摘要: 利用膨脹顆粒污泥床(EGSB) 反應(yīng)器厭氧生物處理高濃度變性淀粉生產(chǎn)廢水,通過(guò)逐步提高厭氧反應(yīng)器的有機(jī)負(fù)荷在65 天內(nèi)完成厭氧反應(yīng)器的啟動(dòng),主要標(biāo)志為顆粒化污泥的出現(xiàn)以及穩(wěn)定的有機(jī)物(以COD 表示) 去除效果(達(dá)到74 %) ,有機(jī)負(fù)荷達(dá)到6kg/ m3 . d。通過(guò)工程實(shí)踐表明EGSB 厭氧反應(yīng)器可以有效地降解高濃度變性淀粉生產(chǎn)廢水中的有機(jī)物。

關(guān)鍵詞: 變性淀粉生產(chǎn)廢水,工程啟動(dòng), EGSB 生物反應(yīng)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(chǎn)變性淀粉,年生產(chǎn)變性淀粉3 萬(wàn)噸,是國(guó)內(nèi)僅有的幾家大型變性淀粉生產(chǎn)廠之一,日排放高濃度有機(jī)廢水約600 m3 。2001 年利用膨脹式顆粒污泥床 (EGSB) 厭氧反應(yīng)器技術(shù)和活性污泥法處理該廠廢水, 由于傳統(tǒng)的厭氧反應(yīng)器存在啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)、啟動(dòng)過(guò)程復(fù)雜等問(wèn)題,給厭氧反應(yīng)器的應(yīng)用帶來(lái)一定問(wèn)題。本文結(jié)合工程實(shí)際對(duì)厭氧反應(yīng)器EGSB 啟動(dòng)進(jìn)行了討論總結(jié)。經(jīng)工程實(shí)踐表明,利用EGSB 處理高濃度變性淀粉生產(chǎn)廢水,可在65 d 內(nèi)實(shí)現(xiàn)污泥顆粒化,COD 的去除率達(dá)到74 %左右,為后續(xù)處理奠定了良好的基礎(chǔ)。

2 　廢水水質(zhì)及水量

該廠所排放的污水有三個(gè)主要來(lái)源,一是水洗工藝中排放出來(lái)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(shí)產(chǎn)生的工藝水,其有機(jī)物濃度較低,COD 大約在2000 mg·L - 1 ,呈弱酸性;三是在轉(zhuǎn)換生產(chǎn)產(chǎn)品時(shí),對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的清洗水,其有機(jī)物濃度也較低,COD 為1000～ 1600 mg·L - 1 ,呈中性。此外,還有車(chē)間地面沖洗水, 生活污水等。在正常生產(chǎn)的情況下,該廠污水的日排放量為600～630 m3·d - 1 ,主要水質(zhì)指標(biāo):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(yīng)基本原理是厭氧菌在無(wú)氧的狀況下將有機(jī)物分解成 CH4 ,CO2 等物質(zhì),從而降低水中的有機(jī)物濃度。從發(fā)明厭氧反應(yīng)器至今,厭氧技術(shù)先后經(jīng)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(yīng)器為EGSB 反應(yīng)器,獲得國(guó)家專利[1 ]并已在多個(gè)工程中得到實(shí)際的應(yīng)用[2 - 4 ] ,與其他EGSB 相比, 本裝置在處理高濃度有機(jī)廢水時(shí),處理出水不循環(huán), 可進(jìn)一步節(jié)省能耗。大多數(shù)情況下厭氧廢水處理系統(tǒng)能夠做到凈產(chǎn)能,為廠方節(jié)電,創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)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(dòng)調(diào)試

4. 1 　接種

厭氧反應(yīng)器主要是靠厭氧微生物來(lái)降解污水中的有機(jī)污染物,要在有效容積500 m3 (DN7 ×15 m) 的厭氧反應(yīng)器中培養(yǎng)出足夠數(shù)量的活性污泥,必須接種一定數(shù)量種泥。本次啟動(dòng)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(yīng)器。然后注入清水充滿EGSB 反應(yīng)器,啟動(dòng)時(shí)EGSB 反應(yīng)器內(nèi)SS 約為10 g·L - 1。

4. 2 　啟動(dòng)

在完全泵入污泥后,以5 m3·h - 1的流量向反應(yīng)器內(nèi)泵入原污水,開(kāi)始運(yùn)行,并利用蒸汽加熱進(jìn)水到 40 ℃左右,提高罐體內(nèi)水溫到35 ℃左右。經(jīng)過(guò)三天的運(yùn)行,罐體內(nèi)溫度已經(jīng)達(dá)到該溫度,并且三相分離器的出水堰已經(jīng)有水流出,但還未看到有氣泡產(chǎn)生, 說(shuō)明產(chǎn)甲烷菌的活性還沒(méi)有恢復(fù),此時(shí)厭氧反應(yīng)器的出水COD 在3000 mg·L - 1左右,這是由于罐體內(nèi)大量清水的稀釋作用引起有機(jī)物含量降低導(dǎo)致的COD 降低;出水顏色發(fā)黑,這是由于接種污泥中的細(xì)小細(xì)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(chǎn)生,表明產(chǎn)甲烷菌的活性已恢復(fù)。

4. 3 　提高負(fù)荷階段

產(chǎn)甲烷菌活性恢復(fù)以后,出水的有機(jī)物濃度開(kāi)始由于消化作用而逐漸降低。在出水COD 去除率達(dá)到80 %后,就可以逐步提高負(fù)荷。每次負(fù)荷提高量為0. 5 倍左右,負(fù)荷的提升不宜過(guò)快。負(fù)荷的提高以及有機(jī)物的去除情況見(jiàn)圖1。

從圖1 可以看出,經(jīng)過(guò)65 天的運(yùn)行,厭氧反應(yīng)器的負(fù)荷達(dá)到6 kg·m- 3 d - 1左右,COD 的去除率達(dá)到 74 %左右,出水COD 為1000 mg·L - 1 ,且去除率穩(wěn)定。從反應(yīng)器中取出的污泥明顯呈顆?；癄顟B(tài),表明厭氧反應(yīng)器已經(jīng)成功的啟動(dòng),這為后續(xù)處理奠定了良好的基礎(chǔ)。

從反應(yīng)器底部取樣來(lái)看,反應(yīng)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(shí),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(shí),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(lái)的污泥所導(dǎo)致的。從整體狀況來(lái)看,污泥膨脹率較低,這是由于進(jìn)水量較少,整個(gè)反應(yīng)器的有機(jī)負(fù)荷也比較低,導(dǎo)致污泥膨脹程度低。這從側(cè)面說(shuō)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(fā)展規(guī)模擴(kuò)大預(yù)留處理能力。

5 　啟動(dòng)期間的重要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

在啟動(dòng)期間,主要監(jiān)測(cè)了以下幾個(gè)因素: (1) 罐體溫度。由于厭氧反應(yīng)對(duì)溫度的反應(yīng)十分敏感,在啟動(dòng)期間雖然外面溫度也比較高(30 ℃左右) ,但為了保證反應(yīng)器內(nèi)穩(wěn)定,一直通過(guò)水蒸氣加熱,使罐體內(nèi)溫度保持在35 ℃±2 ℃。

(2) 出水揮發(fā)酸(VFA) 及pH 值。出水揮發(fā)酸的濃度反映了產(chǎn)甲烷菌活性狀況,如果揮發(fā)酸過(guò)分積累,將會(huì)導(dǎo)致厭氧反應(yīng)器內(nèi)pH 值下降,如果低于6. 5 ,就會(huì)破壞產(chǎn)甲烷菌的生存環(huán)境,而對(duì)酸化菌沒(méi)有影響,最終會(huì)導(dǎo)致罐體內(nèi)pH 低于6 ,產(chǎn)甲烷菌完全喪失活性,形成酸化現(xiàn)象,使整個(gè)反應(yīng)崩潰。正常的厭氧反應(yīng)一般維持在6. 8～7. 8 之間。通過(guò)測(cè)pH 的變化可以直接了解反應(yīng)器的運(yùn)行狀況。但由于pH 值的變化常常落后于產(chǎn)甲烷菌的活性變化,所以應(yīng)從 VFA 及pH 值兩者的情況綜合考慮。

(3) 進(jìn)、出水堿度。通過(guò)檢查出水的堿度,看是否能夠中和出水中的揮發(fā)酸。如果能夠中和揮發(fā)酸,可保證反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行;否則,就有酸化的趨勢(shì)。通過(guò)監(jiān)測(cè)出水的堿度,來(lái)調(diào)節(jié)反應(yīng)器內(nèi)的環(huán)境。

(4) 進(jìn)出水COD 濃度。通過(guò)進(jìn)出水COD 的變化了解有機(jī)物的去除情況,直接反映厭氧菌的活性。在污水有機(jī)物的去除率達(dá)到80 %并穩(wěn)定一段時(shí)間后就可以提升負(fù)荷。

(5) 流量。通過(guò)流量的監(jiān)測(cè),確定反應(yīng)器的有機(jī)負(fù)荷以及水力負(fù)荷, 每次進(jìn)料負(fù)荷提高量應(yīng)小于 50 %。經(jīng)過(guò)上述的調(diào)試運(yùn)行,在第65 天時(shí)發(fā)現(xiàn)罐體底部出現(xiàn)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(guò)上述現(xiàn)象和數(shù)據(jù)表明,厭氧反應(yīng)器已經(jīng)完成啟動(dòng),其重要標(biāo)志是污泥的顆?；约癈OD 的去除率在80 %左右。

經(jīng)過(guò)近三年的運(yùn)行實(shí)踐表明,該厭氧反應(yīng)器運(yùn)行穩(wěn)定,對(duì)外界的各種變化具有足夠的抗沖擊性(曾發(fā)生含大量次氯酸鈉的污水意外進(jìn)入反應(yīng)器,導(dǎo)致好氧反應(yīng)器內(nèi)的活性污泥全部死亡,不得不重新接種,而厭氧反應(yīng)器基本上沒(méi)有表現(xiàn)出明顯的受損) 。目前厭氧反應(yīng)器的出水COD 穩(wěn)定在500 mg·L - 1左右,總揮發(fā)酸維持在200 mg·L - 1左右,運(yùn)轉(zhuǎn)狀況非常良好。

6 　小結(jié)

(1) 厭氧接種污泥最好選用處理同類(lèi)廢水的厭氧顆粒污泥作種泥,這樣啟動(dòng)快。在沒(méi)有相同或相類(lèi)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(xì)菌種類(lèi)豐富,很容易得到所需類(lèi)型的細(xì)菌。另外,脫水消化污泥含水率低,可達(dá)70 % 左右,可以降低污泥的運(yùn)輸費(fèi)用以及降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

(2) 厭氧微生物尤其產(chǎn)甲烷菌對(duì)環(huán)境要求相當(dāng)苛刻,對(duì)溫度的控制成為厭氧反應(yīng)器能否穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵所在。一般中溫控制在35 ℃±2 ℃。對(duì)于中溫厭氧反應(yīng)器一天之內(nèi)的溫度變化不應(yīng)超過(guò)5 ℃,否則會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)器運(yùn)行穩(wěn)定性降低,表現(xiàn)為COD 的去除率下降。

(3) 厭氧反應(yīng)器的啟動(dòng),應(yīng)該采取逐步提高負(fù)荷的方法,每次提高負(fù)荷幅度控在50 %左右。

(4) 在啟動(dòng)的過(guò)程中應(yīng)監(jiān)測(cè)反應(yīng)器料液COD 的去除率、出水pH 值和揮發(fā)酸含量、進(jìn)出水堿度以及流量,確保反應(yīng)器的穩(wěn)定運(yùn)行。

(5) 及時(shí)觀察反應(yīng)器內(nèi)污泥的顆?；闆r,一旦形成顆粒污泥,說(shuō)明反應(yīng)器成功啟動(dòng)。利用本方法可在60 d 內(nèi)完成厭氧反應(yīng)器的啟動(dòng)。

參考文獻(xiàn):

[1 ] 　張振家. 廢水高效厭氧處理裝置及方法[ P] . 中國(guó)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(chǎn)廢水處理工程設(shè)計(jì)[J ] . 城市環(huán)境與城市生態(tài)2003 (02) :65～66.

[3 ] 　張振家,周長(zhǎng)波,張守國(guó),張揚(yáng). 啤酒廢水處理工程設(shè)計(jì) [J ] . 城市環(huán)境與城市生態(tài)2003 (02) ,15～17.

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