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皂素废水处理工程的设计与调试运行 但锦锋 袁松虎 刘礼祥 吴晓辉 解清杰 章北平 陆晓华 华中科技大学环境科学研究所, 武汉 430074 摘要 介绍了内电解-UASB-厌氧-好氧-深度处理组合工艺处理皂素生产废水的工程实例, 废水处理后出水水质达到 污水综合排放标准 GB8978 -1996 一级排放标准。 结合工程实际, 对整个系统的调试运行进行了介绍。 关键词 内电解 UASB 厌氧 好氧 皂素废水 0 引言 皂素是以黄姜或穿地龙为原料生产的工业产品, 是合成甾体激素药物的主要原料, 生产过程废水主要 来源于泡料 、发酵 、 过滤和洗酸 4 个生产环节。黄姜 水解加工过程产生的废水中主要污染物是硫酸、糖 类、 淀粉等有机物 。由于皂素生产废水酸性强 、 溶解 性有机物浓度高 、 硫酸根 或氯离子 浓度高、色度大, 难以用常规的生化技术处理。因此皂素废水是极难 处理的高浓度有机废水。 1 废水来源和水质 中国黄姜之乡 湖北郧西某黄姜水解物加工 厂以黄姜或穿地龙为原料 ,采用发酵-水解工艺生产 黄姜水解物,在生产过程中产生一定量的废水 。废水 主要由泡料水、发酵废水 、 过滤废水和洗酸废水组成, 由于泡料废水主要含有一些泥沙, 简单处理后可以直 接排放 。洗酸水又分一次洗酸水和二 、 三次洗酸水, 一次洗酸水 CODCr浓度高达80 000 ～ 100 000 mg L, 但 与大量发酵废水和二 、 三次洗酸水混合后, CODCr浓度 下降很 多。全部 流入污水处理系统的总水量为 100 m 3 d,废水水质如表 1。 表 1 废水水质及排放标准mg L pH 除外 项目 CODCrBOD5 色度 倍SSpH 废水水质 GB8978 -1996 22 000～ 30 000 6 6002 5002600. 8 一级标准1003050706～ 9 2 工艺设计 由于皂素生产废水 CODCr浓度很高, 不能直接用 好氧法处理,同时,由于此类废水酸度大 ,硫酸根浓度 高,也不能直接用厌氧法处理。但通过物化预处理, 提高废水 pH 值,降低硫酸根浓度后可以用 UASB 上 流式厌氧污泥床 等厌氧工艺处理高浓度有机废水。 经过 UASB 处理后的废水 CODCr浓度仍较高, 用好氧 处理仍有较大的难度 ,因而考虑在好氧处理之前再接 一级厌氧处理, 最后用深度处理保证出水达到排放标 准。处理单元中产生的污泥全部进入污泥干化池进 行干化。整个废水处理主体工艺如图 1。 图1 工艺流程图 3 主体工艺说明 3. 1 稳定池 稳定池由 4 个串联的池子组成, 砖混结构, 尺寸 为2. 5 m 2. 5 m2. 56 m L B H 。稳定池的目 的一方面在于提高原水的 pH 值 ,另一方面大大降低 原水硫酸根的浓度, 以免对后续 UASB 处理单元造成 不利影响。在此处理单元中, 原水 pH 值提高到 4 ～ 5, 硫酸根浓度降低到1 000 mg L以下。 3. 2 内电解反应器 内电解反应器为钢结构, 内部作防腐处理 。它利 用反应器内形成的无数原电池, 发生氧化还原反应, 去除色度和部分有机物同时提高废水的可生化性。 皂素生产原废水的 B C 为 0. 3, 经该单元处理后 B C 提高到0. 5 左右 。 3. 3 UASB 厌氧处理采用中温 UASB , 钢混结构, 有效容积 120 m 3 ,三相分离器设置在反应器的上部沉淀区内, 在三相分离器下面是生化反应区,从上到下依次为絮 状污泥层和颗粒污泥层。 3. 4 厌氧池 厌氧反应池为砖混结构, 有效容积 98m 3 ,内设隐 吸双喷激波传质器 ,内植高密微粒优势厌氧微生物。 通过低压流体激波强化和加速底物的传质,大大提高 20 环 境 工 程 2006年 8 月第24 卷第4 期 参加反应的有效微生物量 ,大幅度提高厌氧微生物的 反应速率 。 3. 5 好氧池 好氧池为钢混结构, 有效容积 120 m 3 ,池内采用 射流曝气充氧, 使池内好氧菌群大量繁殖 ,维持较高 的活性污泥浓度 ,污水与活性污泥相接触 ,在好氧微 生物的作用下, 污水得到进一步净化。 3. 6 深度处理 深度处理单元采用微滤池和土地处理系统,土地 处理系统底部及四壁作防渗处理, 内部有不同级配的 填料, 表层覆以泥土 , 并种植当地根系比较长的水燕 麦,通过植物的吸收来进一步降低废水的 CODCr, 并 且达到降低氨氮和总磷的目的 。 4 调试运行 4. 1 UASB 启动 为加快调试进度 ,UASB 的接种污泥采用某污水 处理厂 UASB 正常运行产生的颗粒污泥, 同时投入一 定量的消化污泥 。废水进入 UASB 之前, 由前面的稳 定池 、 内电解反应器预处理单元严格控制进水的 pH 为7左右, 预热池内通入厂方多余蒸汽, 控制水温在 38～ 40 ℃ 之间。开始进水负荷不太高 ,CODCr容积负 荷略高于 0. 2 kg m 3d , COD Cr浓度为1 000 mg L 左 右,水力停留时间 24 h。为避免絮状污泥在反应器 内大量生长而妨碍颗粒污泥的形成 ,此过程同时也洗 出反应器中的絮状污泥和分散的细小污泥。 在上述负荷下连续运转, 每 2 d 检查 1 次出水 VFA 浓度 , 当环境因素正常时, 出水 VFA 若高于 8 mmol L , 则停 止进液 , 直到反 应器 内 VFA 低于 3 mmol L后, 再继续以原浓度 、 原负荷进液 ,直到连续 进液多日, 出水 VFA 始终保持在 3 mmol L 以下时 ,再 以30的幅度增加负荷, 直到 CODCr容积负荷达到 2 kg m 3d ,这期间仍保持HRT 不变 ,同时投加一些 微量元素铁、 镍和钴 。 CODCr容 积 负 荷 从2kg m 3 d提 高 到 5 kg m 3d ,每次增加负荷 20。此阶段进水 COD Cr 浓度已超过5 000 mg L ,硫酸根浓度也较高,由于内电 解出水中含有较多的 Fe 3 ,因而无需另外投加 FeCl3 来消除硫酸根对 UASB 的影响, 但需要投加一些氮 肥、 磷肥来满足 CODCr∶ N∶ P 200∶ 5∶ 1 这个厌氧菌生 长比较有利的营养配比 。这个阶段主要监测 UASB 出水的 VFA、碱度和 pH, 若出水 pH 低于 6. 5, 适当投 加Na2CO3来补充碱度 。 CODCr容积负荷从 5 kg m 3d 提高到满负荷, 增 加负荷幅度可以适当增大 ,但还是必须满足如下 3 个 条件 VFA 6. 5 , 碱 度在 2 000 ～ 4 000 mg L之间。 4. 2 好氧池的启动 好氧池的启动所需时间较短,接种污泥采用污水 处理厂的剩余活性污泥 。为保证活性污泥内微生物 所需的营养元素 ,启动前往曝气池中投加适量的粪便 与接种污泥混合闷曝 2 d, 第 3 d 改为间断进水,开始 启动时 , 曝气池进水量为设计流量的 10～ 20, 1 周后基本形成沉淀性能良好的活性污泥 ,SV10 左右,MLSS 为1 500 mg L, SVI 在 80 mL g 左右, 当曝 气池CODCr去除率 50时, 继续增加进水量 , 每次 增加量为设计流量的 10～ 20, 经过 20 多 d 的培 菌、驯化 , 污泥 SV 上升至 20～ 30, MLSS 达到 2 000～ 4 000 mg L 。 曝气池启动的控制参数如下 进水 CODCr浓度 1 500mg L 左右 , pH 值在 7. 5 ～ 8. 5 之间, 营养配比 CODCr∶ N∶ P 100∶ 1. 7∶ 1,DO 在2～ 4 mg L 之间。 4. 3 测试结果与分析 4. 3. 1 原水 pH 值 原水 pH 值较低, 但波动不大, 造成调节石灰用 量较大 ,经过内电解处理后 , pH 值有所上升, 但在废 水进入UASB 之前 ,仍需投加NaOH 或 Na2CO3来控制 进水的 pH 值在 7左右。 4. 3. 2 原水CODCr变化 原水 CODCr值波动较大 , 原因是一次洗酸水和 二、 三次洗酸水在调节池内没有完全混合均匀 。一次 洗酸水 CODCr浓度很高 ,而二、三次洗酸水 CODCr浓度 相对 较 低。 即 使 如 此, 混 合 水 CODCr最 低 也 在 9 000 mg L以上。最高可达41 000 mg L 左右。 4. 3. 3 出水CODCr值 进入提高负荷期之后, 出水 CODCr已基本稳定在 100 mg L 以下 。 5 结果与讨论 1 采用内电解-UASB -厌氧-好氧-深度处理组合 工艺处理皂素生产废水在技术上切实可行。 2 废水经过本工艺处理后, 出水可以达到国家 GB8978 -1996 一级标准 。 下转第 24 页 21 环 境 工 程 2006年 8 月第24 卷第4 期 BOD5的总量及污泥转化率计算,生成的挥发性污泥为 Δ X Y Sa-Se Q -KdVXV 式中 Sa 进水 BOD5 mg L 为 90 ; Se 出水 BOD5 mg L 为 10 ; Y 产率系数 取 0. 73; Kd 活性污泥自身氧化率 取 0. 075; V 有效曝气池容积 10 000 3. 5 0. 61 21 350 m 3 ; XV 挥发 性污泥浓 度 2 267 0. 35 793. 5 mg L 。 每天应排的干泥量 189. 4 0. 35 541. 1 kg ; 排泥量应为 按含水率 p99. 8计 ; 总重 水重 干泥重 ; 总重 270. 6 t 。 可见每天的排泥量是很少的 , 由于所用系数 Y 是生活污水经验值, 与厂实际污水水质有着较大的差 异,并且进水的 BOD5是每天 6 个瞬时化验值的加权 平均值,与实际情况比偏低。因此, 现在按每天大约 600 m 3的曝气池混合液量排泥 , 含水率 99. 8, 泥 龄为 θ VX ΔX 35 000 2 267 600 2 267 58. 3 d。实践证明 ,在如此长的 泥龄里 ,还是可以维持一定的污泥浓度并保持活性 的,在这种条件下,由于可以生长更多种类的微生物, 因此可降解某些不易降解的有机物 。但是另一方面, 由于泥龄过长, 微生物长期处于衰亡期, 污泥老化 ,结 构松散,结果导致了 SS 不易沉淀 。 3 结论 1 曝气 应按不是污泥沉淀为标准, 不能按氧 化沟中的 DO 值来操作转刷 。 2 氧化沟中的污泥浓度 MLSS 应按污泥的 沉淀性来控制。 3 问题 泥龄太长,微生物长期处于衰亡期 ,污 泥老化,结构松散; 曝气量过大 ,不节能。我们希望本 文能对有类似情况的污水处理厂有所启示,共同探索 低有机底物状态下三槽式氧化沟的科学运行模式 。 参考文献 [ 1] 李军, 杨秀山, 彭永臻. 微生物与水处理工程. 北京 化学工业出 版社, 2002. [ 2] 张自杰等. 排水工程. 北京 中国建筑工业出版社, 2003. [ 3] 汪大等. 水处理新技术及工程设计. 北京 化学工业出版社, 2001. 作者通讯处 曹国凭 063009 河北省唐山市新华西道 46 号 河北 理工大学建工学院 2005- 09-05 收稿 上接第 21页 3 中温 UASB 反应器对高浓度皂素废水进行接 种驯化时, 启动期 CODCr容积负荷为 0. 2 kg m 3d , 水力停留时间为 24 h 。完全启动用了 100 d 左右, 相 对较快。 4 UASB 提高负荷阶段,在温度、 pH 值等影响因 素相对稳定的情况下, 控制进水的有机负荷尤为重 要,负荷提高幅度太大,容易造成挥发酸积累 ,此时需 要减小有机负荷或投加纯碱的方法来加以调节。 5 该工程总设计处理规模为 120 m 3 d, 工程总 投资为150万元, 运行电耗为 1. 55 元 m 3 ,主体工艺的 直接运行成本为 2. 65 元 m 3 。 参考文献 [ 1] R. E. 斯皮思著. 李亚新译. 工业废水的厌氧生物技术. 北京 中国 建筑工业出版社,2001. [ 2] 贺延龄. 废水的厌氧生物处理. 北京 中国轻工业出版社, 1998. [ 3] 张自杰主编. 排水工程 第四版 . 北京 中国建筑工业出版社, 2000. 作者通讯处 陆晓华 430074 湖北省武汉市 华中科技大学环境 科学研究所 电话 027 87792159 E -mail lxhhust -esri. com 2005- 08-22 收稿 24 环 境 工 程 2006年 8 月第24 卷第4 期 TEST OF AmOnINTEGRATIVE BIOREACTOR FOR WASTEWATER TREATMENT Liu Changqing Zhang Yalei Zhao Jianfu et al7 Abstract The bench-scale study on AmOnintegrative process was discussed. The result shows that AmOnintegrative process has high efficiency of removing CODCrand nitrogen, and the concentration of CODCr, NH3-N and TN in effluent reaches the national effluent ernission standard. AmOnintegrative process has widespread prospect for application and high value for further research. But the process has poor efficiency on TP removal, and it will be improved by equipment and technique modification next time. Keywords wastewater treatment, AmOn, integrative bioreactor and N P removal ENGINEERING PRACTICE OF TREATING CHEMICAL WASTEWATER BY THE HYDROLYSIS A O PROCESSLi Tong Yin Ailing Wang Yongqing 10 Abstract Lanzhou Petrochemical Company used the hydrolysisacidificationA O new process to treat chemical wastewater. After treatment, BOD5 CODCrof wastewater wasincreased from 0. 2 to 0 . 37 and the biodegradability of chemicalwastewater was raised. After treating the chemicalwastewater by facultative -aerobic microbes, the CODCrremoval rate was about 85 and NH3-N removal rate was about 85. Keywords chemical wastewater, wastewater treatment, hydrolysis acidification andA O treatment process TREATMENTOFHIGHCONCENTRATIONSLAUGHTERHOUSEWASTEWATERWITH ANAEROBIC UASB AND COAGULATION SEDIMENTATIONGuo Yongfu Chu Jinyu 12 Abstract The process of UASB reactor and coagulation -sedimentation was used to study treatment of high concentration slaughterhouse watewater. With UASB reactor to treat slaughterhouse wastewater, the volume load of CODCrcould reached 6. 8g Ld , and the removal rate of CODCrwas about 93. A certain quantity of poly -ferric sulfate and auxiliary agentMZ was added to the effluent of UASB, the experimental results showed the effluent of slaughterhouse wastewater system could be up to the second order of “ Discharge Standard of Water Pollutants for Meat Processing Industry” GB13457 -92. Keywords slaughterhouse wastewater, UASB, coagulation sedimentation and granular sludge TREATMENT OF WASTE WATER OF EXTRACTING SODIUM AESCINATE Su Hong Zhang Xiaojie Chang Xianbo 15 Abstract There are starch, pigment and pectin in the waste water of extracting sodium aescinate. Sodium aescinate in the extractant is easy to foam and difficult to be reclaimed and treated. The concentration of synthetic waste water was reduced by foam inhibitor YP -1, and was used to treat and recover residual effluent, thus reducing the concentration of the synthetic wastewater. The CODCrof effluent was less than 100 g L, which couldmeet the national discharge standard by three hours treatment of hydrolytic acidification and six hours treatment of aerobic biotreatment. Keywords waste water of sodium aescinate, hydrolytic acidification and treatment of waste water USING OXYGEN -LIMITED ANAEROBIC BIOLOGICAL DESULPHURIZATION PROCESS TO TREAT MOLASSES DISTILLERY WASTEWATERXie Qinglin Li Yawei Li Lifang 17 Abstract The molasses distillery wastewater, one of the typical high -concentration organic watewater with high sulfate, was treated using oxygen -limited anaerobic biological desulphurization process. The sulfate in molasses distillery wastewater was firstly reduced into sulfide by sulfate reducing bacterium SRB. Then, the sulfide ed in the er stage was oxidized biologically into sulfur with colorless sulfur bacterium CSB under oxygen -limited condition, inwhich the sulfide poisonous influence on methanogenesis could be eliminated. The experimental results showed that this process had a remarkable desulphurization effect. Keywords oxygen -limited anaerobic process, sulfate -reducing, biological desulphurization and molasses distillery wastewater DESIGN, DEBUGGINGANDOPERATIONOFSAPONINWASTEWATERTREATMENT PROJECTDanJinfeng Yuan Songhu Liu Lixiang et al 20 Abstract It is introduced the practical engineering of treating saponin wastewater by combination of inner -electrolysis, UASB, anaerobic, aeration and advanced treatment, and the quality of the effluent confirms to the first class of “ Integrated Discharge Standard of Wastewater” GB8978 -1996. The debugging and operation of the system are introduced as well. Keywords inner -electrolysis, UASB, anaerobic, aerobic and saponin wastewater THE ADJUSTED PRACTICE OF OPERATIONAL PARAMETERS OF THREE -TANK OXIDATION DITCH UNDER LOW ORGANIC LOADINGZhou Shuxiang Cao Guoping Sun Jincheng 22 Abstract Because the organic loading of the influent of a wastewater treatment plant on the east outskirts of Tangshan is far below the design 2 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 24,No. 4, Aug . , 2006