高浓度变性淀粉生产废水厌氧生物处理
摘要: 利用膨胀颗粒污泥床(EGSB) 反应器厌氧生物处理高浓度变性淀粉生产废水,通过逐步提高厌氧反应器的有机负荷在65 天内完成厌氧反应器的启动,主要标志为颗粒化污泥的出现以及稳定的有机物(以COD 表示) 去除效果(达到74 %) ,有机负荷达到6kg/ m3 . d。通过工程实践表明EGSB 厌氧反应器可以有效地降解高浓度变性淀粉生产废水中的有机物。
关键词: 变性淀粉生产废水,工程启动, EGSB 生物反应器
1 前言
天津顶峰淀粉厂主要以木薯和马铃薯淀粉为原料生产变性淀粉,年生产变性淀粉3 万吨,是国内仅有的几家大型变性淀粉生产厂之一,日排放高浓度有机废水约600 m3 。2001 年利用膨胀式颗粒污泥床 (EGSB) 厌氧反应器技术和活性污泥法处理该厂废水, 由于传统的厌氧反应器存在启动时间长、启动过程复杂等问题,给厌氧反应器的应用带来一定问题。本文结合工程实际对厌氧反应器EGSB 启动进行了讨论总结。经工程实践表明,利用EGSB 处理高浓度变性淀粉生产废水,可在65 d 内实现污泥颗粒化,COD 的去除率达到74 %左右,为后续处理奠定了良好的基础。
2 废水水质及水量
该厂所排放的污水有三个主要来源,一是水洗工艺中排放出来的污水。此污水pH 值在6. 5～7. 0 , COD 在6500～7300 mg·L - 1左右;二是在淀粉脱水时产生的工艺水,其有机物浓度较低,COD 大约在2000 mg·L - 1 ,呈弱酸性;三是在转换生产产品时,对生产设备的清洗水,其有机物浓度也较低,COD 为1000～ 1600 mg·L - 1 ,呈中性。此外,还有车间地面冲洗水, 生活污水等。在正常生产的情况下,该厂污水的日排放量为600～630 m3·d - 1 ,主要水质指标:COD 为 6000～7000 mg·L - 1 ,pH 值6～6. 5 ,SS 为1500～2000 mg·L - 1 ,温度33 ℃左右。
3 工艺的选择
由于原水浓度比较高,采用好氧生物处理难以奏效,故工艺中首先采用厌氧生物处理。厌氧反应基本原理是厌氧菌在无氧的状况下将有机物分解成 CH4 ,CO2 等物质,从而降低水中的有机物浓度。从发明厌氧反应器至今,厌氧技术先后经历了厌氧接触滤池、UASB、EGSB 三次革新。本工程所采用的厌氧反应器为EGSB 反应器,获得国家专利[1 ]并已在多个工程中得到实际的应用[2 - 4 ] ,与其他EGSB 相比, 本装置在处理高浓度有机废水时,处理出水不循环, 可进一步节省能耗。大多数情况下厌氧废水处理系统能够做到净产能,为厂方节电,创造良好的经济效益。本研究EGSB 有效容积为500 m3 (DN7 ×15 m) , 日处理废水量为600～630 m3·d - 1 。
4 工程的启动调试
4. 1 接种
厌氧反应器主要是靠厌氧微生物来降解污水中的有机污染物,要在有效容积500 m3 (DN7 ×15 m) 的厌氧反应器中培养出足够数量的活性污泥,必须接种一定数量种泥。本次启动取某城市污水处理厂20 m3 的消化污泥作接种物,消化污泥含水率约70 %左右,利用投配池的水泵打入EGSB 反应器。然后注入清水充满EGSB 反应器,启动时EGSB 反应器内SS 约为10 g·L - 1。
4. 2 启动
在完全泵入污泥后,以5 m3·h - 1的流量向反应器内泵入原污水,开始运行,并利用蒸汽加热进水到 40 ℃左右,提高罐体内水温到35 ℃左右。经过三天的运行,罐体内温度已经达到该温度,并且三相分离器的出水堰已经有水流出,但还未看到有气泡产生, 说明产甲烷菌的活性还没有恢复,此时厌氧反应器的出水COD 在3000 mg·L - 1左右,这是由于罐体内大量清水的稀释作用引起有机物含量降低导致的COD 降低;出水颜色发黑,这是由于接种污泥中的细小细胞被洗出所致。直到第七天,就可以看到三相分离器的出水口有明显的气泡产生,表明产甲烷菌的活性已恢复。
4. 3 提高负荷阶段
产甲烷菌活性恢复以后,出水的有机物浓度开始由于消化作用而逐渐降低。在出水COD 去除率达到80 %后,就可以逐步提高负荷。每次负荷提高量为0. 5 倍左右,负荷的提升不宜过快。负荷的提高以及有机物的去除情况见图1。
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从图1 可以看出,经过65 天的运行,厌氧反应器的负荷达到6 kg·m- 3 d - 1左右,COD 的去除率达到 74 %左右,出水COD 为1000 mg·L - 1 ,且去除率稳定。从反应器中取出的污泥明显呈颗粒化状态,表明厌氧反应器已经成功的启动,这为后续处理奠定了良好的基础。
从反应器底部取样来看,反应器底部1 m～2 m沉积了大量的污泥层,在取样口取样观察时,放出的都是颗粒状的污泥,而上面的污泥浓度锐减,到三相分离器底部时,污泥浓度反而增加,这是由于从三相分离器中分离和积下来的污泥所导致的。从整体状况来看,污泥膨胀率较低,这是由于进水量较少,整个反应器的有机负荷也比较低,导致污泥膨胀程度低。这从侧面说明,该装置还有很大的潜力,这主要也是考虑为今后公司的发展规模扩大预留处理能力。
5 启动期间的重要监测项目
在启动期间,主要监测了以下几个因素: (1) 罐体温度。由于厌氧反应对温度的反应十分敏感,在启动期间虽然外面温度也比较高(30 ℃左右) ,但为了保证反应器内稳定,一直通过水蒸气加热,使罐体内温度保持在35 ℃±2 ℃。
(2) 出水挥发酸(VFA) 及pH 值。出水挥发酸的浓度反映了产甲烷菌活性状况,如果挥发酸过分积累,将会导致厌氧反应器内pH 值下降,如果低于6. 5 ,就会破坏产甲烷菌的生存环境,而对酸化菌没有影响,最终会导致罐体内pH 低于6 ,产甲烷菌完全丧失活性,形成酸化现象,使整个反应崩溃。正常的厌氧反应一般维持在6. 8～7. 8 之间。通过测pH 的变化可以直接了解反应器的运行状况。但由于pH 值的变化常常落后于产甲烷菌的活性变化,所以应从 VFA 及pH 值两者的情况综合考虑。
(3) 进、出水碱度。通过检查出水的碱度,看是否能够中和出水中的挥发酸。如果能够中和挥发酸,可保证反应器稳定运行;否则,就有酸化的趋势。通过监测出水的碱度,来调节反应器内的环境。
(4) 进出水COD 浓度。通过进出水COD 的变化了解有机物的去除情况,直接反映厌氧菌的活性。在污水有机物的去除率达到80 %并稳定一段时间后就可以提升负荷。
(5) 流量。通过流量的监测,确定反应器的有机负荷以及水力负荷, 每次进料负荷提高量应小于 50 %。经过上述的调试运行,在第65 天时发现罐体底部出现大量直径约1 mm 的颗粒污泥,并且出水清澈,悬浮物含量很少,出水COD 在1000 mg·L - 1以下, VFA 大约为500 mg·L - 1 ,恶臭(以丙酸、丁酸为代表的脂肪酸的臭味) 味道消失。通过上述现象和数据表明,厌氧反应器已经完成启动,其重要标志是污泥的颗粒化以及COD 的去除率在80 %左右。
经过近三年的运行实践表明,该厌氧反应器运行稳定,对外界的各种变化具有足够的抗冲击性(曾发生含大量次氯酸钠的污水意外进入反应器,导致好氧反应器内的活性污泥全部死亡,不得不重新接种,而厌氧反应器基本上没有表现出明显的受损) 。目前厌氧反应器的出水COD 稳定在500 mg·L - 1左右,总挥发酸维持在200 mg·L - 1左右,运转状况非常良好。
6 小结
(1) 厌氧接种污泥最好选用处理同类废水的厌氧颗粒污泥作种泥,这样启动快。在没有相同或相类似污水污泥的情况下,可以选用城市污水处理厂的脱水消化污泥。这种污泥细菌种类丰富,很容易得到所需类型的细菌。另外,脱水消化污泥含水率低,可达70 % 左右,可以降低污泥的运输费用以及降低劳动强度。
(2) 厌氧微生物尤其产甲烷菌对环境要求相当苛刻,对温度的控制成为厌氧反应器能否稳定运行的关键所在。一般中温控制在35 ℃±2 ℃。对于中温厌氧反应器一天之内的温度变化不应超过5 ℃,否则会导致反应器运行稳定性降低,表现为COD 的去除率下降。
(3) 厌氧反应器的启动,应该采取逐步提高负荷的方法,每次提高负荷幅度控在50 %左右。
(4) 在启动的过程中应监测反应器料液COD 的去除率、出水pH 值和挥发酸含量、进出水碱度以及流量,确保反应器的稳定运行。
(5) 及时观察反应器内污泥的颗粒化情况,一旦形成颗粒污泥,说明反应器成功启动。利用本方法可在60 d 内完成厌氧反应器的启动。
参考文献:
[1 ] 张振家. 废水高效厌氧处理装置及方法[ P] . 中国专利: ZL97103569. 5 ,1998 - 03 - 04.
[2 ] 李克勋,近藤和史张振家,高浓度褐藻酸钠生产废水处理工程设计[J ] . 城市环境与城市生态2003 (02) :65～66.
[3 ] 张振家,周长波,张守国,张扬. 啤酒废水处理工程设计 [J ] . 城市环境与城市生态2003 (02) ,15～17.
[4 ] 张振家,周伟丽,林荣忱. 膨胀颗粒污泥床处理玉米酒精糟液的生产性试验[J ] . 环境科学,2001(4) ,114～116.
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