厌氧-好氧工艺在味精废水处理中的应用.doc

厌氧-好氧工艺在味精废水处理中的应用

　　味精生产废水的大量排放，对环境造成了严重污染，违背了我国有关环境保护的法律、法规，制约着企业的持续发展。大多数味精生产厂家采用了不同治理措施，但是对高浓度有机废水的治理仍然没有切实可行的方法，不能从根本上解决高浓度有机废水的污染问题。
　　某味精企业集团是国内规模较大的味精生产厂家。其味精产量居全国前茅，产品享誉国内外市场。从1992年开始对味精废水的治理进行研究探索，经过8年的努力，研究开发出味精废水综合治理技术，不仅使高浓度有机废水实现了零排放，而且达到废物资源化，使环保治理由投入型转向效益型，具有广泛的推广应用价值。工程自达标验收至今,运行良好,其中生物厌氧——好氧两种工艺在此工程中得到了良好的运用和体现。现以集团第一污水厂为例说明两种工艺的运行情况。
1、废水水质和水量及排放标准
　　根据味精生产过程中废水所含污染物情况可分成三类：一是高浓度高酸度有机废水即离交尾液；二是其它中高浓度有机废水；三是不需处理直接外排的冷却降温水。 
　　离交尾液是通过离子交换法提取谷氨酸后剩余的“废液”，它既含有丰富的有机质，还含有N、P、K等少量无机盐及其它微量元素。这些物质都是农作物所必需的营养物质，如果得不到合理利用，不仅会对环境造成严重污染，而且使资源白白浪费掉。 
　　淀粉废水、制糖废水除了含有一定的有机污染物质外，还有一些悬浮物质；发酵洗灌废水与离交尾液所含成分基本相同，只是含量较低；精制废水有时呈酸性，有时呈碱性，有机物污染物质含量较高，这五类废水属中高浓度有机废水，必须经过处理后，才能外排。
　　冷却降温水除温度偏高外，不含任何污染物质，可以直接外排。
　　该厂处理的废水主要为离交尾液；淀粉、制糖中的有机废水，以及车间来的精制废水，洗柱水及其他杂水。具体水质水量见表1
表1废水污水排放控制一览表
单位
排放来源
排放量（T/d）
COD（mg/l）
PH
排放去向
发酵
消缸打药
100
800以上
7.0
进UASB→SBR
淀粉
黄浆水、渣皮水、杂水
800
1000以上
4—5
进UASB→SBR
糖一线
洗过滤布水、杂水
50
5000
6—7
进UASB→SBR
糖二线
洗过滤布水、杂水
50
5000
6—7
进UASB→SBR
离
交
上清液
洗柱水
冲洗缸、地板、滴漏
1000
250
50
40000以上
10000以上
10000以上
3.0
4—5
7.0
进生物膜→SBR
精制
洗碳水、杂水
600
800
7—8
进SBR
杂水

1500
60
7
总计

4400

　　根据国家和省环保局要求，验收监测执行《污水综合排放标准》（GB8978—88）中二级新改扩味精行业及综合排放标准，具体的标准值见表2。
表2二级新改扩味精行业及综合排放标准
监测项目
标准值
PH
6—9
SS
200mg/l
COD
350mg/l
NH3—N
25 mg/l
BOD5
200 mg/l
硫化物
1.0 mg/l
色度
8.0

2、废水处理工艺流程见图1.

图1废水处理工艺流程

3、工艺浅析
　　针对该厂的水质特点，在处理时采用了采用分类治理综合利用的技术：高浓度高酸度有机废水即离交尾液通过多效蒸发浓缩、喷浆造粒生产有机无机复混肥，使离交废水实现了“零排放”，又具有良好的经济效益；淀粉废水、制糖废水等其它中高浓度有机废水采用厌氧——好氧生物处理技术，使废水达标排放。高浓度废水厌氧预处理和好氧联合处理工艺。
　　本工艺运行稳定可靠，处理效果好,出水BOD5、COD及其它污染指标（除NH3—N ）均达标排放。污泥生成量少，污泥脱水也比较容易，便于处理。而且本工艺能够承受水量水质变化的冲击负荷，操作运行灵活可靠。本工艺主要包括生物厌氧处理和好氧处理两种技术。
3.1厌氧工艺
　　厌氧技术采用厌氧生物膜法及UASB（上流式厌氧污泥床）两种工艺。
3.1.1生物膜废水处理设施
　　该集团所采用的生物膜废水处理技术对高浓度有机废水（CODcr约20000mg/l，PH约为2）中的CODcr、NH3—N、SO42—、PH等污染均有显著的处理效果，对味精生产产生的离交尾液处理起到较大的作用。
　　但缺陷是工作环境条件较差，有氨气的无组织排放现象存在。
3.1.2厌氧UASB废水处理设施
　　厌氧处理发酵行业高浓度有机废水在我国发展较快且较为成熟。该集体使用的USAB（上流式厌氧污泥床反应器）是近年来开发生产的一种新型高效的污水处理设备，它改变了原来变通厌氧反应器的传统落后技术。新的厌氧反应器在进水方式、布水系统、搅拌混合、三相分离器的设计上都有独到之处，是高、中、低浓度污水处理工程的理想设备。设施运行稳定且回收沼气。UASB具有较高的容积负荷和较短的水力停留时间，属高效新型厌氧装置。该设施处理淀粉，制糖废水，卓有成效。
3.2好氧工艺
　　好氧工艺采用序批式活性污泥（SBR）好氧设施，SBR为目前较先进的有机废水处理工艺。国内已有数座中小型污水处理厂采用处理效果较好，并具有除NH3—N功能。
　　味精行业采用SBR，此为首家。就该集团目前运行情况看,其对味精废水中CODcr、BOD5有较好的处理效果。但由于实际进水NH3—N 浓度远高于设计浓度，使 NH3—N 的去除率结果未达设计目标。好氧设施建成后的试运行时间仍较短，因此应对设施的氨氮去除能力应进一步挖掘，使硝化和反硝化过程更充分进行，提高氨氮去除能力。
4、效益分析
4.1环境效益
单元设施污水治理效益与效果（六日均值）见表3.

表3单元设施污水治理效益与效果单位：mg/l（PH除外）
单位设施
采样位置
第一污水处理厂
COD
NH3—N
SS
SO42-
BOD
PH
提蛋白
离交尾液
60500
15700
42400
45700
—
2.3—3.4
生物膜进水
27200
7490
2390
—
—
9.5—11.4
去除率%
55.0
52.4
94.3
—
—
—
浓缩
冷凝水
113
20.8
136
178
—
7.1—8.8
生物膜
生物膜出水
1680
767
394
1270
—
7.7—8.9
去除率%
93.8
89.7
83.5
—
—
—
厌氧
厌氧进水
11400
—
1720
—
—
5.0—5.8
厌氧出水
581
—
528
—
—
6.9—8.1
去除率%
94.9
—
69.3
—
—
—

好氧进水
1610
349
518
5630
1010
6.3—8.3
好氧
好氧出水
135
177
71
700
28
—
去除率%
91.6
49.3
86.4
87.6
97.4
—
厂排放口监测结果（六日均值）见表4
表4厂排放口监测结果单位：mg/l（PH除外）
排放口
项目
CODcr
NH3—N
SS
SO42-
BOD
色度（倍）
S2-
P H
执行标准值GB8978—88
350
25
200
—
200
80
1．0
6—9
六日均值
119
102
97．2
332
138
25
0.63
7—8
超标率%
0
100
0
—
—
0
0
0
4.2技术经济分析（见表5）
表5技术经济分析万元/月
消

耗
项目类别
第一污水处理厂
菌体蛋白回收
29.1
浓缩
57.0
液肥推广
—
生物膜
9.3
厌氧
13.5
好氧
21.0
折旧
32.0
其它
10
合计
172.1
副产品
回收
菌体蛋白回收
74.2
菌体蛋白回收
20
污泥
—
沼气
6.5
合计
100.7
实际运行费用
71.4

　　该集团三个污水处理厂每月实际运行费用共计129.8万元。吨味精生产水处理费用为129.8元/吨。吨味精售价二零零零年为16200元，废水处理费用占现售价值为0.8％。按进入污水处理厂的生产废水量计算吨水处理费用为3.58元/吨。虽然吨废水处理费用不低，但废水处理费用占味精售价的比值却不高。

厌氧好氧工艺治理柠檬酸废水
　　柠檬酸的生产是通过发酵工艺进行的，其排放的废水含有高浓度的可生物降解有机物，这些有机物多以碳水化合物及其降解产物为主。世界各国对于柠檬酸废水的处理大都采用厌氧—好氧联合处理工艺，而这一工艺的核心——厌氧处理单元，除了采用厌氧接触工艺和厌氧滤 器外，应用最多的还是70年代末开始用于食品发酵工业废水处理的UASB厌氧反应器工艺。
　　1999年10月，某柠檬酸厂（现改名为某生化有限公司）柠檬酸废水治理工程通过了山东省环保局主持的工程验收，工程验收期间厌氧工段CODCr容积负荷Nv≥8.0kgCODCr/(m3·d)，去除率达93.2%，工程CODCr总去除率达98.0%。目前运行稳定，效果良好。现将该工程情况做简要介绍。
　　1 水质、水量的确定
　　根据企业现有排水管路，所排放的废水主要包括浓废水和淡废水两部分，浓废水主要包括废糖水原液和洗糖水。排放废水处理后要求达到《污水综合排放标准》GB 8978—1996味精工业二级标准，废水水质、水量及排放标准详见表1。
表1 废水水质、水量及排放标准
排放废水
水量
（m3/d)
PH值
CODcr
(mg/L)
BOD5
(mg/L)
SS
(mg/L)
氨氮
(mg/L)
浓废水
700
5-5.5
16000
6500
450
60
淡废水
700
5.5-6.0
1500
650
400
10
合计
1400

8750（均值）
3750（均值）
425（均值）
35（均值）
标准值

6-9
300
150
200
25
　　2 工程设计
　　2.1 工艺流程
 由车间排放的浓废水自流至浓水调节池，调节pH后由污水泵提升至UASB反应器，出水一部分回流至浓水调节池，它与UASB反应器形成集调节、厌氧降解为一体的处理系统；一部分自流至曝气调节池与淡废水混合，经曝气后由污水泵提升至沉淀池形成一级好氧系统；此时沉淀池出水已近达标，再自流至接触氧化池、气浮池进行好氧生化和物化处理(见图1)。

　　2.2 设计参数的确定
　　工程设计中着重强化厌氧处理单元，同时好氧工段采用较低的负荷，以稳定剩余污泥，减少污泥排放量，改善污泥脱水性能，具体设计参数见表2。
　　3 处理效果和处理成本
　　3.1 处理效果
　　工程属省控污染治理项目，山东省环保局委托泰安市环保监测站于1999年10月8日—9日进行了为期两天的现场采样、监测。监测项目为pH、CODCr、BOD5、SS、NH3-N、流量共6项，监测频率每天采样4次，均测单样，监测结果见表3。
表２　　处理设施设计参数
设施名称
参数
附属设备
备注
浓水调节池
HRT＝８h
简易石灰中和筛
现石灰投加量200kg/d
污水泵
N=7.5kw，一用一备
UASB反应器
NV=8.0kgCOD/(m3.d)
q=2.25-0.5m3/(m2.h)
三相分离器均匀布水器
设备自制
曝气调节池
HRT=.5h
NV=3.2kgCOD/(m3.d)
微孔曝气器
共300只
污水泵
N=7.5kw,二用一备
竖流式沉淀池
HRT=3.5h
q=1.0m3/(m2.h)

污泥回流比R=30%-35%
接触氧化池
HRT=20hNV=1.0kgCOD/(m3.d)
微孔曝气器
共500只
组合填料
共800m3
气浮池
处理量Q=60m3/h
溶气系统、加药系统等

机房
建筑面积=200m2
风机
N=55kw,利用原有建筑物
污泥浓缩池
有效容积=200m3
污泥浓缩机
因资金所限未上
均质池
有效容积=25m3
泥浆泵

污泥干化池
干化面积=200m2

表3 污水处理工程监测结果
监测点位
监测指标
PH
CODcr
(mg/L)
BOD5
(mg/L)
SS
(mg/L)
氨氮
（mg/L)
流量
（m3/d）
浓废水入口
最高值
5.89
20400
8164
472
69.0
890
最低值
4.66
11000
4395
391
49.2
430
平均值
5.43
16388
6555
421
61.0
675
淡废水入口
最高值
5.47
6385
2623
392
6.0
871
最低值
4.34
182
66
89
3.9
644
平均值
5.21
1481
519
153
5.2
750
总排口
最高值
7.54
220
20.9
104
0.697
1656
最低值
6.80
126
11.2
56
0.338
1124
平均值
7.12
170
15.6
77
0.465
1425
标准值
6-9
300
150
200
25

　　 监测结果表明，治理工程设计合理，处理效果明显，排污口废水中的污染物达到国家规定的相应排放标准。
 3.2 处理成本
　　工程总投资307万元，处理成本主要包括动力费，人员工资、福利，药剂费，工程折旧和设施维修费等，其经济技术指标见表4。
表４　　工程经济技术指标
工程规模
（m3/d)
工程投资
（万元）
工程占地
（m2)
总处理成本
（元／m3)
直接费用
（元／m３）
定员
（人）
COD削减总量
（t/d）
电耗
（kw.h/m3)
1400
307
3200
1.20
0.59
19
10.2
0.93
　　4 工程特点
　　工程设计中结合水力澄清池和IC厌氧反应器的特点对进液布水系统进行了精心的研究，采用8套均匀布水系统（每套服务面积36m2，可独立操作运行，通过人工控制可灵活调节各布水系统水力负荷，也可使整个系统形成脉冲进水）；为提高局部进水点的流速，增强系统布水均匀性，设计采用较小的开孔比（15%）以形成污泥与进液间充分的接触、最大限度地利 用反应器内的污泥和有效容积，防止反应器内形成沟流和死角；对于三相分离器，设计成双层分离隔板，采用适宜的表面负荷q=0.25～0.5m3/(m2·h)和较低的出水堰负荷qL=0.08～0.16L/(m·s)，使三相分离器能保留尽可能多的污泥和排放沼气，提高出水净化效果。
　　由于工程在设计中较好地解决了均匀布水、三相分离等问题，UASB反应器的出水水质澄清、呈青灰色（感官与城市生活污水相似），COD去除率高（平均去除率达94.9%）,启动周期短、调试迅速（三个月），污泥床内形成了颗粒污泥（质软、有韧性，粒径在0.5～1.5mm之间），污泥沉降性能好。整个工程具备以下特点：
　　①生化处理（厌氧、好氧单元）始终处于较高的处理水平，固液分离效果明显，总排口CODCr去除率达98.5%，BOD5去除率达99.6%，SS去除率达97.3%，氨氮去除率达99.0%。
　　②工程厌氧处理系统对温度变化适应性强。整个调试期间水温在25～55 ℃间变化，厌氧处理单元都能达到满意的处理效果。由于生产过程中排放的废水水温较高（80 ℃），根据气温变化，可通过调节淡废水水量将厌氧反应池内的水温控制在适宜的范围内，设计中不需另考虑 热交换设施。
　　③工程厌氧处理系统抗冲击负荷能力强。生产过程中排放的废水量大、呈周期性变化，浓废水CODCr浓度从40000mg/L到5000mg/L不等，每班（8h）为一变化周期，瞬时COD容积负荷从3kgCOD/(m3·d)到35 kgCOD/(m3·d)变化，但只要日平均容积负荷约为8 kgCODCr/(m3·d)，厌氧出水水质就能稳定在1 000 mg/L左右，因此，总排口出水水质波动不大。
　　④接触氧化池出水中有机污染物多以溶解状态存在，经气浮处理COD去除率不高（≤15%），故企业实际运行中气浮设施基本不开，只有当接触氧化池出水COD≥200mg/L时才启动气浮设施，实际运行费用较表4所列数据低。
　　⑤由于进水COD以溶解状态存在，且绝大多数COD是通过厌氧反应去除的，而好氧工段采用 较低的负荷，虽然调节曝气池容积负荷较高［3.2 kgCOD/（m3·d）］,但因活性污泥浓度较高MLSS=6500mg/L），其污泥负荷并不高［0.49 kgCOD/（kgMLSS·d）］，故剩余污泥排放量较低，沉淀池每天排放污泥20m3，厌氧剩余污泥自调试以来(半年)共排放80m3。
　　5 经验与总结
　　① 柠檬酸废水浓度高，厌氧反应池处理效果的好坏是整个工程造价和运行成本高低的关键，为此本工程采用并强化了运行稳定、效果优良的UASB厌氧处理技术，以最大程度 地提高厌氧处理元的CODCr去除率。
　　②以瓜干为原料的发酵废水通过生化处理可以达到较高的COD去除率，但废水中的色度很难解决，最终出水经混凝气浮也难以达到满意的效果，物化工段色度去除率≤30%，氯氧化或臭氧氧化因成本过高未采用，因此工程最终出水澄清但呈黄色，与淡茶水相似。
　　③柠檬酸废水pH较低、呈酸性，在进入UASB前（特别是调试初期）应对其进行调节，使废水呈中性。原设计采用变速中和滤塔调节来水pH，由于企业资金紧张，故尝试在浓水调节池上改用简易石灰筛网。实践表明，该设施运行简单、效果稳定、成本较低，宜于在中、小型废水治理工程中使用。