UASB-生物接觸氧化工藝處理果汁生產廢水工程設計*

胡紅偉，馮新園，唐 盟

(1.河南城建學院市政與環境工程學院，河南 平頂山 467036；2.河南城建學院化學與材料工程學院，河南 平頂山 467036)

UASB-生物接觸氧化工藝處理果汁生產廢水工程設計*

胡紅偉1，馮新園2，唐 盟2

(1.河南城建學院市政與環境工程學院，河南 平頂山 467036；2.河南城建學院化學與材料工程學院，河南 平頂山 467036)

針對河南某果汁生產廠產生的果汁生產廢水，采用UASB-生物接觸氧化工藝對之處理，在廢水水量為800 m3/d,進水CODcr≤5000 mg/L、BOD5≤2500 mg/L、SS≤1000 mg/L、pH 3～5情況下，經處理后，出水CODcr≤100 mg/L、BOD5≤30 mg/L、SS≤70 mg/L、pH 6～9，出水水質達到《污水綜合排放標準》(GB8978-96)中一級標準。

果汁廢水；UASB；生物接觸氧化；高濃度廢水

河南省某果汁生產廠主要以蘋果為原料生產濃縮果汁。該果汁生產工藝主要包括原料的清洗與預處理、原料破碎和壓榨提汁、蒸發干燥等步驟。清洗與預處理過程產生清洗用水，破碎和壓榨提汁工藝過程中會產生果渣，澄清、過濾、濃縮以及殺菌工藝和CIP清洗工藝過程產生含有如糖類、有機酸、香精、醇和酯類等大分子有機物廢水。因此，該果汁生產廢水是由酸、堿、消毒劑和高分子有機物組成的高濃度有機廢水，其水質主要特點是水量和水質波動大、廢水有一定的溫度、N和P含量偏低、廢水SS含量較高，多為果品碎屑、泥砂等。為了減輕果汁生產廢水對環境的污染，需對該廢水進行處理。

1 水質與水量

針對該廠實際情況，該處理工程設計水量為800 m3/d。處理后水質應滿足《污水綜合排放標準》(GB8978-96)中一級標準。原水水質及處理后水質情況見表1。

表1 原水水質及出水水質情況

2 廢水處理工藝流程

2.1 工藝流程確定

該果汁廢水有機質多、濃度高且懸浮物含量大，廢水BOD5/CODcr>0.45,可生化性較好，同時在本工程中按高要求設計出水水質。考慮到以上因素，能滿足本項目要求達到的排放標準，且目前成功應用于處理果汁廢水的組合工藝為:生化處理工藝為主體， 配以物化預處理為輔， 結合一定深度處理技術脫色。結合該廠廢水實際水質情況及處理要求等情況，在比較分析的基礎上，確定以UASB-生物接觸氧化為主的處理工藝，具體的工藝流程如圖1所示。

圖1 果汁廢水處理工藝流程圖

2.2 工藝流程說明

果汁廢水經機械格柵截留大塊飄浮物后進入集水池，集水池安裝一級提升泵進入轉鼓微濾機，去除果肉、果屑、果梗等懸浮物。由于原料中夾帶有大量的泥砂，為防止其進入厭氧系統影響厭氧反應過程及增加厭氧系統的有機負荷，在進入厭氧系統前必須給予去除，因此轉鼓微濾機自流出水進入平流式初沉池，沉降的泥砂自壓排出至污泥池。經機械格柵、轉鼓微濾機、初沉池固液分離后的清水自流入調節池對廢水均質均量調節及部分水解酸化，以消除清洗劑對厭氧反應的抑制作用。調節酸化池設導流槽和對流廊道，導流槽對來水均勻分布并使之形成溢流跌曝形式，對流廊道使各路廢水產生對流，原水混合均質。由于果汁廢水呈酸性，會抑制后續厭氧過程，且產甲烷菌不能承受低pH值的環境(UASB反應器運行的最佳pH值為6.8～7.2)。通過向水中加入絮凝劑和石灰經潛水攪拌機機械攪拌，使水中的懸浮物、濁液、膠體(破壞雙電層脫穩)形成大的絮體，同時調節了廢水的pH在適宜范圍，沉淀后調節好的料液采用二級提升泵經脈沖布水器均勻進入UASB厭氧反應器。在產酸菌和產甲烷菌的作用下，將大部分的有機物分解為無機小分子物質和甲烷，剩余污泥進入污泥濃縮池，出水則自流入生物接觸氧化池。生物接觸氧化池內裝填一定數量的填料，利用吸附在填料上的生物膜和充分供應的氧氣,通過生物氧化作用,將廢水中的有機物氧化分解,達到凈化廢水的目的。由于對廢水出水要求較高，為保證接觸氧化池出水達到100 mg/L以下，生物接觸氧化池采用兩級高、低負荷，中間采用中沉池對高、低負荷接觸氧化池進行連接，在二沉池固液分離澄清后，出水自流入清水池達標排放。

污水處理系統產生的污泥(包括沉砂池污泥、UASB厭氧剩余污泥、二沉池污泥)排入污泥濃縮池，經重力濃縮后采用污泥泵提升進入帶式壓濾機脫水，經脫水后的干泥外運填埋處置。

2.3 主要構筑物及設備參數

主要構筑物及工藝參數見表2。

3 調試運行及處理效果

3.1 調試運行

為縮短調試時間，接種污泥直接取自某污水處理廠脫水消化污泥，經篩網過濾后污泥投放到UASB反應器，注入果汁廢水浸泡。啟動初期，采用間歇進水方式，同時使用石灰調節pH值在6.5～7.5(因為甲烷菌活性在酸性條件下會受到抑制，UASB反應器內的最佳pH值為6.8～7.2，應避免反應器酸化現象)，隨后逐步用出水回流調節pH值，控制出水回流比為1∶0.5，菌種經歷休眠、活化、選擇、馴化增殖的過程，待出水COD去除率達到75%以上再增加進水量和進水頻率，并逐步縮短進料的間隔時間，控制COD容積負荷由2.0 kgCOD/(m3·d)逐漸提高到5.0 kgCOD/(m3·d)。每階段以COD去除率為指標，當出水COD去除率10 d內穩定在80%左右時，逐漸增加進水負荷。連續運行5個月后，容積負荷和產氣量漸漸穩定， COD去除率穩定在90%左右，此時鏡檢能看到有大量顆粒化污泥，污泥顏色為灰黑色，且顆粒大小均勻。此時可以認為UASB反應器啟動完成。

表2 主要構筑物及工藝參數

好氧生物接觸氧化段的啟動是在接觸池內加入一定量的活性污泥(與UASB接種污泥取自同一廠)，初始階段悶曝使污泥經過篩選、馴化附著在填料上至填料表面有生物膜出現，污泥呈現黃褐色后逐步加大水量，每曝氣10 h后靜置停留2 h，排出1/3的上清液再補充新污水，經過3個多月的調試，池內填料里面顏色呈灰黑色，池內水清澈，鏡檢生物膜觀察，發現其表面有絲狀菌存在，此時可以認為接觸氧化池進入穩定運行期。

3.2 最終處理效果

根據監測結果得到該工藝處理效果如表3所示。

表3 各構筑物處理效果

注：進水pH 3～5，經中和處理后出水pH 6～9。

從表3可以看出，果汁廢水經該處理工藝處理后，最終出水水質指標達到《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)一級排放標準。

4 經濟效益分析

廢水處理運行成本主要包括動力費、人工費和藥劑費。該廢水處理站總裝機容量186.8 kW，實際運行工作容量150 kW，動力費(廢水處理耗電費)為1 980元/d。廢水處理站設工作人員4人，每人月工資1 100元，則人工費為146.7元/d。藥劑費約為1 000元/d。因此，廢水處理運行費用為3.9元/t。同時，該工程UASB池產生的沼氣甲烷可回收利用，可產生經濟效益每年約20萬元。

5 結論

采用UASB+生物接觸氧化工藝對果汁廢水進行處理，在廢水水量為800 m3/d,進水CODcr≤5 000 mg/L、BOD5≤2 500 mg/L、SS≤1 000 mg/L、pH 3～5的情況下，經處理后，出水CODcr≤100 mg/L、BOD5≤30 mg/L、SS≤70 mg/L、pH 6～9，出水水質達到《污水綜合排放標準》(GB8978-96)中一級標準。該工藝不僅能有效降低廢水中的有機物和懸浮物，而且該工藝運行可靠、管理方便、處理效果好。

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UASB-biological contact oxidation processing treated fruit juice wastewater

HU Hong-wei1， FENG Xin-yuan2， TANG Meng2

(1.SchoolofMunicipalandEnvironmentalEngineering,HenanUniversityofUrbanConstruction,Pingdingshan467036,China； 2.SchoolofChemistryandMaterialsEngineering,HenanUniversityofUrbanConstruction,Pingdingshan467036,China)

Using the UASB- biological contact oxidation combined process to treat fruit juice production wastewater from a juice production plant in Henan province, the quantity of wastewater is 800 m3/d, the influent CODcr≤5000 mg/L, BOD5≤2500 mg/L, SS≤1000 mg/L, pH 3～5, the effluent CODcr≤100 mg/L, BOD5≤30 mg/L,SS≤70 mg/L, pH 6～9. The effluent quality meets the first grade standard of “Integrated Wastewater Discharge Standard” (GB8978-1996).

fruit juice wastewater; UASB; biological contact oxidation; wastewater treatedment

2013年河南城建學院科學研究基金項目(2013JYB004)。

2013-09-29

胡紅偉(1980-)，男，河南平頂山人，碩士，河南城建學院市政與環境工程學院講師。

1674-7046(2014)01-0038-04

X792

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