高濃度變性淀粉生產廢水厭氧生物處理
摘要: 利用膨脹顆粒污泥床(EGSB) 反應器厭氧生物處理高濃度變性淀粉生產廢水,通過逐步提高厭氧反應器的有機負荷在65 天內完成厭氧反應器的啟動,主要標志為顆粒化污泥的出現以及穩定的有機物(以COD 表示) 去除效果(達到74 %) ,有機負荷達到6kg/ m3 . d。通過工程實踐表明EGSB 厭氧反應器可以有效地降解高濃度變性淀粉生產廢水中的有機物。
關鍵詞: 變性淀粉生產廢水,工程啟動, EGSB 生物反應器
1 前言
天津頂峰淀粉廠主要以木薯和馬鈴薯淀粉為原料生產變性淀粉,年生產變性淀粉3 萬噸,是國內僅有的幾家大型變性淀粉生產廠之一,日排放高濃度有機廢水約600 m3 。2001 年利用膨脹式顆粒污泥床 (EGSB) 厭氧反應器技術和活性污泥法處理該廠廢水, 由于傳統的厭氧反應器存在啟動時間長、啟動過程復雜等問題,給厭氧反應器的應用帶來一定問題。本文結合工程實際對厭氧反應器EGSB 啟動進行了討論總結。經工程實踐表明,利用EGSB 處理高濃度變性淀粉生產廢水,可在65 d 內實現污泥顆粒化,COD 的去除率達到74 %左右,為后續處理奠定了良好的基礎。
2 廢水水質及水量
該廠所排放的污水有三個主要來源,一是水洗工藝中排放出來的污水。此污水pH 值在6. 5～7. 0 , COD 在6500～7300 mg·L - 1左右;二是在淀粉脫水時產生的工藝水,其有機物濃度較低,COD 大約在2000 mg·L - 1 ,呈弱酸性;三是在轉換生產產品時,對生產設備的清洗水,其有機物濃度也較低,COD 為1000～ 1600 mg·L - 1 ,呈中性。此外,還有車間地面沖洗水, 生活污水等。在正常生產的情況下,該廠污水的日排放量為600～630 m3·d - 1 ,主要水質指標:COD 為 6000～7000 mg·L - 1 ,pH 值6～6. 5 ,SS 為1500～2000 mg·L - 1 ,溫度33 ℃左右。
3 工藝的選擇
由于原水濃度比較高,采用好氧生物處理難以奏效,故工藝中首先采用厭氧生物處理。厭氧反應基本原理是厭氧菌在無氧的狀況下將有機物分解成 CH4 ,CO2 等物質,從而降低水中的有機物濃度。從發明厭氧反應器至今,厭氧技術先后經歷了厭氧接觸濾池、UASB、EGSB 三次革新。本工程所采用的厭氧反應器為EGSB 反應器,獲得國家專利[1 ]并已在多個工程中得到實際的應用[2 - 4 ] ,與其他EGSB 相比, 本裝置在處理高濃度有機廢水時,處理出水不循環, 可進一步節省能耗。大多數情況下厭氧廢水處理系統能夠做到凈產能,為廠方節電,創造良好的經濟效益。本研究EGSB 有效容積為500 m3 (DN7 ×15 m) , 日處理廢水量為600～630 m3·d - 1 。
4 工程的啟動調試
4. 1 接種
厭氧反應器主要是靠厭氧微生物來降解污水中的有機污染物,要在有效容積500 m3 (DN7 ×15 m) 的厭氧反應器中培養出足夠數量的活性污泥,必須接種一定數量種泥。本次啟動取某城市污水處理廠20 m3 的消化污泥作接種物,消化污泥含水率約70 %左右,利用投配池的水泵打入EGSB 反應器。然后注入清水充滿EGSB 反應器,啟動時EGSB 反應器內SS 約為10 g·L - 1。
4. 2 啟動
在完全泵入污泥后,以5 m3·h - 1的流量向反應器內泵入原污水,開始運行,并利用蒸汽加熱進水到 40 ℃左右,提高罐體內水溫到35 ℃左右。經過三天的運行,罐體內溫度已經達到該溫度,并且三相分離器的出水堰已經有水流出,但還未看到有氣泡產生, 說明產甲烷菌的活性還沒有恢復,此時厭氧反應器的出水COD 在3000 mg·L - 1左右,這是由于罐體內大量清水的稀釋作用引起有機物含量降低導致的COD 降低;出水顏色發黑,這是由于接種污泥中的細小細胞被洗出所致。直到第七天,就可以看到三相分離器的出水口有明顯的氣泡產生,表明產甲烷菌的活性已恢復。
4. 3 提高負荷階段
產甲烷菌活性恢復以后,出水的有機物濃度開始由于消化作用而逐漸降低。在出水COD 去除率達到80 %后,就可以逐步提高負荷。每次負荷提高量為0. 5 倍左右,負荷的提升不宜過快。負荷的提高以及有機物的去除情況見圖1。
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從圖1 可以看出,經過65 天的運行,厭氧反應器的負荷達到6 kg·m- 3 d - 1左右,COD 的去除率達到 74 %左右,出水COD 為1000 mg·L - 1 ,且去除率穩定。從反應器中取出的污泥明顯呈顆粒化狀態,表明厭氧反應器已經成功的啟動,這為后續處理奠定了良好的基礎。
從反應器底部取樣來看,反應器底部1 m～2 m沉積了大量的污泥層,在取樣口取樣觀察時,放出的都是顆粒狀的污泥,而上面的污泥濃度銳減,到三相分離器底部時,污泥濃度反而增加,這是由于從三相分離器中分離和積下來的污泥所導致的。從整體狀況來看,污泥膨脹率較低,這是由于進水量較少,整個反應器的有機負荷也比較低,導致污泥膨脹程度低。這從側面說明,該裝置還有很大的潛力,這主要也是考慮為今后公司的發展規模擴大預留處理能力。
5 啟動期間的重要監測項目
在啟動期間,主要監測了以下幾個因素: (1) 罐體溫度。由于厭氧反應對溫度的反應十分敏感,在啟動期間雖然外面溫度也比較高(30 ℃左右) ,但為了保證反應器內穩定,一直通過水蒸氣加熱,使罐體內溫度保持在35 ℃±2 ℃。
(2) 出水揮發酸(VFA) 及pH 值。出水揮發酸的濃度反映了產甲烷菌活性狀況,如果揮發酸過分積累,將會導致厭氧反應器內pH 值下降,如果低于6. 5 ,就會破壞產甲烷菌的生存環境,而對酸化菌沒有影響,最終會導致罐體內pH 低于6 ,產甲烷菌完全喪失活性,形成酸化現象,使整個反應崩潰。正常的厭氧反應一般維持在6. 8～7. 8 之間。通過測pH 的變化可以直接了解反應器的運行狀況。但由于pH 值的變化常常落后于產甲烷菌的活性變化,所以應從 VFA 及pH 值兩者的情況綜合考慮。
(3) 進、出水堿度。通過檢查出水的堿度,看是否能夠中和出水中的揮發酸。如果能夠中和揮發酸,可保證反應器穩定運行;否則,就有酸化的趨勢。通過監測出水的堿度,來調節反應器內的環境。
(4) 進出水COD 濃度。通過進出水COD 的變化了解有機物的去除情況,直接反映厭氧菌的活性。在污水有機物的去除率達到80 %并穩定一段時間后就可以提升負荷。
(5) 流量。通過流量的監測,確定反應器的有機負荷以及水力負荷, 每次進料負荷提高量應小于 50 %。經過上述的調試運行,在第65 天時發現罐體底部出現大量直徑約1 mm 的顆粒污泥,并且出水清澈,懸浮物含量很少,出水COD 在1000 mg·L - 1以下, VFA 大約為500 mg·L - 1 ,惡臭(以丙酸、丁酸為代表的脂肪酸的臭味) 味道消失。通過上述現象和數據表明,厭氧反應器已經完成啟動,其重要標志是污泥的顆粒化以及COD 的去除率在80 %左右。
經過近三年的運行實踐表明,該厭氧反應器運行穩定,對外界的各種變化具有足夠的抗沖擊性(曾發生含大量次氯酸鈉的污水意外進入反應器,導致好氧反應器內的活性污泥全部死亡,不得不重新接種,而厭氧反應器基本上沒有表現出明顯的受損) 。目前厭氧反應器的出水COD 穩定在500 mg·L - 1左右,總揮發酸維持在200 mg·L - 1左右,運轉狀況非常良好。
6 小結
(1) 厭氧接種污泥最好選用處理同類廢水的厭氧顆粒污泥作種泥,這樣啟動快。在沒有相同或相類似污水污泥的情況下,可以選用城市污水處理廠的脫水消化污泥。這種污泥細菌種類豐富,很容易得到所需類型的細菌。另外,脫水消化污泥含水率低,可達70 % 左右,可以降低污泥的運輸費用以及降低勞動強度。
(2) 厭氧微生物尤其產甲烷菌對環境要求相當苛刻,對溫度的控制成為厭氧反應器能否穩定運行的關鍵所在。一般中溫控制在35 ℃±2 ℃。對于中溫厭氧反應器一天之內的溫度變化不應超過5 ℃,否則會導致反應器運行穩定性降低,表現為COD 的去除率下降。
(3) 厭氧反應器的啟動,應該采取逐步提高負荷的方法,每次提高負荷幅度控在50 %左右。
(4) 在啟動的過程中應監測反應器料液COD 的去除率、出水pH 值和揮發酸含量、進出水堿度以及流量,確保反應器的穩定運行。
(5) 及時觀察反應器內污泥的顆粒化情況,一旦形成顆粒污泥,說明反應器成功啟動。利用本方法可在60 d 內完成厭氧反應器的啟動。
參考文獻:
[1 ] 張振家. 廢水高效厭氧處理裝置及方法[ P] . 中國專利: ZL97103569. 5 ,1998 - 03 - 04.
[2 ] 李克勛,近藤和史張振家,高濃度褐藻酸鈉生產廢水處理工程設計[J ] . 城市環境與城市生態2003 (02) :65～66.
[3 ] 張振家,周長波,張守國,張揚. 啤酒廢水處理工程設計 [J ] . 城市環境與城市生態2003 (02) ,15～17.
[4 ] 張振家,周偉麗,林榮忱. 膨脹顆粒污泥床處理玉米酒精糟液的生產性試驗[J ] . 環境科學,2001(4) ,114～116.
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