檸檬酸有機廢水生物處理過程中的試驗探討

　　【摘　要】檸檬酸生產有機廢水處理目前比較成熟、可靠的工藝就是厭氧—好氧二級生化處理技術。通過對某檸檬酸生產企業有機廢水處理過程中的試驗探討,探究了該處理工藝的優點及需要改進的方向,為檸檬酸生產企業對有機廢水處理改造提供了依據。
　　【關鍵詞】檸檬酸;有機廢水;生化處理;試驗
　　〔中圖分類號〕X172　〔文獻標識碼〕A　　〔文章編號〕
　　1、引言
　　檸檬酸生產鈣鹽法提取工藝三廢排放中,以有機廢水對環境的影響最大,因此對有機污水的治理都作為治理的關鍵。對高濃度有機廢水的處理,目前比較成熟、可靠的工藝就是厭氧-好氧二級生化處理技術[1]。
　　某檸檬酸企業是國內檸檬酸生產規模較大的企業,也是對檸檬酸生產有機廢水治理起步較早的企業,經過多年對污水治理工藝的不斷改造已形成較為完善的處理工藝,采用高濃度有機廢水的厭氧消化處理和低濃度有機廢水的二級生化處理工藝。
　　2、檸檬酸有機廢水的組成及水質特性
　　該生產企業雖以玉米取代了早期的傳統發酵原料薯干和木薯,污染程度及治理的難度有所下降,但隨著規模的增大,污水治理仍作為達標排放的重點。在檸檬酸鈣鹽法提取工藝中,檸檬酸廢水排量大,產生污水的崗位多,成分復雜,以發酵殘糖為主的有機成分,因其溶于水,在中和洗糖工序作為廢液而被分離出來,構成有機廢水的主體。除殘糖外,廢水中還含有檸檬酸、蛋白質、聚醚、鹽酸、鈉鹽和鈣鐵鎂等金屬離子以及殘留菌絲體及其它固相懸浮顆粒。試驗監測證明,在諸多污染因子中,廢水中的總氮(TN)、總磷(TP)以及懸浮物(SS)均不是引起超標排放的因子,而生物耗氧量BOD在有機廢水中一般占化學耗氧量COD的40%~50%,且隨著COD的除去相應地下降,因此造成廢水污染的主要是COD。檸檬酸有機廢水的來源及污染特性如表1所示[2]。
　　3、檸檬酸生產有機廢水處理工藝概述
　　該廠采用一級管道厭氧消化的生化處理工藝流程,如圖1所示。
　　高濃度有機廢水首先進入緩沖罐,調整溫度和pH值,然后以適當的流量進入管道厭氧消化器,進行中溫發酵,水力停留時間控制在兩天左右。整個過程分兩個階段進行,即產酸發酵過程和產氣(甲烷)發酵過程。在去除污染的同時,產生了大量再生能源———沼氣,沼氣經氣水分離和脫硫后,進入沼氣貯罐,作為燃料利用。厭氧消化后的低濃度廢水經水封槽與生產中產生的低濃度有機廢水進入二級生化處理工藝,如圖2所示。
　　一次厭氧消化出水和生產中的低濃度有機廢水一同進入調節池,經混合后水質基本達到均一狀態,然后經泵送入厭氧池。在厭氧池內有機物被厭氧微生物降解,產生大量沼氣。廢水自厭氧池末端溢流到沉淀池,經沉降分離除去部分鈣質,同時有機物被繼續降解。沉降下來的污泥利用污泥泵送回厭氧池,上清液匯集至兼氧池。經一級兼氧過度以提高接觸氧化的效率,兼氧池的出水經集水池進入接觸氧化過程。接觸氧化池配備鼓風機,從池底分布鼓風,進行充氧曝氣,使水中的有機物被好氧微生物進一步降解。經過接觸氧化后,好氧出水添加混凝劑在氣浮池內,表面浮泥推入干化場瀝干得到干化污泥,廢水可以基本達標,經自然氧化塘排放。
　   4、廢水處理構筑物的設計
　　緩沖罐
　　按企業檸檬酸生產規模為50tCAM/日計,日產高濃度有機廢水約600m3。采用均衡水質水量,設計2只?5m×4m的緩沖罐用于收集各車間濃糖水,由pH測控儀控制自動投加脫色離交廢堿液調節緩沖罐中濃糖水的pH值。
　　管道厭氧消化器
　　管道厭氧消化器為臥式長筒狀雙封頭容器,碳鋼制成,內部防腐處理,前后端分別設有進、出水口,上部有氣室和沼氣出口,下部設有污泥排放口和回流管。中間設置折流擋板,以改善流體流態。水力停留時間約兩天。
　　調節池
　　按檸檬酸產量50t/日計,日產廢水約1500m3,需建兩個12m×6m,深2.5m的調節池,用于一次厭氧消化出水和生產中的低濃度有機廢水的混合調節,并配有pH自動檢測和調節裝置。
　　厭氧池
　　厭氧池是將升流式厭氧污泥床和厭氧污泥濾池組合為一體的復合厭氧池,設計2個。采用半地下鋼筋混凝土結構,中間多室分隔,上部為4棱柱形,下部為錐體,平面尺寸6m×6m,有效高度6.5m。厭氧池的污泥懸浮層內設2.0m高的軟性組合填料,底部均勻分布4個進水噴嘴,進水噴嘴還同污泥濃縮池相連,為了保證厭氧池內有足夠的污泥量,可將二沉池濃縮污泥回流至厭氧池。厭氧池上部設三相分離器,污水經泥水分離后排出。水力停留時間約兩天。
　　接觸氧化池
　　接觸氧化池采用2座鋼筋混凝土結構,平面尺寸7m×4.2m。有效高度2.7m,分為3個廊道,污水呈推流式前進,空氣由羅茨風機供給,經膜片式微孔曝氣器進水中,接觸氧化池內安裝軟性組合填料,填料層高2.0m,占整個池體積的75%,出水經三角堰溢流進入二沉池。
　　氣浮池
　　為去除廢水中的懸浮物,設計2套氣浮裝置,采用鋼筋混凝土結構,氣浮池直徑為3.0m,有效高度5.0m,頂部裝有活動式推泥機,將表面浮泥推入干化場。利用硫酸鋁作為混凝劑。
　　5、運行試驗結果與分析
　　管道厭氧消化器的運行性能試驗為考查管道厭氧消化器的運行性能,對管道厭氧消化器的啟動,進、出水的水質,處理效果等運行指標跟蹤觀測,結果如下。
　　管道厭氧消化器的啟動
　　厭氧反應器的啟動方式有2種,高負荷低去除率和低負荷高去除率的啟動,前者可縮短啟動時間,但反應器出現酸性的可能性大,后者啟動時間相對長一些,比較穩妥,易于控制,試驗中采用低負荷高去除率的啟動方式。取某酒廠污水處理站消化脫水污泥投入反應器,接種污泥濃度為15.5kg/m3,投泥完畢后開始污泥馴化。啟動初期是一個富集、培養厭氧消化微生物,并使消化器中活性污泥逐步形成與發展的階段。這一時期要注意調整進水的水質和水量,保持較低的平穩的有機負荷,維持適宜的pH值和溫度。在此階段采用每天進水2次,每次進水6h,進水流量4m3/h,CODcr濃度控制在1200mg/L,pH值7~8,進水溫度33℃~35℃。運行試驗結果:CODcr去除率從30%升至70%,出水pH值從5.5升至7左右,表明污泥馴化已逐漸適應檸檬酸廢水。
　　經過一段時間的運行,可見填料上逐漸附著生物膜,填料間開始產生微粒狀污泥。根據運行狀況逐步調低進水pH值,提高有機負荷,增大進水量,每次提高幅度為0.3kg/m3·d,當CODcr空積負荷達到3kg/m3·d時,進水CODcr去除率維持在80%左右。此時反應器內有氣泡上升,觀察污泥呈黑色,含有大量甲烷八疊球菌,污泥中出現少量1mm顆粒狀污泥,認為啟動期結束。整個啟動過程約需60~80天。
　　管道厭氧消化器的穩定運行性能試驗厭氧消化器長期穩定運行性能試驗結果如表2所示。
　　低濃度有機廢水二級生化處理工藝運行性能試驗
　　在高濃度有機廢水厭氧消化穩定運行的條件下,通過對低濃度有機廢水二級生化處理工藝各階段出水水質的檢測,低濃度有機廢水二級生化處理性能試驗結果如表3所示[8]。
　　6、結論
　　高濃度檸檬酸廢水處理的生產性試驗和效果分析證明,該工藝線路集中了目前較為成熟的有機廢水處理技術,運行可靠。
　　投入接種污泥,采用低負荷高去除率的啟動方式,雖啟動時間相對延長,但啟動條件容易控制,運行穩定。
　　管道厭氧消化器運行穩定時,容積負荷為8.2kg/m3·d,污泥濃度穩定在19.75kg/m3,CODcr去除率達到80%。
　　增加一級兼氧池過渡,不僅提高了接觸氧化池的效率,而且兼氧池自身也有一定的除去功能;同時也大大減低接觸氧化池填料結鈣現象,提高了接觸氧化池長期允許的穩定性。可以在填料表面滋生活性良好的生物膜,CODcr總去除率達到90%以上。
　　經過一年多的生產性試驗表明,該廠廢水處理工藝是可行的,處理效果穩定,達到污水綜合排放標準的要求,值得檸檬酸生產企業以及發酵行業推廣及借鑒。
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