异VC钠废水处理方法

Posted 2023-01-13 反应器

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江西某食品厂目前主要以生产异VC钠食品添加剂为主，生产过程中产生浓度高、色度高及可生化性强的废水。针对该公司废水的特点，采用UASB—生物接触氧化池—Biofor（一段式生物过滤氧化反应器）工艺处理废水，要求达到《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）的一级标准，即pH为6～9，COD≤100 mg/L，色度≤50倍。

1 食品厂废水水质分析

该食品厂废水主要为生产废水，废水中主要有机污染物为葡萄糖、α-酮基葡萄糖酸钙、α-酮基葡萄糖酸甲酯、甲醇及产品异VC钠等，废水具有COD高、可生化性强及色度深等特点。该食品厂废水水质：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 废水处理工艺

根据进水水质和水量情况，结合调研情况和实验室小试及中试结果进行处理工艺的优化组合，确定了“UASB—生物接触氧化池—Biofor工艺的序批式运行处理工艺，废水处理站设计处理水量为600 m3/d，工艺流程如图 1所示。

图 1 废水处理工艺流程

2.1 各主要构（建）筑物的尺寸及主要设备

（1）格栅井：设1道粗格栅和1道细格栅，材质均为塑料。粗格栅宽度为300 mm，有效栅隙为16 mm；细格栅宽度为300 mm，有效栅隙为16 mm，尼龙网D≤2 mm。废水首先经过粗细两道格栅，粗格栅设在进水口处去除废水中较大漂浮物，细格栅设置在提升泵房后，用以拦截废水中的部分悬浮物。

（2）调节池。1座，钢混结构，尺寸16.0 m×9.0 m×2.7 m。调节池能有效减缓水量不均、浓度不均所带来的冲击以及调节废水pH，保证后续处理连续、稳定地运行，为了防止污泥沉淀和过度酸化，与生物接触氧化池共用一台罗茨鼓风机。调节池主要配置设备为提升泵2台（1用1备），型号50WQ15-22-2.2，流量 25 m3/h，扬程16 m，功率2.2 kW； pH在线仪2台，型号pH5778型；自制搅拌机。

（3）UASB反应器。1座，钢混结构，尺寸9.0 m×8.4 m×8.0 m。UASB反应器分别采用三相分离器和厌氧布水器各7个，目的使水中的有机物与颗粒污泥充分接触，产生剧烈反应，从而去除废水中的COD、BOD5，增强废水的可生化性。

（4）生物接触氧化池。1座，钢混结构，尺寸8.4 m×3.5 m×6.5 m。生物接触氧化池内设置填料，填料淹没在废水中，水中的有机物被附着在填料上的微生物吸附、氧化分解和转化为新的生物膜。生物膜脱落后一般通过沉淀池去除。生物接触氧化池内的氧气来源于罗茨鼓风机，罗茨鼓风机2台（1用1备），型号HSR100，风量7.55 m3/min，风压63.7 kPa，功率15 kW。

（5）沉淀池。1座，钢混结构，尺寸3.5 m×3.5 m×6.5 m。沉淀池由进出水口、水流部分和污泥斗3个部分组成。沉淀池设计在生物接触氧化池后面的目的是为了去除脱落的生物膜，从而净化水体。

（6）Biofor池。6座，钢混结构，尺寸3.2 m×2.1 m×5.0 m，生物滤料规格为SLJTW-3.5，体积为150 m3。Biofor池集生物氧化和截留悬浮固体于一体，保证出水水质的稳定性。Biofor池内的氧气来源于罗茨鼓风机，罗茨鼓风机2台（1用1备），型号HSR100，风量7.55 m3/min，风压63.7 kPa，功率15 kW。为了保证Biofor池的稳定性，通常进行反冲洗，主要设备为反冲洗鼓风机1台，型号HSR125，风量10.73m3/min，风压53.9 kPa，功率18.5 kW；反冲洗水泵1台，型号SLS150-200A ，流量232 m3/h，扬程8.5 m，功率11 kW。

（7）贮水池。1座，钢混结构，尺寸4.2 m×4.2 m×4.7 m。贮水池中的水通过标准化排污口排放至污水管网入工业园污水处理厂。

（8）污泥池。1座，钢混结构，尺寸3.0 m×3.0 m×5.5 m。污泥经螺旋泵泵入污泥脱水机，进行压滤，污泥池的上清液和污泥脱水机的滤液返回调节池，泥饼进行外运。

主要装置为：螺旋泵1台，型号G30-1，流量5 m3/h，扬程60 m，功率2.2 kW；污泥脱水机一台，XMZ30/800-UB型，功率3 kW。

2.2 工艺说明

2.2.1 UASB反应器

厌氧消化可分为高温厌氧消化（550 ℃）、中温（350 ℃）和常温厌氧消化，高温厌氧消化效率最高，其容积负荷均在8～30 kg/（m3·d）；中温厌氧消化效果适中，其容积负荷均在6～20 kg/（m3·d），而常温厌氧消化效果较差。其设计必须根据被处理污水的特点、温度和处理设施所在地的气候特点而定。UASB反应器所采用的上流速度约0.5～2.5 m/h。

通过该处理工段可去除污水中80%以上有机物，同时所降解的有机物在厌氧细菌（产酸和产甲烷菌）的作用下转化为沼气。沼气中CH4体积分数在65%左右。沼气通过集气罩收集，不会对周围环境带来气味。沼气进入处理系统的沼气燃烧系统。

由于污水浓度较低，UASB反应器进水上升流速不足，可能导致“短流”或“沟流”现象，故通过厌氧出水回流改善进水水力条件。此外厌氧出水回流可提高进水的碱度，降低污水进水的挥发酸（VFA）浓度，进一步减少酸化的可能性。

由于厌氧反应器内污水对金属有一定的腐蚀性，如采用钢结构布水器和三相分离器，则使用寿命较短，一般三、五年就可能腐蚀掉，故必须采用耐腐蚀性强的玻璃钢或不锈钢。

2.2.2 Biofor滤池

设计采用6组Biofor，Biofor滤池的结构如图 2所示。

图 2 Biofor滤池的结构示意

3 调试运行及工艺调试运行结果

3.1 调试运行

3.1.1 调节池

调节池调节进﹑出水流量，使管渠和构筑物正常工作，不受废水高峰流量或浓度变化的影响。笔者工程采用在线流量计，调节进水流量为40 m3/h。若流量计不准确，必须及时校准使用。

3.1.2 UASB反应器

UASB投入运行前必须进行充分实验和气密性实验，充分实验要求无漏水现象。选用污水厂污泥消化池的消化污泥进行接种。接种污泥的质量浓度为30 kg/m3，接种量为UASB反应器有效容积的30%，接种方式为将接种污泥加水搅拌后，用污泥泵均匀地输入到UASB反应池各布泥点。进水COD为6 000 mg/L，初始用稀释水稀释进水COD为1 000 mg/L，然后逐步提高有机负荷直到可降解的COD去除率达到80%为止。当可生物降解的COD去除率达到80%后，逐步提高进水COD，直到达2 000 mg/L，在这段运行中，有少量非常细小的分散污泥带出，其主要原因是水的上流速度和逐渐产生的少量沼气。下一阶段COD增加由2 000 mg/L开始，每次浓度增加20%，操作时间为1个月，经过多次重复操作达到设计指标6 000 mg/L。在这段运行中，由于提升水量大，COD高，产气量和上流速度的增加引起污泥膨胀，污泥量带出量多，大多为细小非分散的污泥或部分絮状污泥，这种污泥的带出，有利于颗粒化污泥的形成。当反应器的进水COD达到设计指标6 000 mg/L，以后的稳定运行阶段，要严格控制pH、温度、有机负荷、VFA、ALK等各项操作参数，逐步形成颗粒污泥。UASB反应器运行时间段，性能稳定，COD去除率为85%，色度去除率为50%，SS去除率为25%。

3.1.3 生物接触氧化池

接触氧化池接种污泥来自污水处理厂的脱水污泥，好氧污泥投入接触氧化池后，采用先间歇进水后连续进水方式培养氧化池内污泥，沉淀池污泥在MLSS大于5 000 mg/L，SV大于30%之前全部回流，同时保证氧化池内DO在2 mg/L左右。接触氧化池的调试效果以UASB反应器调试出水水质和水量为前提。好氧污泥培养驯化阶段，按m（C）∶m（N）∶m（P）为100∶5∶1向氧化池内加磷酸二铵和尿素，以满足微生物正常生长需要。

投入污泥3 d后填料上生成极薄的生物膜，显微镜下观察发现有个别的豆形虫，随着营养的不断补充，生物膜不断增厚。第10天后，盾纤虫、吸管虫、轮虫等原生动物出现，菌胶团发育良好，出水水质降至135 mg/L。生物接触氧化池运行时间段，性能稳定，COD去除率为80%，色度去除率为50%，SS去除率为80%。

3.1.4 Biofor池调试运行

Biofor池采用自然挂膜方法。在滤池进水之前，先对滤池进行冲洗和曝气，使陶粒中的泥沙和杂质被带走。Biofor池的调试及运行分两个阶段进行，第一个阶段采用间歇进水的方式，水力停留时间为12 h，每隔40 min进废水30 min，水速控制在1.0 m/h，运行时间为7 d。第二阶段采用连续进水，在连续曝气的条件下逐步增大进水流量，直到达到设计的进水流速。此阶段水解酸化池污泥进入到滤池，被滤料截留、吸附，易于生物膜的快速生长，挂膜期间，随着进水量的增加，微生物的生长，在滤料表面形成一层肉眼可见的生物膜，挂膜期间滤池不得进行反冲洗。COD去除率为70%，色度去除率为50%，SS去除率为30%。

运行期间，按设计方案进行进水。Biofor池的反冲洗采用气水联合的方式，单独气洗5 min，然后气水一起反冲洗10 min，直至出水不再含有明显杂质，反冲洗水回流到调节池。出水水质达到国家标准。

3.2 调试及运行效果分析

废水经过UASB反应器、生物接触氧化及Biofor处理后出水各项指标均达到GB 8978—1996中的一级标准。经 3个月调试后，国家法定环境监测单位对工程出水进行连续监测 12 d，选取第9天各处理单元出水COD、色度、SS、pH数据进行记录。各处理单元进出水水质如表 1所示。

表 1 第9天各处理单元进出水水质

项目	总进水	调节池	UASB 反应器	生物接触氧化池	Biofor滤池
pH	5～7	6～9	6～9	6～9	6～9
COD/(mg·L -1 )	5 000	4 500	675	135	41
COD去除率/%	-	10	85	80	70
BOD 5 /(mg·L -1 )	2000	2000	240	48	5
BOD 5 去除率/%	-	0	88	80	90
SS/(mg·L -1 )	200	200	150	30	10
SS 去除率/%	-	0	25	80	30
色度/倍	200	200	100	40	20
色度去除率/%	-	0	50	50	50

4 运行费用分析

该工艺运行的主要费用包括调节池NaOH费用和曝气生物滤池运行的电费。以NaOH 100 kg/d计算，药剂费合计为200 元/d。用电量为800 kW·h/d，按0.55 元/（kW·h）计，则电费为440 元/d，处理每吨废水消耗的药计费和电费为1.07元。

5 结论

（1）采用UASB—生物接触氧化池—Biofor工艺处理异VC钠食品添加剂生产废水工艺简单，操作方便，一次性投资少，运行费用低。。

（2）UASB反应器对异VC钠食品添加剂生产废水具有稳定、高效的处理效果，启动运行后COD平均去除率高达85%，充分显示了UASB反应器对可生化性较高废水处理的优势。

（3）UASB反应器调试过程中要控制水温为 30 ℃左右，pH为7左右，另外调试过程中可以投加一些硫酸亚铁，促使污泥快速形成颗粒状。

（4）水温对UASB反应器、生物接触氧化池及 Biofor池存在较大影响，工艺废水水温较高时会杀死微生物菌落，水温较低时生物菌落的新陈代谢功能降低。

（5）Biofor反应器对COD的去除率保持在70%以上，适当的反冲洗可以提高Biofor的工作效率。

（6）该研究成果已正式运行于废水处理工程，UASB—生物接触氧化池—Biofor工艺最终使出水水质可完全达到《污水综合排放标准》（GB 8978— 1996）的一级标准。