內(nèi)循環(huán)UASB反應(yīng)器+氧化溝工藝在啤酒廢水處理中的應(yīng)用

1、內(nèi)循環(huán) UASB反應(yīng)器氧化溝工藝在啤酒廢水處理中的應(yīng)用概述啤酒生產(chǎn)中的廢水主要來自糖化、 發(fā)酵、罐裝等車間所排的廢液及設(shè)備、管道洗滌水，地面沖洗水。主要污染物有淀粉、蛋白質(zhì)、酵母菌殘體、酒花殘渣。殘余啤酒、少量酒精及洗滌用堿，屬于中濃度有機廢水 1 。安徽廬江啤酒廠現(xiàn)年生產(chǎn)能力為6104t ，其日排廢水32200m。水質(zhì)指標(biāo)見表1。表 1 水質(zhì)指標(biāo)指標(biāo)CODCr/(mg.L -1 ) BOD5/(mg.L -1 ) SS/(mg.L -1 )pH項目進(jìn)水水質(zhì)10標(biāo)排放標(biāo)準(zhǔn)GB8978-1996一級標(biāo)準(zhǔn)10030706-91 處理工藝的確定針對啤酒廢水可生化性較好的特點

2、（BOD5CODCr-0.6 ），可采用生化法為主的處理工藝。 生化法一般可分為好氧和厭氧。采用單一的好氧工藝，則存在著能耗高、占地面積大、運行費用高等弊端。升流式厭氧污泥床反應(yīng)器（ UASB反應(yīng)器）具有不需氧、能耗低、污泥產(chǎn)量少等特點。本次設(shè)計采用厭氧和好氧相串聯(lián)的方式， 厭氧采用內(nèi)循環(huán) UASB技術(shù)，好氧處理用地有一處狹長形池塘， 為了降低土建費用，因地制宜，采用氧化溝工藝。其工藝流程見圖 1。2 內(nèi)循環(huán) UASB反應(yīng)器的特點本工程的關(guān)鍵設(shè)備是 UASB反應(yīng)器。該反應(yīng)器是利用厭氧微生物降解廢水中的有機物，其主體分為配水系統(tǒng)，反應(yīng)區(qū)，氣、液、固三相分離系統(tǒng)，沼氣收集系統(tǒng)四個部分。 厭氧微生物

3、對水質(zhì)的要求不象好氧微生物那么寬，最佳 pH為 6.5 7.8 ，最佳溫度為 35 402 ，而本工程的啤酒廢水水質(zhì)超出了這個范圍。這就要求廢水進(jìn)入 UASB 反應(yīng)器之前必需進(jìn)行酸度和溫度的調(diào)節(jié)。 這無形中增加了電器。 儀表專業(yè)的設(shè)備投資和設(shè)計難度。內(nèi)循環(huán) UASB技術(shù)是在普通 UASB技術(shù)的基礎(chǔ)上增加一套內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)，它包括回流水池及回流水泵。 UASB反應(yīng)器的出水水質(zhì)一般都比較穩(wěn)定，在回流系統(tǒng)的作用下重新回到配水系統(tǒng)。這樣一來能提高UASB反應(yīng)器對進(jìn)水水溫、 pH值和 COD濃度的適應(yīng)能力，只需在UASB反應(yīng)器進(jìn)水前對其pH和溫度做一粗調(diào)即可。UASB反應(yīng)器采用環(huán)狀穿孔管配水，通過三相分離器

4、出水，并在三相分離器的上方增加側(cè)向流絮凝反應(yīng)沉淀器， 它由玻璃鋼板成 60 安裝而成，能在最大程度上截留三相分離出水中的顆粒污泥。 見圖 2。3 主要技術(shù)指標(biāo)3.1設(shè)計水量3Q=2200m/d3.2 主要工藝設(shè)計參數(shù)見表2表 2 主要設(shè)備工藝參數(shù)集水調(diào)節(jié)二UASB氧化溝池池沉池停留時間 /h1.08.09.012.5V 有效容積91.67 730.0 825.0 1145.03mCOD容積負(fù)荷/2.5（ kg.m-3 .d -1 )面積負(fù)荷 /1.03.2-1（m m- .h)3.3 主要構(gòu)筑物、設(shè)備主要構(gòu)筑物及設(shè)備見表3。表 3主要構(gòu)筑物、設(shè)備序名稱規(guī)格型號數(shù)量號15.0m10.0m1集水池

5、3.2m(H)210.0m18.0m1調(diào)節(jié)池3.4m(H)3UASB14.0m10.0m16.0m(H)4氧化溝38.m11.0m13.4m(H)5二沉池11.0m13.2m(H)6污泥干化 4.0m6.0m1池1.0m7機械格柵HF-50018提升泵100WQ80-9-429固液分離GLG-901機10潛水?dāng)嚢鑁JB7.5/61器11配水泵AS7.4-2CB212三相分離AZD-I8器13回流水泵2(1/2)PW214氣液分離1.0m12.0(H)器15水封器0.52m11.2m(H)16曝氣轉(zhuǎn)刷1.0m4.5m1（H）17刮泥機CG11D118回流污泥2(1/2)PW2泵3.4 主要技術(shù)經(jīng)

6、濟指標(biāo)主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)見表4。表 4 主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)序號項目設(shè)計指標(biāo)13-1)2200水量 / （m.d2工程總投資 / 萬177.87元3運行費用 /0.36元.m-34總裝機容量 /kW68.955常用容量 /kW45.956耗電量 /kWh.m-30.417占地面積 /m317008噸水造價 / 元8094 調(diào)試、運行情況工程施工結(jié)束，設(shè)備單機、聯(lián)動調(diào)試后，調(diào)試入員對 UASB反應(yīng)器和氧化溝進(jìn)行了污泥接種、 馴化。好氧污泥取自合肥市市政污水處理廠，厭氧污泥取自無錫污水處理廠的脫水消化污泥。 該廢水處理工程自 2000 年元月調(diào)試運行以來，氧化溝污泥沉降性能良好，未出現(xiàn)污泥膨脹； UAS

7、B出水穩(wěn)定，并已長出直徑 1mm左右的顆粒污泥。剩余污泥除用泵打到干化池干化外， 還可在污泥泵的出口上接一旁路至調(diào)節(jié)池，由 UASB反應(yīng)器消化降解。調(diào)試所得的數(shù)據(jù)如下：3UASB反應(yīng)器：污泥濃度 30gL；容積負(fù)荷 3.0kgCOD （m.d ）； CODCr 去除率 80。氧化溝：污泥濃度3gL；污泥負(fù)荷 0.21kgCOD 3（kMLSS.d ）；容積負(fù)荷 0.3kgCOD （m6）；CODCcr除率 85。處理出水驗收數(shù)據(jù)為： CODCr67mgL；BOD5 15mgL；SS16mg L，pH7.1。5 結(jié)論工程實踐證明，采用內(nèi)循環(huán) UASB反應(yīng)器氧化溝工藝處理啤酒廢水是可行的，其運行結(jié)

8、果表明 CODCr總?cè)コ矢哌_(dá) 95以上。由于采用的是內(nèi)循環(huán)UASB反應(yīng)器和氧化溝工藝串聯(lián)組合的方式，可根據(jù)啤酒生產(chǎn)的季節(jié)性、水質(zhì)和水量的情況調(diào)整 UASB反應(yīng)器或氧化詢處理運行組合，以便進(jìn)一步降低運行費用。內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器的運行特性內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器 (Internal Circulation,簡稱 IC) 是在 UASB反應(yīng)器基礎(chǔ)上開發(fā)出的第三代超高效厭氧反應(yīng)器，其特征是在反應(yīng)器中裝有兩級三相分離器，反應(yīng)器下半部分可在極高的負(fù)荷條件下運行。整個反應(yīng)器的有機負(fù)荷和水力負(fù)荷也較高，并可實現(xiàn)液體內(nèi)部的無動力循環(huán)，從而克服了UASB反應(yīng)器在較高的上升流速度下顆粒污泥易流失的不足 1 3 。筆者在實驗

9、室對小型 IC 反應(yīng)器 (25 L) 進(jìn)行了系統(tǒng)研究，主要考察了反應(yīng)器在中溫條件下的運行特性及其影響因素，驗證了 IC 反應(yīng)器在 UASB基礎(chǔ)上的結(jié)構(gòu)改進(jìn)對處理效能的促進(jìn)作用。1 試驗裝置和方法1.1試驗裝置IC 反應(yīng)器為有機玻璃制成，有效容積為 25L，反應(yīng)器總高度為1500mm，沿柱高設(shè)置多個取樣孔。將反應(yīng)器安裝在恒溫箱內(nèi)，用WMZK-01溫控儀和熱源構(gòu)成自動溫控系統(tǒng)，將溫度控制在 (35 1) 。工藝流程見圖 1。試驗配水首先進(jìn)入室被降解，產(chǎn)生的沼氣由室的集氣罩收集，大量沼氣攜帶室的泥水混合液沿著提升管上升至反應(yīng)器頂部的氣液分離器，沼氣在此處逸出反應(yīng)器， 而泥水混合液則沿下降管返回到室的

10、底部。 室出水自動進(jìn)入室繼續(xù)處理， 隨后經(jīng)室的三相分離器排出反應(yīng)器外。1.2試驗用水采用人工合成的葡萄糖廢水，并加入適量微量元素( 見表 1) 。1.3接種污泥接種污泥采用無錫獅王太湖水啤酒有限公司 UASB反應(yīng)器中的顆粒污泥，污泥的 TSS為 72.2g/L ， VSS為 56.6g/L 。接種前先將污泥顆粒進(jìn)行篩洗處理，再用 COD為 500mg/L 的人工配水連續(xù) (8 10h)進(jìn)行漂洗和活化。表 1人工合成葡萄糖廢水的組分及含量組分含量組分含量葡萄糖 (mg/L)2000CaCl2(mg/L)4(NH4) 2CO3(mg/L)40MgSO4(mg/L)8KH2PO4(mg/L)40Na

11、HCO3(mg/L)660NHCl(mg/L)40酵母膏 (mg/L)804FeCl34H2O(g/L)80CoCl26H2O(80g/L)MnCl4HO(g/L)20ZnCl( g/L)2222NiCl 6HO(g/L)2CuCl22HO(1.222g/L)EDTA(g/L)40332HBO( g/L)46242(NH) Mo7O4H O(3.636%HCl(g/L)0.04g/L)1.4分析方法COD：重鉻酸鉀法； pH 值：玻璃電極法； SS和 VSS：稱重法。2 結(jié)果與討論2.1運行結(jié)果IC 反應(yīng)器的試驗條件和運行結(jié)果見表2。表 2運行結(jié)果試驗階段第一階段第二階段第三階段時間 (d)1

12、2930596090溫度()35進(jìn)水 pH7.5 8.07.8 8.98.5 8.9進(jìn)水 COD(mg/L)1 865 23 885 48 02358787711092v(m/h)2.653.224.35OLRgCOD/(Ld)15.0 24.927.333.88 36.9637.52SLRgCOD/(gVSS d) 0.73 1.601.472.481.87 2.50COD去除率 (%)83.2 91.883.989.889.3 92 .8出水 COD(mg/L)184.6 447.1 575.0 386.6658.91120.3出水 SS(mg/L)159377342552501780階段

13、描述提高負(fù)荷期提高負(fù)荷期穩(wěn)定運行期注： OLR為反應(yīng)器的 COD容積負(fù)荷； SLR為反應(yīng)器的 COD污泥負(fù)荷； v 為上升流速。室IC 反應(yīng)器室在高負(fù)荷下運行，其COD去除率為 60%70%。反應(yīng)器的初始容積負(fù)荷為331.25kgCOD/(md) ，COD去除率為 62.3%。第 29 天容積負(fù)荷升至 50.8kgCOD/(m3d) ，COD去除率為 59.8%。在第 55 天反應(yīng)器進(jìn)水 COD濃度為 4500mg/L，污泥負(fù)荷為3.99gCOD/(gVSSd) ，COD去除率為 61%。第 89 天容積負(fù)荷和污泥負(fù)3荷分別為 76.83kgCOD/(md) 、3.97gCOD/(gVSSd)

14、 ，COD去除率為64.3%。室與室相比， 室的運行負(fù)荷相對較低， 以室進(jìn)水 COD濃度計算則室的 COD去除率為 60%85%，去除的 COD占反應(yīng)器進(jìn)水 COD的 20%30%。室的初始負(fù)荷為 10.9kgCOD/(m3d) ，COD去除率為61.0%；第 57 天有機負(fù)荷達(dá)到最大 28.8kgCOD/(m3d) ，COD去除率為 73.15%。2.2影響因素分析在控制反應(yīng)器溫度為 (35 1) 、試驗用水為葡萄糖配水的條件下，主要研究了容積負(fù)荷、升流速度、進(jìn)水COD濃度和進(jìn)水 pH值的影響。容積負(fù)荷UASB反應(yīng)器在處理中、高濃度廢水時最大容積負(fù)荷只能達(dá)到1020 kgCOD/(m3d)

15、，因容積負(fù)荷過高會導(dǎo)致顆粒污泥流失2 ，而IC 反應(yīng)器的最大容積負(fù)荷可達(dá)3d)(見表 2)，36.96 37.52kgCOD/(m這是因為 60%70%的有機物在室得到降解，產(chǎn)生的大量沼氣被一級三相分離器收集后排出反應(yīng)器， 因此不會在室中產(chǎn)生很高的氣體IC 反應(yīng)器在高負(fù)荷下運行仍能達(dá)到很高的COD去除率 ( 見表 2) ，這與反應(yīng)器具有液體內(nèi)循環(huán)密切相關(guān)。經(jīng)分析可知，當(dāng)容積負(fù)荷升高時產(chǎn)生的沼氣量增加， 推動液體形成的內(nèi)循環(huán)流量增大，進(jìn)水得到了更大程度的稀釋和調(diào)節(jié)，室內(nèi)液固充分接觸，傳質(zhì)速率增加，使有機物易于得到降解。混合液的上升流速一般認(rèn)為，以顆粒污泥為主體的UASB的混合液上升流速宜控制在

16、0.5 1.5m/h ，而 IC 反應(yīng)器的混合液上升流速為 2.5 10m/h3 ( 在一定程度上改善了基質(zhì)與微生物間的傳質(zhì)過程 ) 。試驗發(fā)現(xiàn)，在 2.65 4.35m/h 的上升流速下室的沼氣產(chǎn)量明顯增加，造成氣提管中的液體通量明顯增大和中間回流管的流量加快，這說明通過增加進(jìn)水量的方式可明顯提高反應(yīng)器中的循環(huán)比例( 一方面可改善反應(yīng)器底部對進(jìn)水 COD負(fù)荷的承受能力， 提高反應(yīng)器的抗沖擊負(fù)荷能力； 另一方面可提高流速而強化傳質(zhì)過程， 避免了反應(yīng)中可能出現(xiàn)的局部基質(zhì)濃度過高現(xiàn)象，確保了反應(yīng)器能正常穩(wěn)定地運行 ) 。進(jìn)水 COD濃度在進(jìn)水 COD濃度分別為 1300mg/L(A)、2000mg

17、/L(B) 、4500mg/L(C)、9897mg/L(D) 的條件下，控制反應(yīng)器的上升流速為4.0m/h，沿反應(yīng)器高度取樣并測定COD濃度，結(jié)果見圖2。從圖 2 可以看出，在不同的進(jìn)水濃度條件下反應(yīng)器中的COD濃度在高度上呈梯度分布， 室中 COD濃度下降較快， 而室中 COD濃度變化相對緩慢。因此，在設(shè)計IC 反應(yīng)器時要充分考慮進(jìn)水濃度、上升流速和反應(yīng)器高度間的關(guān)系。進(jìn)水 pH值研究了反應(yīng)器在較高容積負(fù)荷35.0kgCOD/(m3d) 、不同進(jìn)水pH值條件下的 COD去除率。當(dāng)進(jìn)水 pH8.0 時 COD去除率為 65%75%，在 pH=8.5 時 COD去除率達(dá)到最大值 (89%)，隨著

18、 pH值的進(jìn)一步升高則 COD去除率逐步下降，但至 pH=8.9 時下降幅度趨緩。筆者得到的進(jìn)水最佳 pH值(8.5) 顯然高于普通厭氧反應(yīng)器中的最佳 pH值(7.5 7.8) ，這是由于當(dāng) IC 反應(yīng)器的容積負(fù)荷 ( 以總體積計算 ) 為 353kgCOD/(md) 時室的容積負(fù)荷 ( 以室的體積計算 ) 高達(dá)72.0kgCOD/(m3d) ，雖然進(jìn)水在布水系統(tǒng)處得到稀釋和緩沖，但仍會使產(chǎn)酸菌產(chǎn)生過多的有機酸， 在此區(qū)域內(nèi)對產(chǎn)甲烷菌的活性會產(chǎn)生一定程度的抑制作用，導(dǎo)致反應(yīng)器底部 pH值明顯下降 ( 見圖 3) 。與進(jìn)水 pH=7.5 時相比， pH=8.5 的進(jìn)水之 pH值下降速度慢，最低下降到 7.1 ，隨后趨于穩(wěn)定，因此 IC 反應(yīng)器的處理效果明顯優(yōu)于普通厭氧反應(yīng)器。3 結(jié)論在進(jìn)水容積負(fù)荷為 24.9 37.52 kgCOD/(m3d) 時， IC 反應(yīng)器室對進(jìn)水 COD的去除