劉 瓊 田文杰

乳酸是一種重要的工業(yè)原料,廣泛地用于化工、醫(yī)藥、食品、印染、紡織、皮革等多種行業(yè)。該種廢水特點是有機物含量較高、易腐敗,并呈酸性,含鹽量高,因此排入江河或地下水系都將嚴重破壞生態(tài)平衡,使得水體富營養(yǎng)化,造成水體缺氧,惡化水質(zhì),污染環(huán)境。在本工程應用中,采用新型高效內(nèi)循環(huán)厭氧生物反應器[1](IC反應器)處理乳酸工業(yè)廢水,運行實踐表明,IC反應器啟動速度較快,運行穩(wěn)定,IC反應器出水再經(jīng)過循環(huán)式活性污泥系統(tǒng)(CASS)處理,水質(zhì)達到污水綜合排放標準(GB 8978-1996)二級標準。

1 廢水來源與水質(zhì)

某乳酸廠以玉米、大米為原料,采用發(fā)酵法生產(chǎn)DL-乳酸,生產(chǎn)能力約4萬t/年。廢水主要來源于糖化發(fā)酵,板框壓濾及離子交換3個工段。其中離子交換廢水有機物含量低,經(jīng)現(xiàn)場測試確定,經(jīng)過簡單的pH調(diào)節(jié)即可排放。污染嚴重的廢水只有糖化發(fā)酵和板框壓濾兩道工序。廢水水質(zhì)見表1。

表1 設計進、出水水質(zhì)

2 工藝技術

2.1 工藝流程

廢水處理工藝流程見圖1。該工藝的特點:1)厭氧工藝。IC反應器特有的上下兩個厭氧反應室相疊加的結構,既強化了處理效果,又能有效地防止污泥流失。反應器中形成的大流量的內(nèi)循環(huán)可以對pH值有較好的緩沖作用[3]。2)CASS是序批式活性污泥(SBR)工藝及間歇式循環(huán)延時曝氣活性污泥工藝(ICEAS)的一種變形[4]。CASS工藝將生物反應和沉淀結為一體,結構簡單,投資少,運行管理也比較簡單易行。CASS工藝具有不易產(chǎn)生污泥膨脹、水分離效果好、耐沖擊、處理效率高、出水水質(zhì)好等優(yōu)點。

2.2 主要處理構筑物及設計參數(shù)

整個工程包括厭氧部分、好氧部分、污泥處理系統(tǒng)和沼氣利用系統(tǒng)。主要處理構筑物及設計參數(shù)見表2。

表2 主要構筑物及設計參數(shù)

3 工程運行

3.1 啟動過程

IC反應器的接種污泥來自某城市污水處理廠的厭氧脫水污泥,含水率約為 80%。3個罐共接種污泥510 m3,濃度約為20 kg VSS/m3。污泥投加完畢后,加入乳酸厭氧出水浸泡,一周后測得3個罐污泥濃度分別為13.4 g/L,10.85 g/L,12.85 g/L。由于乳酸廢水的酸度較大,有機物含量較高,如果在IC反應器啟動初期有機負荷過高,將對產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)生抑制,不利于反應器的快速啟動,因此在IC反應器內(nèi)循環(huán)形成之前應采用較低的污泥負荷率[2],本工程選用0.15 kg COD/(kg VSS·d)。為提高反應器內(nèi)的pH值,加快啟動的進程,可在進水中加入NH4HCO3將pH值調(diào)至5.0～6.0。反應器初始進水有機負荷COD為500 kg/d,出水COD的質(zhì)量濃度約為500 mg/L,20 d后降低到300 mg/L左右,去除率高達90%。穩(wěn)定運行一段時間后可逐步增加進水負荷直至設計有機負荷。啟動一段時間,當反應器內(nèi)循環(huán)形成后,由于內(nèi)循環(huán)對pH的緩沖作用,將不需再在進水加入NH4HCO3調(diào)節(jié)pH值。

CASS工藝的啟動過程為:首先加入?yún)捬醭鏊?再加入部分清水將水位調(diào)至最大,開始進行曝氣。曝氣和沉淀交替進行,即曝氣2 h后沉淀2 h,然后再曝氣2 h后沉淀2 h。定期取樣測定COD,當COD去除率達到80%以上時即可排水,2 d為一個周期,培養(yǎng)約3周后,改為1 d一個周期。如此培養(yǎng)20 d后,污泥呈現(xiàn)土黃色,沉淀后上清液為黃綠色,表明活性污泥培養(yǎng)成功。

3.2 運行效果

系統(tǒng)處理效果見表3。

表3 乳酸廢水處理效果

3.3 問題及討論

1)IC反應器設計進水水溫為35℃左右,由于乳酸廢水水質(zhì)波動較大,因此當水溫低于設計水溫時應進行加熱使其達到設計水溫方可進水,并在運行過程中將水溫逐步增高到43℃～45℃,即在傳統(tǒng)認為的高溫厭氧區(qū)與中溫厭氧區(qū)之間。運行實踐表明,IC反應器的處理效率與沼氣產(chǎn)率都比中溫時高。分析認為在厭氧微生物中存在一個從中溫到高溫的連續(xù)菌種鏈,在長期的運行過程中,適應45℃的厭氧菌群成了優(yōu)勢菌。2)在IC反應啟動過程中采用間歇脈沖進水方式。一方面這種進水方式增加了反應區(qū)的升流速度,改善了傳質(zhì)效率,另一方面均勻的分布有機負荷,增強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4 工程效益

1)環(huán)境效益。經(jīng)過處理后,每年少向環(huán)境排放COD為6 983 t,SS為427.5 t。大大減輕了水體污染,對促進區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境改善都將產(chǎn)生積極的作用。

2)經(jīng)濟效益。工程總投資497.1萬元。工程建成后沼氣利用獲得的經(jīng)濟效益為122.7萬元,運行費主要包括人工費、電費、藥劑費、折舊費、維修費等,合計每年89.98萬元,每年可獲得的經(jīng)濟效益為32.72萬元,具有較高的推廣價值。

[1] R.E.Speece.工業(yè)廢水的厭氧生物技術[M].李亞新,譯.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2001:1-2.

[2] J H F.Pereboom Size distribution model for methanogenic granules from fullscale UASB and IC reactors[J].Water SciTech,1994,30(12):211-221.

[3] 胡紀萃.試論內(nèi)循環(huán)厭氧反應器[J].中國沼氣,1999,17(2):3-6.

[4] 沈耀良,王寶貞.廢水生物處理新技術[M].北京:中國環(huán)境科學出版社,1999.

[5] 曹國憑,楊 勇.污水生化處理節(jié)能曝氣研究[J].山西建筑,2008,34(5):213-214.