（环境工程专业论文）高浓度果汁废水处理工艺优化研究.pdf

解性，因此水解酸化池在本工艺流程中至关重要。 一段接触氧化池和水解酸化池在工艺流程中c o d 去除率起主要作用，这两个 池子对c o d 的去除占c o d 总去除率的6 3 3 。二：段接触氧化池的去除率相对较 小，仪占总去除率的1 0 5 。 工程实践表明，果汁废水营养成分单一且p h 低，采用生化法处理，必须对废 水投加营养元素氨，调节p h 。 采用接触氧化法处理高浓度果汁废水。设计使用二沉池，对于保证调试初期 减少投加菌种的流失是起关键作用的。在正常运行时，对于增加接触氧化池的的 微生物含量也起一定作用，这使得接触氧化池出水的稳定性增加，出水处理效果 有所提高。 根据实际工程运行观测的结果，采用水解酸化+ 接触氧化处理果汁废水，水解 酸化池的最佳容积负荷为8 2 7 3 k g c o d m 3 d ，接触氧化池的最佳容积负荷为 3 4 7 3 k g c o d m 3 - d 。 对于果汁废水处理，格栅的预处理作用是很重要的，建议最后一道细格栅设 计为性能优越的机械格栅。对于部分高浓度的果汁废水( c o d 1 0 0 0 0 m g l ) ， 例如冲罐水，建议单独设计混凝反应池进行预处理。 关键词：高浓度果汁废水，水解酸化，接触氧化，工艺优化，容积负荷 i v o p t imiz a tio no ft r e a t m e n tp r o c e s sf o rh ig h - s t r e n g t h s y r u p w a s t e w a t e r a b s t r a c t t h i sr e s e a r c h w h i c hh a st a k e nf r o mar e a le n g i n e e r i n gp r o j e c t , i sf o c u s e do l it h e t r e a t m e n t o f s y r u p w a s t e w a t e r 、 i i t l l h i 曲c o d ，h i g h s s a n d l o w p h 。 w i t ha c t u a le n g i n e e r i n gf a c i l i t i e s ，p e r f o r m a n c e so f t h r e ek i n d so f p r o c e s s ，s u c h a s u a s b ，c o a g u l a t i o n , h y d r o l y t i ca c i d i f i c a t i o n - b i o l o g i c a lc o n t a c t o x i d a t i o n p r o c e s s ， a 聆c o m p a r e d a n do p e n l t i o l li m g o l e m sa 撑d i s c u s s e d t h eo b j e c t i v e so f t h i sr e s e a r c h a r ct oc h o o s et h em o s te f f e c t i v ew a s t e w a t e rt r e a t m e n t p r n e e s sa m t o o p t i m i z e t h e d e s i g nc o n t r o lp a r a m e t e r s 。 t h er e s t g t ss h o wt h a tt h eh y d r o l y t i ca c i d i f i c a t i o n - b i o l o g i c a lc o n t a c to x i d a t i o n p r o c e s si sf e a s i b l e t ot r e a th i g l l s t r e n g t hs y r u pw a s t e w a t e r ；e v e ni f t h ew a s t e w a t e r q u a l i t ya n dq u a n t i t yc h a n g eg r e a t l y t h es y s t e m ，s h o w e dv e r yg o o ds t a b i l i t y t h e h y d r o l y t i ca c i d i f i c a t i o np l a y s 髓i m p o r t a n t r o l et ol e l n o v es sa n dr 。d n e e s e n e r g yc o n s u m p t i o n t h e r e m o v a lr a t eo fs si nt h eh y d r o l y t i ca c i d i f i c a t i o nr e a c t o ri s 4 4 8 w h i c hi st h eh i g h e s tr a t eo f t h er e m o v a li nt h e 枷p r o c e s su n i t st h r o u g ht h e h y d r o l y t i ca c i d i f i c a t i o n ，t h eb i o d e g r a d a b i l i t yo f w a s t e w a t e ri se n h a n c e d t h ef i r s tb i o l o g i c a lc o n t a c to x i d a t i o nr e a c t o ra n dt h e h y d r o l y t i ca c i d i f i c a t i o n r e a c t o r p l a y a n i m p o r t a n t r o | e i n t h e r e m o v a l o f c o d ，w h e r e t h e t o t a l r e m o v a l r a t eo f c o di s6 3 3 b u tt h er e m o v a lr a t eo f c o di nt h e s e c o n d a r yb i o l o g i c a lc o n t a c l o x i d a t i o nr e a c t o ri so n l y1 0 5 t h e e n g i n e e r i n gp r a c t i c e ss h o w s t h a t i ti si m p o r t a n tt oh a v ear e a s o n a b l ew a t e r d i s t r i b u t o rf o ru a s b s y s t e ma n d n o tf e a s i b l et ou s eab o r e p i p e a saw a s t e w a t e r d i s t n b u t o r t h er e s u l t sg e tf r o m c o a g u l a t i o ne x p e r i m e n ts h o w s t h a tf e s 0 4a n dl i m em i 像a r e a b l et oi n c r e a s et h er e m o v a lr a t eo f c o d ，b mc a u s e sl o t so f s l u d g e t h er e m o v a lr a t e o f c o dr e , a g h e 墨3 5 a n t i s sr e a c h e s 8 5 0 , , w h f m a d d i n 9 2 5 0 m g l r e a g e n t t o t h e v _ r e a c t o r t h er e s e ta l s os h o w s t h a tt h el a r g e r p a r to f c o d i nt h es y r u pw a s t e w a t e ri s s o l u b l e i ti sn e c e s s a r yt od e s i g na n du s es e c o n d a r yc l a r i f i e ri nt r e a t i n gt h es y r u p w a s t c w a t e r t h es e c o n d a r yc l a r i f i e rm a k e st h ek e yf u n c t i o nt or e d u c et h el o s i n go f b i o m a s si nt h es t a r t u ps t a g e i nt h es t e a d ys t a g e ；t h es e c o n d a r y c l a r i f i e rm a k e sa f u n c t i o nt oi n c r e a s eb i o m a s sq u a n t i t yi nc o n t a c to x i d a t i o nr e a c t o r ta tt h es a m et i m e , i t w i l li m p r o v es e c o n d a r ye f f l u e n tq u a l 时 i ta l s os h o w s t h a t , i ti sn e c e s s a r yt oa d d t h en i t r o g e na sn u t r i e n ta n d r e g u l a t e t h e p h b e c a u s et h ew a s t e w a t e r s n u t r i e , n tc o m p o n e n ti ss i n g l ea n dp hi sl o w a c c o r d i n g t ot h ea c t u a lo p e r a t i o nr e s u l t s ，t h eo p t i m u mv o l u m e t r i cl o a d i n go f t h e h y o r o t y a c a c i d i f i c a t i o nr e a c t o ri s8 2 7 3k g c o d m 3 - d ，a n do f t h e b i o l o g i c a lc o n t a c t o x i d a t i o nr e a c t o ri s3 a 7 3 k g c o d m 3 d t h e s c r e e n i n gp r e 订e a t m e n t i sa l s oi m p o r t a n ti nt h et r e a t m e n to f t h e s y r u p w a s t e w a t e r i th a db e t t e rt od e s i g nm e c h a n i c a ls c r e e n 、访t 1 1l l i g hp e f f o r m a t w a st h e l a s tf i n es c r e e n a st os o m e h i 曲o r g a n i cs t r e n g t hw a s t e w a t e r ，s u c h a sf l u s hw a t e r ( c o d 1 0 0 0 0 m g l ) ，i t i sn e c e s s a r yt o 嘟s e p a r a t e c o a g d a f i o n r e a c t o ra s p 删r e a t m e n tp r o c e s s k e yw o r d s ：h i g h - s t r e n g t hs y r u pw a s t e w a t e r ，h y d r o l y t i c - a c i d i f i c a t i o n ， b i o l o g i c a lc o n t a c to x i d a t i o n ，p r o c e s so p t i m i z a t i o n ，v o l u m e t r i cl o a d i n g v i 商浓度果汁废水赴理工艺优他研究 1 绪论 近年来，我国苹果以每年2 0 0 万- - 3 0 0 万吨产量的速度递增，到2 0 0 1 年世界苹果生 产总量为4 8 0 0 万吨，而我国的产量为2 2 0 0 万吨，占全球总产量的4 6 ，位居全球首位。 国内苹果产量的迅速增加，使果汁加工业得以长足发展。2 0 0 1 年国内果汁产品已增加到 8 万多吨。我国正在逐渐成为世界果汁生产大国。果汁加工厂每加工1 吨原材料，就产 生3 8 1 0 5 米3 废水，果汁废水的排放和对环境的污染已成为突出问题，引起了各有关 部门的重视。阻此解决果汁废水的污染问题势在必行【l 】o 果汁废水具有固体杂质多，有机物含量高，b o d 、c o d 值高等特点，如不处理就 直接排放，将会对天然水体造成严重的污染。目前，我国一般采用物化+ 生化处理的办 法对果汁废水进行处理。由于果汁加工业近年来才兴起，果汁废水处理的研究相对于啤 酒废水、酒精废水、淀粉废水等其它高浓度有机废水处理的研究来说有些滞后，目前国 内关于果汁废水相关的研究报道和工程实例较少，设计没有现成的工艺设计参数可供选 择a 因此，有必要对果汁废水处理的工艺及工艺优化进行研究，提出可行的工艺和最佳 i 的运行参数。 壹堕壅墨盐壅查丝堡三茎垡垡堡塞 2 果汁废水治理研究现状与动态 2 1 果汁废水特征 苹果汁的加工工艺流程为： 原料分选日清洗日破碎亡拇汁日粗滤日细滤日杀菌日罐装 果汁废水主要来自冲洗水果、粉碎、榨汁等工序，罐装工段的洗瓶、灭菌、破瓶损 耗和地面冲洗等环节。废水中含有较高浓度的糖类、果胶、果渣及水溶物和纤维素、果 酸、单宁、矿物盐等。 废水中含有的糖类主要为果糖、葡萄糖、蔗糖，三者所占的比例为2 ：1 ：1 。废水 中含有大量的有机酸，主要为苹果酸，占7 0 9 6 ，柠檬酸占2 0 ，琥珀酸占7 。 不同的生产工艺阶段，所产生的废水具有不同的特点，即使在同一阶段，废水水质 也因产品不同而差异较大。总体上说，果汁废水的特点如表2 一l ： 表2 - 1 果汁废水特点 有机物浓度有机物浓度高，一般情况下c o d c 。 6 0 0 0 m g 1 ，g o d 5 ： 4 0 0 0 i n g 1 。 粘性含有果胶等胶体，废水粘性大。 s s 含有大量的果渣、果肉、果屑等物质，一般情况下s s 4 0 0 0 m g 1 。 水质、水量变由于加工品种及产量经常变化，导致排放不均匀、水质水量变化大，c o d 化情况变化值高时可达2 0 0 0 3 0 0 0 m g 1 。s s 变化值可达l o o o 2 0 0 0 m g 1 。 可生化性c o 瞻b o d 。= o 5 o 6 ，可生化性强。 p h果汁废水含有大量果酸，因此p h 较低，最低时可达4 0 左右。 莒乔兀幕营养成分单一，c ：n 较高，缺乏氮、磷元素。 水温水温为2 0 2 5 0 c 受苹果收购季节的影响，果汁加工一般处在7 1 2 月份，其余时问处于 其它 停产或深加工状态，这段时间果汁废水量很小，几乎不排放废水。 2 2 高浓度有机废水处理技术 果汁废水属于高浓度有机废水。“七五”以来，我国对高浓度有机废水的处理工艺和 技术进行了大量的研究和探索，特别是轻工业系统的设计院和科研单位，对高浓度废水 的处理进行了各方面的试验、研究和实践，取得了行之有效的成功经验，逐渐形成了以 2 高浓度果汁废水处理工艺优化研究 生化为主、生化与物化相结合的处理工艺。生化法中常用的有活性污泥法、生物膜法、 厌氧与好氧相结合法、水解酸化与s b r 相组合等各种处理工艺。这些处理方法与工艺 各有其特点和不足之处，但各自都有较为成功的经验。目前还有不少新的处理方法和工 艺优化组合正在试验和研究，有的已取得了理想的成效，不久将应用于实践中 2 】。 高浓度有机废水的处理技术主要有以下几种： 1 、生物化学法 果汁废水中大多数有机物是可以进行生物降解的，有机物在微生物的作用下，最终 变为c 0 2 和h 2 0 以及微生物原生质。因此生化法是目前果汁废水处理普遍使用的一种 方法。目前，好氧生物法有活性污泥法、高负荷生物过滤法、氧化沟法、生物接触氧化 法、射流曝气法、a b 活性污泥法、a a o 活性污泥法等；厌氧生化法有升流式厌氧污 泥床反应器( u a s b 法) 、厌氧过滤法( a f 法) 、厌氧接触氧化法、水解酸化法等。 处理果汁废水，常采用厌氧+ 好氧的组合工艺，如水解酸化+ 接触氧化，u a s b + 接触 氧化，水解酸化+ u a s b + 接触氧化等i ”。 ( 1 ) 水解酸化工艺 水解酸化处理工艺是通过兼氧菌胞外酶的水解酸化作用，将不溶性大分子有机物分 解为可直接进入微生物细胞体内的可溶性小分子有机物，使得处理后出水变得更易于被 好氧菌降解。水解酸化对c o d 。、s s 都有较高的去除率，且抗冲击负荷能力强，常温下 运行，运行费用低。 w w e c k e n f e l d e r 把厌氧发酵过程分为四个阶段：水解阶段、酸化阶段、产氢产 乙酸阶段和甲烷化阶段。在水解阶段复杂大分子有机物通过产酸菌胞外酶的作用转化为 简单的可溶性小分子。如多糖( 淀粉) 水解为单糖，蛋白质分解为肽和氮基酸，脂肪转 化为链脂肪酸和丙三醇等。在酸化阶段，兼性或专性的产酸菌将水解产物转化为短链有 机酸( 五碳p a t ) 、醇、醛等中性化合物，并且有h 2 、c 0 2 、h 2 s 、i n r h 3 产生，有机酸 3 商浓度果汁废永处理工艺优化研究 的大量产生使p h 有下降的趋势。酸化阶段虽然也有可能成为甲烷菌直接利用的醋酸盐、 h 2 、c 0 2 等，但主要还是丙酸盐、丁酸盐、戊酸盐和乙醇等不能为甲烷菌直接降解的物 质。因而必存在一种独立的茵群即产氢产乙酸菌将上述物质转化，从而起到中央桥梁的 作用。在产氢产乙酸菌的作用下，酸化阶段产生的2 个碳链以上的短链脂肪酸( 盐) 、 醇、醛等物质转化为乙酸盐，同时产生h 2 。在产氢产乙酸阶段，由于产氢细菌的活动 使氨态氮浓度增加，氧化还原热降低，p h 值有所上升，从而为后续的甲烷菌创造了条件。 另外还有h 2 s 、吲哚、硫醇等带不良气味的副产物产生。在甲烷化阶段，专性厌氧的产 甲烷菌将前几阶段产生的乙酸( 盐) 、h 2 、c 0 2 及少量的甲酸、甲醇、等物质转化为 c h 4 和c 0 2 ，这一过程有两组生理上不同的产甲烷菌起作用：一组是氢还原c 0 2 生成甲 烷，另一组是乙酸盐脱羧产生甲烷，其中前者约占厌氧发酵甲烷产量的1 3 ，后者占2 3 4 j 5 1 6 1 。 水解池是把反应控制在第二阶段完成之前，不进入第三阶段。水解酸化工艺的研究 工作是从污水的厌氧生物处理试验开始，经过反复试验和理论分析，逐步发展为水解酸 化生物处理工艺。在水解池中，实际上完成水解和酸化两个过程( 酸化也可能不十分彻 底) ，水解池是改进的u a s b 反应器，但不设三相分离器。所以，实际上水解浊全称为 水解升流式污泥床( h u s b ) 反应器，简称水解池。采用水解池较全过程厌氧池有以下 优点： 7 】 不需要封闭的反应器，不需要搅拌器和水、气、固三相分离器，降低了造价并 便于维护，可以设计出适合大、中、小型污水厂所需要的构筑物。 水解、产酸阶段的产物主要为小分子有机物，可生物降解性一般较好，故水解 池可改变原水的可生化性，从而减少反应时间和处理的能耗。由于反应控制在 第三阶段之前，故出水无厌氧发酵所具有的不良气味，改善了污水厂的环境。 由于第一、第二阶段反应迅速，故水解池体积与初沉池相当，节约基建投资， 4 壹整堡墨盐壅查丝堡三苎垡垡堡塞 由于水解池对固体有机物的降解而减少了污泥量，其功能与消化池相当。 固体的降解功能完全和消化池一样。该工艺只产生很少量的剩余活性污泥。故 可在常温下使固体迅速水解，实现污水、污泥一次处理，不需要设置加热的中 温消化池。 水解工艺着眼于整个系统的处理效率和经济效益，放弃了厌氧反应中的甲烷发酵阶 段，利用厌氧反应中的水解和产酸作用，使得污水、污泥一次得到处理。在整个过程中， 因大量悬浮物水解成可溶物质，大分子降解为小分子，因此工艺中有一系列不同于传统 工艺流程的特点： 对于有机污染物有相对高的去除率，c o d 平均去除率为4 0 , - 5 0 ，而悬浮性c o d 去除率更高为8 0 ，对于悬浮物去除率高，出水s s 低于5 0 m g l 。这些因素对于各 种后处理是非常有利的。如果用活性污泥法后处理，由于有机物的绝对数量减少 了5 0 ，则从理论上讲与传统活性污泥相比，停留时间和曝气量都可减少5 0 。 污水经水解反应后，出水b o d s c o d 值有所提高，说明废水的可生化性的提高。 经水解后，溶解有机物的比例发生了很大的变化，水解后出水溶解性比例提高了 一倍。而一般经初沉后出水溶解性c o d 、b o d 5 的比例变化较小。微生物摄取有 机物时，只有溶解性的小分子物质才可直接进入细胞体内，而不溶性大分子物质， 首先通过胞夕卜酶的分解才得以进入生物体内的代谢过程。经水解处理，有机物在 微生物的代谢途径上减少了一个重要环节，无疑将加速有机物的降解。 在大分子和不溶性物质分解的同时，污泥也发生了分解。水解反应器的污水和污 泥可以同时得到处理。因此可以节约一定的基建投资和电耗。 需要说明的是，水解酸化好氧工艺中的水解过稷与好氧a a o 、a b 工艺中的a 段 水解过程存在较大区别。首先是菌群不同。前者的优势菌群是厌氧微生物，以兼性菌为 主：而后者中的优势菌以好氧菌为主。其次，反应器中的污泥浓度不同。水解酸化好 查茎鏖墨茎堡查丝望三苎垡些翌塞 氧工艺中的水解池为升流式反应器，污泥浓度可以达1 5 - 2 5 9 ，l ，而a a o 、a b 工艺中从 二沉池回流的污泥浓度一般最高为5 鲈。以上差别造成了水解工艺是完全的水解，而后 者仅仅发生部分水解【8 l i ”。 目前已知水解工艺对城市污水、焦化废水、啤酒废水、印染废水、造纸( 中段) 废 水、化工废水和合成洗涤剂废水( a b s ，l a s ) 等各种废水十分有效。利用悬浮物去除 率高和去除的悬浮物可以在水解池中得到部分消化的特点，在工艺初期开发时主要应用 于污水、污泥同时处理方面。近年来，又利用这一特点去除高浓度悬浮物和脂类的废水， 如酒糟废液、活性污泥、乳制品和禽畜粪便废水等。表2 - 1 就是水解池处理不同高浓度 悬浮物或脂类废水的结果。 表2 - 2 水解池处理不同高浓度悬浮物或脂类废水 成分 c o d ( m w l ) 生活污水剩余污泥奶制品废水 t = i7 0 c ，h r t = 3 h ，t = 2 0 0 c ，h r t - - 9 ，6 h ，1 - - 2 0 0 c ，h r t = 45 h ， s r r | 1 2 d ，c o ds d ：l4 d ，c o ds r t = 2 d ，c o d 条件 o l r = 5 6 s ( l d ) o l r = 4 5 9 ，( l d )o l r = 2 1 2 ( l - d ) 进水出水去除率进水出水去除率进水出水去除率 总量c o d 6 9 74 3 23 8 2 0 1 01 2 99 4 3 8 9 01 5 6 36 0 悬浮状c o d 3 5 51 2 46 5 1 6 5 03 39 8 3 2 01 1 56 4 胶体状c o d 1 4 51 1 12 3 2 9 62 79 2 3 0 32 3 59 0 溶解性非v f a - c o d 1 3 89 57 1 2 6 54 0 06 8 v f a j c o d5 91 0 71 l28 1 3 脂类c o d 2 9 079 8 注：s r t 指污泥龄；h r t 指有效停留时间；o l p 指有机负荷；v f a 指挥发性脂肪酸。 表2 2 中高浓度废水处理结果显示： 水解反应器作为预处理对于悬浮性c o d 和脂类有较高的去除率，对于城市污 水和剩余污泥悬浮性c o d 去除率分别为6 5 和9 8 。 奶制品废水预处理由于预酸化作用造成p h 降低至4 0 以至蛋白质和脂类的沉 淀( 9 8 ) 。 6 高浓度果汁废水处理工艺优化研究 水解池的预处理作用使得出水主要为溶解性c o d 。 ( 2 ) u a s b 工艺 u a s b 是升流式厌氧污泥床反应器( u p n o w a n a e r o b i cs l u d g eb l a n k e t ) 的英文简称。其 基本原理是：待处理的废水尽可能均匀的被引入到u a s b 反应器底部，污水向上流过由 絮状或颗粒状污泥组成的污泥床。随着污水与污泥相接触而发生厌氧反应，产生沼气引 起污泥床扰动。在污泥床产生的气体中有一部分附着在污泥颗粒表面上，自由气泡和附 着在污泥颗粒上的气泡上升至反应器的底部，这引起附着的气泡的释放：脱气的污泥颗 粒沉淀回污泥层的表面。自由气体和从污泥颗粒释放的气体被收集在反应器顶部的集气 室内。液体中包含一些剩余的固体物和生物颗粒进入到沉淀室内，剩余固体和生物颗粒 从液体中分离并通过反射板落回到污泥层上面。置于集气室单元缝隙之下的挡板的作用 是作为气体反射器和防止沼气气泡进入沉淀区。沼气气泡进入沉淀区将引起沉淀区的紊 动，会阻碍颗粒沉淀1 0 l1 1 i l 。 包含一些剩余固体和污泥颗粒的液体会经过分离器缝隙进入沉淀区。由于分离器的 斜壁沉淀区的过流面积在接近水面时增加，因此上升流速在接近排放点时降低。由于流 速降低污泥絮体在沉淀区可以絮凝和沉淀。累积在相分离器上的污泥絮体到定程度后 将超过其保持在斜壁上的摩擦力，会滑到反应区，这部分污泥又可与进水有机物反应。 u a s b 反应器主要是由反应器( 矩形和圆形) 、三相分离器和配水系统等组成。u a s b 反应器运行的三个重要前提是：反应器内形成沉降性能良好的颗粒污泥和絮状污泥；有 产气和进水的均匀分布所形成的良好自然搅拌作用；设计合理的三相分离器，使得沉淀 性能良好的污泥能保留在反应器中。三相分离器是u a s b 反应器最有特点和晟重要的装 置，它同时具有两个功能：收集从分离器下来的消化区产生的沼气；使得分离器上的悬 浮物沉淀下来。对上述两个功能均要求三相分离器的设计避免沼气气泡上升到沉淀区， 如上升到表面将引起出水浑浊，降低沉淀效率，损失了所产生的沼气。进水分配系统对 ，7 高浓度果汁废水处理3 - 艺优化研究 一个运转良好的u a s b 是至关重要的。进水系统兼有配水和水力搅拌的作用，为了保证 这两个功能的实现，需满足如下原则：进水装置的设计使分配各点的流量相同，确保单 位面积的进水量基本相同，防止发生短路等现象：很容易观察到进水管的堵塞，当堵塞 发现后，必须很容易被清除；尽可能的满足污泥床水力搅拌的需要，保证进水有机物与 污泥迅速混合，防止局部产生酸化现象。 u a s b 工艺的优点是：运转简单，适应高或低浓度的废水，可能有极高的c o d 容 积负荷；其缺点在于：解决运转问题需要技巧，不适于废水具有高s s 的情况【1 2 】。 王凯军等在世界范围( 不包括中国) 内对厌氧工艺应用进行统计，到1 9 9 9 年统计 了1 3 0 3 个各种类型的厌氧反应器，其中有近8 0 0 座u a s b 反应器，占全部的5 9 。在 各种反应器中u a s b 工艺被最为广泛地应用在生产性装置上，并且一般非常成功；其最 大优点是结构简单、便于放大、运行管理简单。国际上荷兰的p a q u e s 、美国的 b i o t h a n e 和比利时的b i o t i m 公司是世界上主要三个u a s b 技术的厂家。仅这三家 公司占占市场分额的7 4 。这三家公司的技术主要是采用u a s b 技术，反映了u a s b 技术除其技术本身的特点外，其市场化的水平也是非常高的。这与u a s b 技术本身的特 点有关，如u a s b 的反应器、三相分离器、布水系统和颗粒污泥都是专有技术、技术含 量高。荷兰首先推出u a s b 工艺，已普遍形成了颗粒污泥。这使的传统的工艺的处理时 间从几十天缩短到一天到几天。有机负荷从几公斤提高到几十公斤，使反应器效率提高 几十倍乃至上百倍。这使得厌氧u a s b 工艺在欧洲迅速得到推广和普及。颗粒污泥已形 成商品化出售，最近已有出售到我国的报道。这一技术目前已向美国和世界其它地区辐 射。 其不完全统计，我国到1 9 9 9 年共有2 1 9 个项目采用厌氧反应器，其中u a s b 有1 2 0 座，占全部项目的5 8 ，基本与国外情况类似。早在2 0 世纪8 0 年代清华大学就在北京 啤酒厂成功的应用了u a s b 技术处理啤酒废水。啤酒废水和屠宰废水是我国最早和最成 高浓度果汁废水赴理工艺优化研究 功的应用u a s b 的技术领域。但我国啤酒废水的厌氧处理装置有9 0 以上是由国外的厌 氧公司引进或承建。这表明我国在厌氧处理领域仍落后国外的技术1 3 1 。 通过实验结果获得不同类型废水的负荷的经验方法仍是设计u a s b 反应器的唯一的 选择。表2 3 给出了不同类型废水国内外采用u a s b 反应器的负荷数据1 4 】。 表2 3 国内外生产性u a s b 装置的设计负荷统计表 国外国内 序号废水类型 负荷k g c o d ( 1 3 d ) 负荷k g c o d ( m 3 d ) 平均最高最低平均最高最低 1 酒精生产 1 1 61 5 77 16 52 02 0 2啤酒厂9 81 8 35 65 38 ，o5 o 3造酒厂1 3 91 8 59 96 41 0 04 0 4 清凉饮料 6 ：81 2 o185 o5o5 o 5 淀粉 9 21 1 46 45 ，48 。o2 7 6酵母业9 81 2 _ 46 o6 o6 0 6 o 7 柠檬酸 8 41 4 31 01 4 8 2 0 o6 5 8味精3 24 ，02 ，3 9 食品加工 9 11 3 3083 54 o3 0 1 0果品加工1 0 21 5 73 7 1 l 屠宰场 6 26 26 23 14 02 3 1 2 制药厂 1 093 3 26 35o8o 0 8 1 3 垃圾滤液 9 91 2 o7 9 ( 3 ) 好氧生物接触氧化工艺 生物接触氧化法也称淹没式曝气生物滤池其在及府嚣内没置填料，经过充氧的建 l 水bk 满生物膜的填料柏接触，在生物膜i 。的生物的作用下，废水得到净化。生物接融 氧他法在运于亍和期，少罩韵弛蒲附着于填料袅两，m 于刿菏魄繁鹫逐渐形成很薄的生耪 膜。在溶解氧利禽物充足的磊件下，微生物繁殖十分迅速。生物睃逐渐增厚。，但当生鞫 骥达到定厚度】时，氧已经无法j 句生物膜内部扩敬，好氧阿死f ：，两兼氧镏简、氏氧蒲 在内层开始繁殖，形成厌氧层，利用死产的好氧哺为基厦，并在此基确i 不断发硬赝氧 随，经过段 圩闻后在数景l ：丌始下降，加l ：代谢气体产物的逸小，楚内层生物膜久块 脱落n ：牛物膜止脱落的填料表面上，新的譬物膜又重新发展起求孵】。 4 、9 高浓度果汁废水处理工艺优化研兜 生物接触氧化法具有如下特点： ( 1 ) 优点： 体积负荷高，大大降低了投资，减少占地面积及运行费用。选用适当的生化填料 可使丝状菌在填料之间形成立体结构，大大增加了微生物与污水的接触面积，并 且丝状菌对多数有机物具有较强的分解能力，从而提高了生化处理效率。 一般活性污泥法的污泥浓度为2 4 鲋，微生物在池中处于悬浮状态# 而接触氧化 池内绝大多数微生物附着在填料上，单位体积内水中和填料上微生物浓度可达 1 0 2 0 9 l ，这有利于提高容积负荷。 均匀曝气，生物膜直接受到气流、水流的双重扰动，加速了生物膜的脱落与更新， 使其保持较高的活性，而且能够克服堵塞现象。 接触氧化池具有较高的容积负荷，并对冲击负荷有较强的适应性，污泥产量小， 去除每公斤b 0 瞻干污泥的产量只有0 2 0 4k g ，无污泥膨胀，挂膜后无须污泥 回流，操作管理十分方便。 短期内进水突然变化时，出水水质受影响很小，出水水质好而稳定 在毒性和 p h 冲击下，生物膜受影响小，且恢复快。 ( 2 ) 缺点： 填料上的生物膜视b o d 负荷而异。b o d 负荷高，则生物膜数量多，反之亦然。 因此不能借助于运转条件的变化任意调节生物量和装置的效能。 当采用蜂窝填料时，如果负荷过高，则生物膜较厚，易于堵塞填料。所以，必须 有负荷界限和必要的防堵塞冲洗措施。 会产生后生动物( 如轮虫类等) ；若生物膜瞬时的大块脱落，则易影响出水水质。 填料是生物膜的载体，也对截流悬浮物起作用，因此是接触氧化池的关键，直接影 响着生物接触氧化法的效果。同时，载体填料的费用在生物接触氧化处理系统的基建费 1 0 壹堕蕉墨盐蕉查丝翌三苎垡垡翌塞 一一 用中又占较大比重，所以填料关系到接触氧化技术的经济合理性a 通常，对生物接触氧化法载体填料的要求是：有一定的生物膜附着力；比表面积大； 空隙率大：水流流态好，利于发挥传质效应；阻力小，强度大；化学和生物稳定性好， 经久耐用；截流悬浮物能力强；不溶出有害物质，不引起二次污染；与水的密度相差 不大；以免增大氧化池负荷：形状规则，尺寸均一，使之在填料之间形成均一的流速； 货源充足，价格便宜，运输和安装方便1 6 1 。 载体填料按形状可分为蜂窝管状、束状、波纹状、圆环辐射状、盾状、板状、网状、 桶状、不规则粒状等；按性状分可分为硬性、半软性、软性；按材质分可分为塑料、半 软性填料、立体波纹填料及网状、桶状、鲍尔环状等填料。 接触氧化工艺在各类废水处理工程上有着广泛的应用，表2 - 4 给出了各类废水使用 接触氧化法时的b o d 负荷。 表2 - 4 国内外生物接触氧化法处理韵b o d 负荷值1 7 】 废水类型b o d 负荷k g b o d ( m 3 d )资料来源 赫甫辑柬一姆静撵 2 - 电静 饵井 蛀市湃水= 蜘赴弹 ， 0 2 国1 8 国外 ， 埔市活7 k 一奶孙理3 4 - - 4 o 国内 印染癀承 j，t o - 2 以禺内 礴母废水 6 肛8 o 国内 农药废水 2 o 2 5 国内、 、 涤纶废瘩 l s ：薹2 n d 翱魂 有瓤溶刹废水 1 8 屹2 国内 一 2 ，其他几种高浓度有机废水处理方法一 ( 1 ) 物理吸附法。 利用吸附剂如活性炭、硅藻土、高岭土、炉渣等物质吸附废水中的s s 。但话性炭吸 附后清洗困难，故成本较高。活性硅藻土、炉渣处理果汁废水，运行费用较低，效果较 好，但缺点是维护费用较高，泥渣产生量大，劳动强度大，占地面积大【博】。 壹整壅墨盐鏖查丝堡三苎垡些翌塞 ( 2 ) 物理化学法 通过加入无机、有机化学絮凝剂，如碱式氯化铝( p a c ) 和聚丙烯酰胺( p a m ) 等， 将有机污染物絮凝沉淀。其缺点在于产生化学污泥的二次污染，加入化学药荆可能会对 后续生物处理的微生物造成毒害作用，如铝盐对微生物的生长有毒害作用。 ( 3 ) 化学法 通过加入化学药剂的方法将特殊污染物转化为不可溶的形式而吸附在不可溶的固体 上，或将污染物氧化成可生物降解的化合物。 ( 4 ) 湿式氧化法 湿式氧化近年来被认为是处理高浓度有机废水而发展起来的行之有效的方法。它是 指在高温高压的条件下，在液相中，用氧气或空气作为氧化剂，氧化水溶态或悬浮态的 有机物的一种方法。在传统的湿式氧化法基础上发展起来的催化湿式氧化法，能使反应 在更温和的条件下和更短的时闷内完成，蕻主要原理是在传统湿式氧化工艺中加入固体 1 f“ 、 1 _ 或液体催化剂，降低反应所需的湓度和压力，提高氧化分解能力，缩短时间，降低成本。 因此，湿式氧化法的研究重点和方向是研究高活性催化剂。目前，此类方法还处于研究 阶段”9 1 2 0 1 2 1 1 。 ( 5 ) 膜反应器 膜生物反应器( m b r ) 是一种由膜分离单元与生物处理单元相结合的新型水处理技 术，主要有超过滤和反渗透方法。m b p , 法的基本原理是：通过膜分离装鬟代替普通活 性污泥法中的二沉池，不仅能高效的进行固液分离取得处理效果较好的出水水质：而 且膜的截留作用有利于提高反应器内的微生物浓度，从而提高了容积负荷，节约了占地 面积。与传统的生化处理技术相比，m b i 具有以下主要特点：处理效率高、出水水质 好；设备紧凑、占地面积小：易实现自动控制、运行管理简单。8 0 年代以来，该技术愈 来愈受到重视，成为水处理技术研究的一个热点。但膜技术需要专用设备，投资高，且 商浓度果汁废永处理工艺优化研究 膜易结垢堵塞，使用寿命也不长，尚不能得到广泛应用嘲田斟瞄。 2 3 果汁废水治理的研究现状与技术动态 国外已将许多先进的生物处理技术应用于果汁废水的处理，如：应用升流式厌氧污 泥反应器( u a s b ) 、升流式厌氧滤池、中温、高温厌氧过滤器、生物转盘反应器( r b c ) 等先进的生化处理系统对果汁废水进行处理，已取得了显著冉勺成果f 2 6 】f 2 7 1 2 8 。 在德国，采用厌氧消化系统处理果汁加工厂的废水，整令处理流程由一个粗滤系统 ( 去除果皮、砂子等沉淀物) 、两个缓冲池( 讽节p h 、氨、磷等营养物) 、一个升流 式污泥床反应器以及一个好氧池组成i 在升流式污泥床反应器( u a s b ) 巾，梭状芽胞 杆菌、芽胞杆菌、葡萄球菌等微生物能将废水r 卜的有机污染物最终降解为甲烷及二氧化 碳气体，使废水得到净化。经厌氧消化后，果计废水巾的c o d 被降解到一定程度，再 经好氧池进一步降解，就可以使废水达到排放指标。厌氧阶段产生的沼气可作为能源使 用，消化的污泥可用做肥料。当今世界能源短缺，这种可再生的性的能源已引起人们的 普遍关注。系统中u a s b 反应器的有机负荷c o d 为1 0 1 7 k g m 3 d ，c o d 去除率达 8 0 - 9 0 。 国内也有类似的工程，如淄博汇源食品有限公司的果汁废水，水量3 0 0 吨天，采用 石灰乳巾和沉淀水解酸化一接触氧化工艺进行处理，达到了排放标准。原水c o d 为 6 0 0 0 7 0 0 0 m # l ，b o d 5 为3 0 0 0 4 0 0 0 m g l ，s s 为3 0 0 0 m g l ，p h 为3 5 。废水先流 经格栅去除易堵塞泵及管路的较大颗粒的杂质后流入调节池，进行水质和水量的调节均 化，然后用泵打入巾和反应罐，在此加入石灰及混凝剂，混合反应后流入斜板沉淀池，去除 大部分悬浮物后流入水解酸化池，使大分子的有机物初步分解为小分子有机物，以提高废 水的好氧生化性。然后流入生物接触氧化池进行好氧生物处理后，流入气浮池，分离去除 脱落的生物膜后即可达标排放。斜板沉淀池污泥及气浮池浮渣流入污泥浓缩池浓缩后， 进入干化场自然干化，浓缩池上清液回流入调节池。 i1 1 高浓度果汁废水赴理工艺佬化研究 系统工艺参数为：混合反应罐，在此投加石灰液和聚合氯化铝，采用空气搅拌，反应 时间1 5 r a i n 。斜板沉淀池：袁厩负荷l m 3 ( m 2 ，h ) ，山水采用穿孔集水槽。水解酸化 池：h r t = 3 6 h 。生物接触氧化池：设计负荷1 s k 邸o d ( m 3 d ) ，填料高度3 m ，曝气时间 2 4 小时。气浮池：采用部分溶气气浮，表面负荷3 5 m 3 m 2 h ，表面尺寸为巾2 6 r e x 3 4 m ，回流 比r = 4 0 。污泥浓缩池：浓缩时间1 2 小时，浓缩池直径5 m ( 其中圆柱部分深2 7 m ) 州。 综合起来，果汁废水p h 偏酸性，s s 含量高，营养成分较单一。用生物法处理这一 类废水时需要预先调整它的营养成分及酸碱度，以适应微生物的生长需求。 果汁废水的处理一般采用厌氧+ 好氧的方法进行处理。采用u a s b 可以进行能源再 生，但u a s b 操作管理运行需要技巧：我国u a s b 处理果汁废水的技术相对较落后， 目前还没有用u a s b 处理果汁废水成功的范例。 1 4 童鲞壅墨盐壅查丝堡三茎垡垡堡塞 3 课题来源与试验方案及分析方法 。 3 1 课题来源 本课题来源于高浓度果