内循环UASB反应器＋氧化沟工艺在啤酒废水处理中的应用.doc

内循环UASB反应器氧化沟工艺在啤酒废水处理中的应用概述 啤酒生产中的废水主要来自糖化、发酵、罐装等车间所排的废液及设备、管道洗涤水，地面冲洗水。主要污染物有淀粉、蛋白质、酵母菌残体、酒花残渣。残余啤酒、少量酒精及洗涤用碱，属于中浓度有机废水1。安徽庐江啤酒厂现年生产能力为6104t，其日排废水2200m3。水质指标见表1。 表1 水质指标指标 项目CODCr/(mg.L-1)BOD5/(mg.L-1)SS/(mg.L-1)pH进水水质指10排放标准GB8978-1996 一级标准10030706-91 处理工艺的确定 针对啤酒废水可生化性较好的特点（BOD5CODCr-0.6），可采用生化法为主的处理工艺。生化法一般可分为好氧和厌氧。采用单一的好氧工艺，则存在着能耗高、占地面积大、运行费用高等弊端。升流式厌氧污泥床反应器（UASB反应器）具有不需氧、能耗低、污泥产量少等特点。本次设计采用厌氧和好氧相串联的方式，厌氧采用内循环UASB技术，好氧处理用地有一处狭长形池塘，为了降低土建费用，因地制宜，采用氧化沟工艺。其工艺流程见图1。 2 内循环UASB反应器的特点 本工程的关键设备是UASB反应器。该反应器是利用厌氧微生物降解废水中的有机物，其主体分为配水系统，反应区，气、液、固三相分离系统，沼气收集系统四个部分。厌氧微生物对水质的要求不象好氧微生物那么宽，最佳pH为6.57.8，最佳温度为35402，而本工程的啤酒废水水质超出了这个范围。这就要求废水进入UASB反应器之前必需进行酸度和温度的调节。这无形中增加了电器。仪表专业的设备投资和设计难度。内循环UASB技术是在普通UASB技术的基础上增加一套内循环系统，它包括回流水池及回流水泵。UASB反应器的出水水质一般都比较稳定，在回流系统的作用下重新回到配水系统。这样一来能提高UASB反应器对进水水温、pH值和COD浓度的适应能力，只需在UASB反应器进水前对其pH和温度做一粗调即可。UASB反应器采用环状穿孔管配水，通过三相分离器出水，并在三相分离器的上方增加侧向流絮凝反应沉淀器，它由玻璃钢板成60安装而成，能在最大程度上截留三相分离出水中的颗粒污泥。见图2。 3 主要技术指标 3.1设计水量Q=2200m3/d3.2 主要工艺设计参数见表2 表2 主要设备工艺参数 集水池调节池UASB氧化沟二沉池停留时间/h1.08.09.012.5 V有效容积m391.67730.0825.01145.0 COD容积负荷/（kg.m-3.d-1) 2.5 面积负荷/（m3.m-2.h-1) 1.03.3 主要构筑物、设备主要构筑物及设备见表3。 表3 主要构筑物、设备序号名称规格型号数量1集水池5.0m10.0m3.2m(H)12调节池10.0m18.0m3.4m(H)13UASB14.0m10.0m6.0m(H)14氧化沟38.m11.0m3.4m(H)15二沉池11.0m3.2m(H)16污泥干化池4.0m6.0m1.0m17机械格栅HF-50018提升泵100WQ80-9-429固液分离机GLG-90110潜水搅拌器QJB7.5/6111配水泵AS7.4-2CB212三相分离器AZD-I813回流水泵2(1/2)PW214气液分离器1.0m2.0(H)115水封器0.52m1.2m(H)116曝气转刷1.0m4.5m（H）117刮泥机CG11D118回流污泥泵2(1/2)PW23.4 主要技术经济指标主要技术经济指标见表4。 表4 主要技术经济指标序号项目设计指标1水量/（m3.d-1)22002工程总投资/万元177.873运行费用/元.m-30.364总装机容量/kW68.955常用容量/kW45.956耗电量/kWh.m-30.417占地面积/m317008吨水造价/元8094 调试、运行情况 工程施工结束，设备单机、联动调试后，调试入员对UASB反应器和氧化沟进行了污泥接种、驯化。好氧污泥取自合肥市市政污水处理厂，厌氧污泥取自无锡污水处理厂的脱水消化污泥。该废水处理工程自2000年元月调试运行以来，氧化沟污泥沉降性能良好，未出现污泥膨胀；UASB出水稳定，并已长出直径1mm左右的颗粒污泥。剩余污泥除用泵打到干化池干化外，还可在污泥泵的出口上接一旁路至调节池，由UASB反应器消化降解。调试所得的数据如下：UASB反应器：污泥浓度30gL；容积负荷3.0kgCOD（m3.d）；CODCr去除率80。氧化沟：污泥浓度3gL；污泥负荷0.21kgCOD（kMLSS.d）；容积负荷0.3kgCOD（m36）；CODCcr除率85。处理出水验收数据为：CODCr67mgL；BOD5 15mgL；SS16mgL，pH7.1。 5 结论 工程实践证明，采用内循环UASB反应器氧化沟工艺处理啤酒废水是可行的，其运行结果表明CODCr总去除率高达95以上。由于采用的是内循环UASB反应器和氧化沟工艺串联组合的方式，可根据啤酒生产的季节性、水质和水量的情况调整UASB反应器或氧化询处理运行组合，以便进一步降低运行费用。内循环厌氧反应器的运行特性内循环厌氧反应器(Internal Circulation,简称IC)是在UASB反应器基础上开发出的第三代超高效厌氧反应器，其特征是在反应器中装有两级三相分离器，反应器下半部分可在极高的负荷条件下运行。整个反应器的有机负荷和水力负荷也较高，并可实现液体内部的无动力循环，从而克服了UASB反应器在较高的上升流速度下颗粒污泥易流失的不足13。笔者在实验室对小型IC反应器(25 L)进行了系统研究，主要考察了反应器在中温条件下的运行特性及其影响因素，验证了IC反应器在UASB基础上的结构改进对处理效能的促进作用。 1试验装置和方法1.1试验装置IC反应器为有机玻璃制成，有效容积为25L，反应器总高度为1500mm，沿柱高设置多个取样孔。将反应器安装在恒温箱内，用WMZK-01温控仪和热源构成自动温控系统，将温度控制在(351)。工艺流程见图1。试验配水首先进入室被降解，产生的沼气由室的集气罩收集，大量沼气携带室的泥水混合液沿着提升管上升至反应器顶部的气液分离器，沼气在此处逸出反应器，而泥水混合液则沿下降管返回到室的底部。室出水自动进入室继续处理，随后经室的三相分离器排出反应器外。1.2试验用水采用人工合成的葡萄糖废水，并加入适量微量元素(见表1)。1.3接种污泥接种污泥采用无锡狮王太湖水啤酒有限公司UASB反应器中的颗粒污泥，污泥的TSS为72.2g/L，VSS为56.6g/L。接种前先将污泥颗粒进行筛洗处理，再用COD为500mg/L的人工配水连续(810h)进行漂洗和活化。表1人工合成葡萄糖废水的组分及含量组分含量组分含量葡萄糖(mg/L)2000CaCl2(mg/L)4(NH4)2CO3(mg/L)40MgSO4(mg/L)8KH2PO4(mg/L)40NaHCO3(mg/L)660NH4Cl(mg/L)40酵母膏(mg/L)80FeCl34H2O(g/L)80CoCl26H2O(g/L)80MnCl24H2O(g/L)20ZnCl2(g/L)2NiCl26H2O(g/L)2CuCl22H2O(g/L)1.2EDTA(g/L)40H3BO3(g/L)2(NH4)6Mo7O244H2O(g/L)3.636%HCl(g/L)0.041.4分析方法COD：重铬酸钾法；pH值：玻璃电极法；SS和VSS：称重法。2结果与讨论2.1运行结果IC反应器的试验条件和运行结果见表2。表2运行结果试验阶段第一阶段第二阶段第三阶段时间(d)12930596090温度()35进水pH7.58.07.88.98.58.9进水COD(mg/L)1 8652 5873 8854 8778 02311092v(m/h)2.653.224.35OLRgCOD/(Ld)15.024.927.336.9633.8837.52SLRgCOD/(gVSSd)0.731.601.472.481.872.50COD去除率(%)83.291.883.989.889.392 .8出水COD(mg/L)184.6386.6447.1658.9575.01120.3出水SS(mg/L)159377342552501780阶段描述提高负荷期提高负荷期稳定运行期注：OLR为反应器的COD容积负荷；SLR为反应器的COD污泥负荷；v为上升流速。室IC反应器室在高负荷下运行，其COD去除率为60%70%。反应器的初始容积负荷为31.25kgCOD/(m3d)，COD去除率为62.3%。第29天容积负荷升至50.8kgCOD/(m3d)，COD去除率为59.8%。在第55天反应器进水COD浓度为4500mg/L，污泥负荷为3.99gCOD/(gVSSd)，COD去除率为61%。第89天容积负荷和污泥负荷分别为76.83kgCOD/(m3d)、3.97gCOD/(gVSSd)，COD去除率为64.3%。室与室相比，室的运行负荷相对较低，以室进水COD浓度计算则室的COD去除率为60%85%，去除的COD占反应器进水COD的20%30%。室的初始负荷为10.9kgCOD/(m3d)，COD去除率为61.0%；第57天有机负荷达到最大28.8kgCOD/(m3d)，COD去除率为73.15%。2.2影响因素分析在控制反应器温度为(351)、试验用水为葡萄糖配水的条件下，主要研究了容积负荷、升流速度、进水COD浓度和进水pH值的影响。容积负荷UASB反应器在处理中、高浓度废水时最大容积负荷只能达到1020 kgCOD/(m3d)，因容积负荷过高会导致颗粒污泥流失2，而IC反应器的最大容积负荷可达36.9637.52kgCOD/(m3d)(见表2)，这是因为60%70%的有机物在室得到降解，产生的大量沼气被一级三相分离器收集后排出反应器，因此不会在室中产生很高的气体上升流速，对颗粒污泥的流失影响较小。IC反应器在高负荷下运行仍能达到很高的COD去除率(见表2)，这与反应器具有液体内循环密切相关。经分析可知，当容积负荷升高时产生的沼气量增加，推动液体形成的内循环流量增大，进水得到了更大程度的稀释和调节，室内液固充分接触，传质速率增加，使有机物易于得到降解。混合液的上升流速一般认为，以颗粒污泥为主体的UASB的混合液上升流速宜控制在0.51.5m/h，而IC反应器的混合液上升流速为2.510m/h3(在一定程度上改善了基质与微生物间的传质过程)。试验发现，在2.654.35m/h的上升流速下室的沼气产量明显增加，造成气提管中的液体通量明显增大和中间回流管的流量加快，这说明通过增加进水量的方式可明显提高反应器中的循环比例(一方面可改善反应器底部对进水COD负荷的承受能力，提高反应器的抗冲击负荷能力；另一方面可提高流速而强化传质过程，避免了反应中可能出现的局部基质浓度过高现象，确保了反应器能正常稳定地运行)。进水COD浓度在进水COD浓度分别为1300mg/L(A)、2000mg/L(B)、4500mg/L(C)、9897mg/L(D)的条件下，控制反应器的上升流速为4.0 m/h，沿反应器高度取样并测定COD浓度，结果见图2。从图2可以看出，在不同的进水浓度条件下反应器中的COD浓度在高度上呈梯度分布，室中COD浓度下降较快，而室中COD浓度变化相对缓慢。因此，在设计IC反应器时要充分考虑进水浓度、上升流速和反应器高度间的关系。进水pH值研究了反应器在较高容积负荷35.0kgCOD/(m3d)、不同进水pH值条件下的COD去除率。当进水pH8.0时COD去除率为65%75%，在pH=8.5时COD去除率达到最大值(89%)，随着pH值的进一步升高则COD去除率逐步下降，但至pH=8.9时下降幅度趋缓。笔者得到的进水最佳pH值(8.5)显然高于普通厌氧反应器中的最佳pH值(7.57.8)，这是由于当IC反应器的容积负荷(以总体积计算)为35 kgCOD/(m3d)时室的容积负荷(以室的体积计算)高达72.0kgCOD/(m3d)，虽然进水在布水系统处得到稀释和缓冲，但仍会使产酸菌产生过多的有机酸，在此区域内对产甲烷菌的活性会产生一定程度的抑制作用，导致反应器底部pH值明显下降(见图3)。与进水pH=7.5时相比，pH=8.5的进水之pH值下降速度慢，最低下降到7.1，随后趋于稳定，因此IC反应器的处理效果明显优于普通厌氧反应器。3结论在进水容积负荷为24.937.52 kgCOD/(m3d)时，IC反应器室对进水C