常温UASB反应器在淀粉废水处理中的应用

胡威夷
中国纺织工业设计院，北京　100037

　　摘　要：淀粉生产废水是高浓度有机废水，采用以常温UASB反应器为主要处理单元的生化处理工艺处理、运行。结果表明：该工艺不仅投资省、运行费用低，操作简便，而且产生可供利用的沼气，处理后的废水达标排放，获得较好的经济效益和环境效益。
　　关键词：废水处理；淀粉；厌氧；好氧
　　中图分类号： X798
　　文献标识码：B
　　文章编号：1009-2455(2000)02-0031-03

Application of UASB Reactor under Ambient Temperature in the Treatment of the Waste Water from Starch Production
HU Wei-yi

　　Abstract：The waste water from starch production is a highly-concentrated organic waste water.The result of the application of a biochemical treatment technology using UASB reactor under ambient temperature as the main treatment unit shows that the use of the said technology not only saves investment lowers operational cost and simplifies operration but also produces usable methane ｗhile the waste water after treated can meet the standard before discharged so that good economic and environmental results can be obtained.
　　Key words： waste water treatment； starch； anaerobic?aerobic

　　北京红星淀粉厂是一家以玉米为原料生产淀粉的中型企业，年产淀粉为6000～7000t，满足着北京市近70％的淀粉需求。该厂采用亚硫酸法生产玉米淀粉，生产流程主要为：在亚硫酸溶液中浸渍泡玉米籽粒，然后将其破碎，从中分离胚芽，剩余物细磨碎成玉米糊，而后筛分，使粉渣与淀粉、蛋白浆分开，将淀粉、蛋白浆悬浮物分离成淀粉和麸质，最后洗涤淀粉。经过上述各道工序，从玉米籽粒中得到的玉米湿淀粉用作生产干淀粉，胚芽用作生产玉米油，渣用于生产干玉米饲料或用作牲畜的饲料，麸质即可用作饲料，又有用作配制蛋白膏（粉）和谷氨酸的原料。
　　生产过程中废水主要产生于气浮槽排水，淀粉洗涤水和玉米浸泡水，除此之外，还有少量地面冲洗水。

1　水量与水质

　　设计水量为500m³/d。原水水质为：COD_Cr：7000mg／L；BOD₅：4000mg/L；SS：500～1000mg/L；总氮：30～120mg/L；pH：4～5；温度：20～25℃。
　　处理要求：采用北京市颁布的污水综合排放二级标准，其主要排放指标如下：COD_Cr：≤80mg/L；BOD₅：≤40mg/L；SS：≤ 70mg/L；氨氮：≤25mg/L；pH：6.5～8.5。

2　废水处理工艺

　　根据同行业废水治理现状、技术水平，我们推荐该厂废水采用厌氧—好氧相结合的处理工艺，厌氧是该工艺的主体，选择何种厌氧工艺又是关系到治理效果好坏的关键。在众多的厌氧处理工艺中上流式厌氧污泥床（UASB）具有投资较低，容积负荷高，处理效率高的特点。因此我们选用上流式厌氧反应器作为工艺主体构筑物。
　　处理工艺流程为：

3　UASB反应器

3.1　UASB反应器的主要工艺参数为：
　　停留时间：20h
　　容积负荷：8.4kgCOD／(m³·d)?
　　有效容积：420m³(14000×6000×5500)
　　产沼气量：700m³/d(沼气纯度：50％～60％CＨ4)?
　　COD去除率＞75％
3.2　UASB反应器的主要尺寸如图1所示。

3.3　UASB的生产性调试
3.3.1　接种污泥
　　UASB反应器的接种污泥取自北京高碑店污水处理厂脱水后的好氧活性污泥，污泥接种量6.0～8.0kgVSS/m³，体积20m³。污泥用水化开并经筛网过滤后，泵入UASB反应器。
3.3.2　UASB反应器的调试
　　① 污泥驯化期：投泥完毕后立即投配淀粉废水进行浸泡。污泥驯化期内采用间歇进水。待出水COD值降至进水COD值的75％时，再增加进水时间和频率，并逐步缩短进料的间隔时间，直至连续运行。
　　② 逐步提高负荷：逐步提高进水量，进水量分别为总水量的20％、30％、40％、……90％、100％九个阶段进行，以出水COD为主要监控指标，当出水COD在1000mg/L以下并能稳定运行10d后，方可进入下一阶段提高水量。
　　连续运行一段时间后，从反应器底部取泥样观察，发现了紧密球状颗料污泥。主要由甲烷八叠球菌组成。粒径为0.1～0.5 mm，颜色墨黑，边缘光滑，在清水中有较好的沉降性能。此时有机物容积负荷3.0kgCOD/(m³·d)左右。
　　③ 满负荷运行期(1996年3月16日～4月30日)：在这个阶段，越来越大的水力负荷把大量的沉降性能差的絮状污泥冲出反应器，形成一层颗粒污泥层。虽然颗粒污泥层厚度开始较小，但颗粒污泥却因最先得到充足的营养，而能够迅速地生长，致使厚度不断增加，最终反应器有机负荷稳定在8.0kgCOD/(m3.d)以上，COD去除率达到84.3%～91.5%。颗粒污泥多为黑色，部分为灰色，颗粒较为均匀，属丝菌颗粒，大部分直径为1.0-5.0mm。由此可见，培养和保持高浓度、高活性的足够数量的颗粒污泥是UASB反应器发挥作用的关键所在。

表1 UASB反应器运行数据 实际进水量/（m³.h^-1) 水温/℃ pH值 进水COD/（mg.L^-1) 出水COD/（mg.L^-1) 去除率/% 30 28 6.5 500 450 91 30 28 6.7 5500 250 90.5 30 　27 6.8 5000 500 90 28 　30 6.5 5000 600 88 30 　29 6.2 5500 650 88.2 30 　28 6.8 3500 550 84.3 30 　31 6.5 4500 450 90 30 　27 6.8 4000 500 87.5 30 　28 6.8 6000 510 91.5 30 　28 7.0 5000 490 90.2

3.3.3　调试期间的监测和控制
　　① pH值：pＨ值显示了有机酸浓度，碱度和CO₂的综合效果，是一个重要的、不太敏感的指标。在启动过程中，反应器内pH值控制在6.8～7.2之间，偶尔pＨ值达到6.6，对处理效果没有明显地影响。进水pＨ值在6.0～10.0的范围内都可以接受的，因为反应器内具有较大的缓冲能力，只要酸性和碱性水不是大量、连续地进入反应器，就不会影响厌氧消化过程。生产过程中，事故排放时酸性增强，此时应加CaCO₃调节。
　　② 碱度：UＡＳB反应器之所以能使pＨ值维持在一个近似中性的条件下，应归结于碱度的缓冲作用，由于在调试过程中，UASB反应器缓冲能力小，所以加Na₂CO₃或CaCO₃进行调节?考虑到价格问题，采用CaCO₃，进水碱度维持在750mg CaCO₃／L以上，反应器便可有足够的缓冲能力。
　　③出水COD和COD去除率：调试初期用溶解性COD作为监控指标，以避免污泥流失时对去除效果的干扰，而在满负荷运行期转而用混合W控制出水水质。COD去除率是作为提高负荷的依据，只有去除率达到80％以上，并能稳定在这个水平时，提高负荷才是安全的。
　　④运行后：因水力冲刷和沼气搅拌，使污泥床很快膨胀而造成污泥流失，这种流失形式称为“膨胀流失”。因接种污泥中那些沉降性能不良的污泥被冲出反应器，而此时污泥床仍存留在反应器内．这种流失形式被称为“冲刷流失”。
　　膨胀流失对污泥的沉降性能并没有选择性，流失持续时间短，往往是高浓度，大流量地流失。流失的污泥和在反应器内的污泥在理化性能、微生物组成方面没有明显的差异。冲刷流失的污泥结构松散，有机成分高、产甲烷活性差，和反应器内的污泥有显著区别，没有必要回流到反应器。冲刷流失是一种有选择性的污泥流失，能够保留住沉降性能好的污泥，以承受高负荷的冲击，这实际上是一个选优汰劣的主动过程。
　　膨胀流失和冲刷流失在提高有机负荷时表现尤为突出，所以在调试初期提高有机负荷应该慎重，以免造成过多的厌氧菌流失。在调试后期，则有意采取高的水力负荷和产气负荷运转，以期去除絮状污泥，为颗粒污泥争夺营养提供条件，从而更有利于颗粒污泥的生长。
3．4 影响UASB处理效果的因素
　　①悬浮固体物：淀粉废水中有时含有大量的玉米粒等固体悬浮物，一些不能生物降解的SS进入UASB反应器会形成浮渣或占据一部分有效容积，并会导致颗粒污泥的解体，使悬浮物质与厌氧微生物混合，将厌氧微生物挤出厌氧反应器，从而降低了厌氧污泥的活性与反应器中的活性厌氧污泥含量。严重时浮渣还会结成硬壳，在三相分离器内阻碍沼气的释放和收集，甚至会阻塞沼气管路。由此可见，废水中悬浮固体物的含量对整个厌氧过程会有很大影响。所以废水中的SS应先经预沉池去除。
　　②营养：良好的营养条件是产甲烷菌和有关菌群代谢、生长的前提，淀粉废水中含有丰富的营养物质，在整个调试和正常运行的一年多来，基本上不需加营养物质。
　　③温度：该工程在调试期间正值冬天，UASB反应器的抗缓冲能力比较弱，废水在调节池中加热至30℃左右，再进人UASB反应器，确保反应器的温度维持在20－25℃；在正常运行时，温度的变化对UASB的运行影响不大，产气量的变化也比较小。

4 结论与建议

　　该工程成功地运川常温UASB生产工艺处理淀粉废水，并在常温条件下实现了UASB反应器接种活性污泥的颗粒化，在国内淀粉行业尚属首次。厌氧处理提供的沼气使整个污水处理厂能做到能量自给有余。
　　①调试完成之后的满负荷运行，UASB单池反应器的有机物容积负荷满足甚至超过设计负荷，COD的去除率大于75％，加上后续工艺的处理，可满足废水排放标准。
　　②采用好氧活性污泥接种在UASB反应器内培养出厌氧颗粒污泥。
　　③当UASB反应器缓冲能力比较弱时，污泥流失比较严重，这对UASB反应器和后续的好氧处理工艺都会带来不良的影响，建议在UASB反应器后加一沉淀池，以防反应器污泥的过分流失和加重后续工艺的负担，并去除出水悬浮物，提高出水水质。
　　另外，污泥返回反应器作进一步分解后，还可减少污泥排放量，加速反应器的污泥积累。特别是在反应器启动初期，能进行污泥回流，缩短启动时间。
　　④从沉淀池排出、部分回流至调节罐的污泥，随废水再进人UASB反应器时，容易造成UASB反应器进水管的堵塞，建议污泥回流直接至UASB反应器，这样既可减少进水管的堵塞，又可减少为解决堵塞从进水管放泥的做法，保持污泥床的稳定。

作者简介：
　　胡威夷(1971－)?男，工程师，学士。