IC+A/B工藝處理高濃度淀粉廢水
摘要：以某淀粉生產企業廢水處理為例，介紹了IC+A/B工藝處理高濃度淀粉廢水的工程設計，該工程設計規模為2500m3/d，進水COD為10000mg/L，處理后達到國家一級排放標準。實際運行結果表明：該廢水處理技術不但能夠保證出水水質，而且高效低耗，具有可觀的經濟效益，是一種切實可行的處理技術。
關鍵詞：IC+A/B工藝; 淀粉廢水; 顆粒污泥; 工程調試
山東省濰坊市某淀粉企業是以玉米為生產原料，年生產淀粉32萬噸的企業，由于該企業屬于新建項目，故執行“三同時”的標準。根據企業的生產要求，設計每天的處理水量為2500m3/d。
1 玉米淀粉的生產工藝及其廢水的特征
1.1 玉米淀粉的生產工藝
該企業玉米經過清理、稱重后送入浸泡罐，在一定溫度下進行浸泡。浸泡后的玉米輸送入脫坯磨，破碎籽粒游離出坯芽分離出的坯芽被洗滌干燥，送入榨油工序。經過精磨作用后纖維上粘附的淀粉和蛋白質被去除，篩離洗滌后纖維進行干燥。含有淀粉和蛋白質的淀粉乳進入分離機進行分離，分離出的蛋白質進行濃縮干燥;淀粉進一步經洗滌后得到純凈淀粉乳進行干燥或送入淀粉洗滌加工工段。
1.2 玉米淀粉廢水的特征
隨著淀粉行業技術的發展，處理淀粉廢水的工藝在節水方面也有了長足的進步。90年代末，噸淀粉用水量還在6～8m3，而在最近一兩年內，由于水資源的日益匱乏，淀粉生產廠家在清潔生產方面加大了力度，噸淀粉用水降至3 m3甚至更低。水循環利用次數的增加，使淀粉廢水又有了新的特征。
由于該廠沒有菲汀車間，故菲汀水不用考慮，其他工序排水工段主要集中在玉米浸泡輸送、纖維榨水、浮選濃縮、蛋白壓濾等工藝。其中浮選濃縮工段排水量最大，占總水量的70%左右，其他工段用水通過工藝改造都用車間的工藝水進行閉路循環，基本上不排水，所以總的處理水量相對來說較低。
1.3 廢水的進水水質及出水要求
根據企業的生產規模及生產廢水的水質數據，設計進水水質及出水要求如表1所示。
2 廢水處理工藝
2.1 廢水處理工藝流程
考慮到其他工段的水都實現了閉路循環，廢水主要是淀粉洗滌的工藝水，COD濃度在10000mg/l左右，B/C在0.4左右，可生化性較好，故采用以厭氧生物處理為主的處理工藝。由于此水溫度較高(一般在460C左右)必須經過通過沉降罐降溫，而且沉降回收部分蛋白后再進入厭氧。
廢水經厭氧處理后雖然可以去除92%以上的COD，但由于原水的有機物的濃度較高，而且經過厭氧處理后氨氮的濃度較高，因此厭氧處理后的好氧處理必須對COD 和氨氮都同時考慮。經過仔細分析比較，再考慮到工人的實際的操作運行的管理方便，本工程好氧采用了A/B法的處理工藝，在B段的氧化池中加掛了填料以提高對氨氮的去除率。為確保出水水質達到排放標準，采用混凝沉淀作為最后一道處理工藝，以確保出水水質穩定達標。工藝流程如圖2
2.2 污泥處理工藝流程
2.3 厭氧及好氧系統的特點
2.3.1 厭氧處理系統的特點
本工程厭氧系統采用的是IC內循環厭氧反應器。他是由上、下兩個動力學過程不同的反應室組合而成，相當于兩個UASB疊加而成。IC利用下集氣罩收集的沼氣產生的提升作用，通過提升管將沼氣和廢水提升到氣液分離器進行氣水分離，液體通過回流管返回到下反應室與進水混合攪拌，使下反應室保持較高的水力負荷，顆粒污泥處于充分的膨脹狀態，強化了顆粒污泥與有機廢水的接觸和傳質，大大提高了有機物的消化速率和反應器的有機負荷，而上反應室始終維持較低的水力負荷和產氣負荷，對污泥攪動作用很小，有利于污泥、廢水的分離和保持污泥的高濃度，有利于提高有機污染物的去除。
當進水濃度的突然增加或進水量的突然加大，都會對厭氧反應器造成負荷沖擊，IC因其內循環作用，瞬間的高濃度廢水進入反應器后，產氣量大，氣提量會隨著增大，從而內循環量大，大的內循環量能將高濃度的廢水迅速的釋稀，從而減少了有機負荷變化對反應器的沖擊。
2.3.2 好氧處理系統的特點
A-B活性污泥法即吸附生物氧化法。A-B法的技術核心可追溯到原來的兩段活性污泥及高負荷活性污泥法，它的特點有對處理復雜變化較大的污水水質具有較大的適應能力;可大幅度地去除污水中難降解物質;處理效率高，出水水質好，BOD5去除率可達90%～95%，還可進行深度處理脫氮處理;總反應時間短，構筑物體積小，占地少，約可節省投資15%～20%、節能20%～25%;為了更好的去除氨氮，在B段采用了生物接觸氧化法。
2.4 構筑物設計參數及設主要設備
2.4.1 調節沉淀罐：1座,鋼混結構
有效容積Φ10m×20m=1570m3,停留時間為8h。主要是調節車間排出的廢水的水質、水量，并沉淀水中大部分蛋白質，減輕后續處理的負荷。
2.4.2 篩網：1座,鋼混結構
主要是截留廢水中的漂浮物及纖維物，以保證后續處理的正常運行，延長污水泵的使用壽命。篩網采用10～20目不銹鋼制，由于篩留物很少，可采用人工定期清除。
2.4.3 預酸化池：1座,鋼混結構
對廢水進行預酸化作用，以提高厭氧處理系統的去除效率。有效容積10m×8m×6m=440m3，停留時間為4h。
2.4.4 IC反應器：1座,鋼制結構
有效容積Φ11m×17m=1600m3,停留時間為15h，Fv=16kgCOD/m3·d,去除大部分有機物和懸浮物，COD去除率達到92%以上，出水COD濃度低于1200mg/l。
2.4.5 A/B系統：4座,鋼混結構(包括A段曝氣池、A段沉淀池、B段曝氣池、B段沉淀池)
其中A段曝氣池有效容積25m×4m×6m=440m3，停留時間為5h，設計BOD5污泥負荷為2kgBOD5/(kgMLSS·d)。A段沉淀池有效容積22m×3m×6m=440m3，停留時間為3h，設計表面負荷為1.6m3/(m2·h)。B段曝氣池有效容積25m×8m×6m=1200m3，停留時間為11h，設計BOD5污泥負荷為0.16kgBOD5/(kgMLSS·d)。B段沉淀池有效容積25m×4m×6m=440m3，停留時間為4.5h，設計表面負荷為1.0m3/(m2·h)。
2.4.6 污泥濃縮池：2座,鋼混結構
有效容積8m×6m×6m=288m3。兩座并聯使用。濃縮池上清液自流入預酸化池。
2.4.7 附屬構筑物(包括值班室、化驗室、加藥間、鼓風機房、脫水機房、沼氣發電機房等)
鼓風機房：F=9m×5.1m; 房高H=4.5m; 混磚結構。
壓濾機房：F=12m×9m;房高H=4.5m; 混磚結構。
加藥間： F=9m×5.1m; 房高H=4.5m; 混磚結構。
發電機房：F=12m×9m;房高H=4.5m; 混磚結構。
值班室： F=5.1m×4.2m; 房高H=3.0m; 混磚結構。
化驗室： F=5.1m×2.4m; 房高H=3.0m; 混磚結構
2.4.8 鼓風機
型號：3HE-200,Qs=60m3/min,N=110kw·h, Pa=68kPa。
2.4.9 帶式壓濾機
型號：WDY-20，帶寬2m，傳動功率2.2 kw·h，處理量15 m3/h。
2.4.10 高效絮凝器
為加藥混合反應而設。型號：HCV-1600，處理量110 m3/h。
2.4.11 自動加藥系統
型號：HW-1000，1套。
2.4.12 沼氣發電機
設計采用了勝利油田動力機械有限公司的沼氣發電機，2臺。
型號為：500GF。
2.5 系統運行
整個系統的運行包括厭氧系統和好氧系統兩部分，這兩部分調試運行都采用污泥接種的方法，由于厭氧微生物生長生長繁殖的速率比好氧微生物要低的多，因此本工程的啟動主要是厭氧系統的啟動。
2.5.1 厭氧系統的接種與馴化
由于本工程設計的IC反應器負荷較高，污泥的接種是從同類型行業接種的運行較好的厭氧顆粒污泥，接種量為600 m3，在接種前首先向反應器內注入1000 m3清水，然后開始加溫使反應器內的溫度達到35℃左右，然后將接種的600 m3的顆粒污泥用轉速較低的螺桿泵打入反應器內，并開啟循環系統進行內循環，讓接種的顆粒污泥逐漸的恢復活性，此階段用時三天左右，然后開始提高負荷首先將進水COD濃度控制在2500±300mg/L，進水量為200m3/h,運行負荷為8kgCOD/m3.d，此階段運行用了8天的時間然后依次運行負荷至9.6 kgCOD/m3.d(進水COD為3000±300mg/L，進水量為200m3/h，用時15天)、11.2 kgCOD/m3.d(進水COD為3500±300mg/L，進水量為200m3/h，用時5天)、14.6 kgCOD/m3.d(進水COD為3500±300mg/L，進水量為260m3/h，用時10天)，直至達到設計16.6 kgCOD/m3.d(進水COD為4500±300mg/L，進水量為260m3/h，用時8天)一共調試了50天左右。在運行的過程中反應器內的溫度一直控制在36℃～38℃，進料溫度控制在38℃～40℃，由于厭氧過程中產甲烷菌最適宜的PH值范圍為6.5～7.2，過高或過低都會都會影響產甲烷菌的活性，雖然原水的PH值在4.0經過回流水稀釋后，PH值基本在6.5左右。
2.5.2 厭氧出水VFA的變化及厭氧結晶的影響
厭氧發酵的限速步驟為產甲烷階段，在運行過程中最容易出現的問題是VFA的積累，從而導致系統的酸化，使產甲烷菌受到抑制，IC反應器難以正常運行故厭氧出水的殘余VFA能比較準確的反映厭氧系統的運行情況，實際的運行結果表明，IC反應器出水VFA在2.5～3.5mmol/L時運行情況較好。
雖然本工程設計的為IC反應器上升流速較高，但運行一段時間后在管道的的轉彎處和泵的入口處形成了鳥糞石(MgNH4PO4)管道容易被堵塞影響進水量。后來經過改后造將原有的管道全部換成U-PVC管，由于U-PVC管耐腐蝕及表面光滑，結晶不易在管壁上吸附，得到了較好的效果。另外在運行的過程中適當的添加Fe鹽，也防止了鳥糞石的形成，投加量為現場PO43--P(PO4以P計)和投加Fe之比為0.37較為合適。
2.6 好氧系統運行
好氧系統由于采用A/B法的處理工藝，A段曝氣池利用IC反應器出水帶出的污泥加上A段沉淀池的回流污泥直接曝氣。B段曝氣池就近接種了污水處理廠沉淀池的回流污泥，接種量為池容積的10%左右直接進行悶曝。B段悶曝三天后微生物開始繁殖，約10天后填料上開始有生物膜出現，然后開始進水，進水量為設計水量的20%，四天后開始增加進水量至設計水量的30%，根據微生物的繁殖情況依次增加進水量至40%、60%、80%，直到達到設計負荷共用了40天左右。A段曝氣池由于直接采用厭氧出水帶出的污泥進行培養在曝氣約兩一周后微生物開始出現，培養的方法參照B段曝氣池的培養方法，由于A段曝氣池的負荷較高，微生物的適應能力強從開始培養到達到設計負荷共用了30天。
在好氧系統運行的過程中為最大限度的發揮脫氮除磷的作用好氧池必須，供給足夠的DO，運行結果表明A段在DO≤1.0mg/l條件下總氮的去除率可達到30%，而B段由于采用的是生物膜法，脫氮除磷主要是靠生物膜的脫落來完成，實際運行結果表明在B段曝氣池出水末端DO>2mg/l時才能滿足其需要，而膜的脫落量40mg/周期(即:4mg/L)才能達到較好的效果，去除率基本上在55%左右。
2.7 過濾系統運行
污泥處理系統作為后處理在生物處理系統運行正常后開始運行。調節沉降罐沉淀下來的蛋白全部回收到車間，AB段沉淀池的部分污泥及段沉淀池的污泥進入污泥濃縮池進行濃縮后進入帶式壓濾機壓濾脫水后，泥餅外運填埋，污泥濃縮池的上清液及帶式壓濾機的濾液返回預酸化池進行處理。
2.8 沼氣發電系統
本工程IC反應器產生的沼氣經過水封、脫硫罐后進入儲氣柜，實際運行中每天產生了12000m3沼氣，每方沼氣可發1.8度電，選用了山東東營勝利油田動力機械有限公司2臺每小時發電500kW·h的發電機，每小時可發電900kW·h，沼氣發電產生的余熱經過余熱回收裝置一部分進入鍋爐，另一部分進入IC反應器對廢水進行加熱以維持反應器內的溫度。
2.9 經濟效益分析
本工程總投資為1300萬元，土建部分的投資為400萬元，設備部分的投資為800萬元，其他部分的投資為100萬。
2.9.1電費
廢水處理站總裝機功率為300kW·h，實際運行功率為150 kW·h，正常運行耗電量為3600(kw·h)/d，則電費為1908元/ d，處理噸水的電費為0.76元/m3。
2.9.2 藥劑費
其中PAM的消耗量為7ppm，市場價為15000元/噸，PAC的消耗量為80ppm，市場價為1700元/噸，處理噸水的費用為0.23元/m3。
2.9.3 人工費
廢水處理站編制為8人，工資為40元/(人·d)，處理噸水人工費為0.13元/m3。
2.9.4 處理成本
綜合以上費用，得廢水處理的成本為1.12元/m3。
2.9.5 效益回收
2臺沼氣發電機每小時可發電900kW·h,每度電的價格按0.53元計算，則每天可產生11400元的效益，除去污水處理每天的處理成本2800元，則通過沼氣發電每天可產生8600元的利潤，一年可凈賺300萬元。
2.10 結束語
(1)實際運行結果表明，采用IC+A/B工藝處理高濃度淀粉廢水是切實可行的，出水水質可達到國家《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)一級標準。
(2)在厭氧系統運行的過程中要注意出水VFA的變化和厭氧結晶對系統運行的影響。
(3)好氧系統B段采用生物膜法可提高好氧系統脫氮除磷的能力。
(4)通過沼氣發電可抵消廢水處理的運行費用，而且給廢水處理站帶來可觀的經濟效益。
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