/min，風壓53.9 kPa，功率18.5 kW;反沖洗水泵1臺，型號SLS150-200A ，流量232 m3/h，揚程8.5 m，功率11 kW。
(7)貯水池。1座，鋼混結(jié)構(gòu)，尺寸4.2 m×4.2 m×4.7 m。貯水池中的水通過標準化排污口排放至污水管網(wǎng)入工業(yè)園污水 處理廠。
(8)污泥池。1座，鋼混結(jié)構(gòu)，尺寸3.0 m×3.0 m×5.5 m。污泥經(jīng)螺旋泵泵入污泥脫水機，進行壓濾，污泥池的上清液和污泥脫水機的濾液返回調(diào)節(jié)池，泥餅進行外運。
主要裝置為：螺旋泵1臺，型號G30-1，流量5 m3/h，揚程60 m，功率2.2 kW;污泥脫水機一臺，XMZ30/800-UB型，功率3 kW。
2.2 工藝說明
2.2.1 UASB反應器
厭氧消化可分為高溫厭氧消化(550 ℃)、中溫(350 ℃)和常溫厭氧消化，高溫厭氧消化效率比較高，其容積負荷均在8～30 kg/(m3·d);中溫厭氧消化效果適中，其容積負荷均在6～20 kg/(m3·d)，而常溫厭氧消化效果較差。其設計必須根據(jù)被處理污水的特點、溫度和處理設施所在地的氣候特點而定。UASB反應器所采用的上流速度約0.5～2.5 m/h。
通過該處理工段可去除污水中80%以上有機物，同時所降解的有機物在厭氧細菌(產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷菌)的作用下轉(zhuǎn)化為沼氣。沼氣中CH4體積分數(shù)在65%左右。沼氣通過集氣罩收集，不會對周圍環(huán)境帶來氣味。沼氣進入處理系統(tǒng)的沼氣燃燒系統(tǒng)。
由于污水濃度較低，UASB反應器進水上升流速不足，可能導致“短流”或“溝流”現(xiàn)象，故通過厭氧出水回流改善進水水力條件。此外厭氧出水回流可提高進水的堿度，降低污水進水的揮發(fā)酸(VFA)濃度，進一步減少酸化的可能性。
由于厭氧反應器內(nèi)污水對金屬有一定的腐蝕性，如采用鋼結(jié)構(gòu)布水器和三相分離器，則使用壽命較短，一般三、五年就可能腐蝕掉，故必須采用耐腐蝕性強的玻璃鋼或不銹鋼。
2.2.2 Biofor濾池
設計采用6組Biofor，Biofor濾池的結(jié)構(gòu)如圖 2所示。
圖 2 Biofor濾池的結(jié)構(gòu)示意
3 調(diào)試運行及工藝調(diào)試運行結(jié)果
3.1 調(diào)試運行
3.1.1 調(diào)節(jié)池
調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)進﹑出水流量，使管渠和構(gòu)筑物正常工作，不受廢水高峰流量或濃度變化的影響。筆者工程采用在線流量計，調(diào)節(jié)進水流量為40 m3/h。若流量計不準確，必須及時校準使用。
3.1.2 UASB反應器
UASB投入運行前必須進行充分實驗和氣密性實驗，充分實驗要求無漏水現(xiàn)象。選用污水廠污泥消化池的消化污泥進行接種。接種污泥的質(zhì)量濃度為30 kg/m3，接種量為UASB反應器有效容積的30%，接種方式為將接種污泥加水攪拌后，用污泥泵均勻地輸入到UASB反應池各布泥點。進水COD為6 000 mg/L，初始用稀釋水稀釋進水COD為1 000 mg/L，然后逐步提高有機負荷直到可降解的COD去除率達到80%為止。當可生物降解的COD去除率達到80%后，逐步提高進水COD，直到達2 000 mg/L，在這段運行中，有少量非常細小的分散污泥帶出，其主要原因是水的上流速度和逐漸產(chǎn)生的少量沼氣。下一階段COD增加由2 000 mg/L開始，每次濃度增加20%，操作時間為1個月，經(jīng)過多次重復操作達到設計指標6 000 mg/L。在這段運行中，由于提升水量大，COD高，產(chǎn)氣量和上流速度的增加引起污泥膨脹，污泥量帶出量多，大多為細小非分散的污泥或部分絮狀污泥，這種污泥的帶出，有利于顆粒化污泥的形成。當反應器的進水COD達到設計指標6 000 mg/L，以后的穩(wěn)定運行階段，要嚴格控制pH、溫度、有機負荷、VFA、ALK等各項操作參數(shù)，逐步形成顆粒污泥。UASB反應器運行時間段，性能穩(wěn)定，COD去除率為85%，色度去除率為50%，SS去除率為25%。
3.1.3 生物接觸氧化池
接觸氧化池接種污泥來自污水處理廠的脫水污泥，好氧污泥投入接觸氧化池后，采用先間歇進水后連續(xù)進水方式培養(yǎng)氧化池內(nèi)污泥，沉淀池污泥在MLSS大于5 000 mg/L，SV大于30%之前全部回流，同時保證氧化池內(nèi)DO在2 mg/L左右。接觸氧化池的調(diào)試效果以UASB反應器調(diào)試出水水質(zhì)和水量為前提。好氧污泥培養(yǎng)馴化階段，按m(C)∶m(N)∶m(P)為100∶5∶1向氧化池內(nèi)加磷酸二銨和尿素，以滿足微生物正常生長需要。
投入污泥3 d后填料上生成極薄的生物膜，顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)有個別的豆形蟲，隨著營養(yǎng)的不斷補充，生物膜不斷增厚。第10天后，盾纖蟲、吸管蟲、輪蟲等原生動物出現(xiàn)，菌膠團發(fā)育良好，出水水質(zhì)降至135 mg/L。生物接觸氧化池運行時間段，性能穩(wěn)定，COD去除率為80%，色度去除率為50%，SS去除率為80%。
3.1.4 Biofor池調(diào)試運行
Biofor池采用自然掛膜方法。在濾池進水之前，先對濾池進行沖洗和曝氣，使陶粒中的泥沙和雜質(zhì)被帶走。Biofor池的調(diào)試及運行分兩個階段進行，個階段采用間歇進水的方式，水力停留時間為12 h，每隔40 min進廢水30 min，水速控制在1.0 m/h，運行時間為7 d。第二階段采用連續(xù)進水，在連續(xù)曝氣的條件下逐步增大進水流量，直到達到設計的進水流速。此階段水解酸化池污泥進入到濾池，被濾料截留、吸附，易于生物膜的快速生長，掛膜期間，隨著進水量的增加，微生物的生長，在濾料表面形成一層肉眼可見的生物膜，掛膜期間濾池不得進行反沖洗。COD去除率為70%，色度去除率為50%，SS去除率為30%。
運行期間，按設計方案進行進水。Biofor池的反沖洗采用氣水聯(lián)合的方式，單獨氣洗5 min，然后氣水一起反沖洗10 min，直至出水不再含有明顯雜質(zhì)，反沖洗水回流到調(diào)節(jié)池。出水水質(zhì)達到國家標準。
3.2 調(diào)試及運行效果分析
廢水經(jīng)過UASB反應器、生物接觸氧化及Biofor處理后出水各項指標均達到GB 8978—1996中的一級標準。經(jīng) 3個月調(diào)試后，國家法定環(huán)境監(jiān)測單位對工程出水進行連續(xù)監(jiān)測 12 d，選取第9天各處理單元出水COD、色度、SS、pH數(shù)據(jù)進行記錄。
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