UASB+CASS工藝在處理乳業(yè)廢水中的應(yīng)用

史學(xué)峰　向　怡　劉　輝

(中國輻射防護研究院，太原　030006)

UASB+CASS工藝在處理乳業(yè)廢水中的應(yīng)用

史學(xué)峰向怡劉輝

(中國輻射防護研究院，太原030006)

【摘要】本文從厭氧和好氧反應(yīng)機理出發(fā)，結(jié)合項目實例，對于乳業(yè)廢水采用UASB+CASS工藝的處理效率、穩(wěn)定性、可靠性、經(jīng)濟性等方面進(jìn)行論證，最終得出結(jié)論為此工藝是治理乳業(yè)廢水較為先進(jìn)、成熟、可靠的方法。

【關(guān)鍵詞】乳業(yè)廢水；厭氧和好氧；UASB+CASS

中圖分類號：X21

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：碼：A

文章編號：號：1673-288X(2015)05-0106-04

Abstract：This paper from the anaerobic and anaerobic-aerobic reaction mechanism，combined with project example，embarks the treatment of dairy industry wastewater by UASB+CASS process efficiency，stability，reliability，economy and so on，finally has the conclusion that dairy wastewater process is advanced，mature and reliable method.

Keywords：dairy industry wastewater；anaerobic and anaerobic-aerobic；UASB+CASS

作者簡介：王建芳，碩士，礦建工程師，主要研究方向為采礦和礦建

1引言

據(jù)統(tǒng)計我國年人均牛奶消耗量為6.6公斤，現(xiàn)在每年仍以3%的速度在增長。目前處理乳業(yè)廢水多采用水解酸化+好氧工藝，多存在處理流程長、基建及運行費用過高或處理效果不穩(wěn)定等問題1。而UASB+CASS處理乳業(yè)廢水工藝是在普通厭氧+好氧生化基礎(chǔ)上改良而來的治理工藝，UASB為高負(fù)荷的厭氧反應(yīng)處理工藝，而后銜接改良型SBR工藝，一池多用，減少了基建及運行成本和污泥產(chǎn)出量，該工藝的對乳業(yè)廢水處理具有出水水質(zhì)良好，處理效果穩(wěn)定的特點3。本文經(jīng)過查閱大量資料和調(diào)研，確定處理工藝為UASB+CASS，并主要針對UASB+CASS工藝在處理乳業(yè)廢水中的應(yīng)用進(jìn)行論述。

2乳業(yè)廢水來源及組成

某乳業(yè)(太原)有限公司是一家生產(chǎn)液體奶的乳飲品企業(yè)。其生產(chǎn)工藝過程中產(chǎn)生的廢水主要來源于容器、管道、設(shè)備清洗所產(chǎn)生的高濃度廢水，生產(chǎn)車間與場地清洗產(chǎn)生低濃度廢水。

根據(jù)其生產(chǎn)規(guī)模確定廢水排放量為3000m3/d。由于某乳業(yè)(太原)有限公司還在建設(shè)中，所以無廢水監(jiān)測資料。但根據(jù)同樣生產(chǎn)液體奶的某乳業(yè)(寶雞)公司和山西某乳業(yè)公司廢水的監(jiān)測結(jié)果，確定某乳業(yè)(太原)公司的生產(chǎn)廢水設(shè)計水質(zhì)參數(shù)見表1。

表1　乳業(yè)廢水水質(zhì)參數(shù)情況表　mg/L

3厭氧、好氧反應(yīng)機理

3.1　厭氧反應(yīng)機理

有機物的厭氧降解主要分以下四個階段：①水解階段：復(fù)雜的顆粒物被轉(zhuǎn)變?yōu)榈头肿恿康娜芙庑曰衔铩＂谒峄A段：在水解階段產(chǎn)生的溶解性化合物被發(fā)酵菌所吸收，經(jīng)過酸化被分解成簡單有機物。③乙酸化階段：酸化的產(chǎn)物將被轉(zhuǎn)化為供產(chǎn)生甲烷的最終產(chǎn)物：乙酸和氫氣。污水中70%的COD轉(zhuǎn)化為乙酸。④甲烷化階段：產(chǎn)甲烷菌將乙酸轉(zhuǎn)化為CH4和CO2，利用H2還原CO2成CH4。

3.2　好氧反應(yīng)機理

好氧生物處理是在有游離氧(O2)存在的條件下，好氧微生物降解有機物，使其穩(wěn)定、無害化的處理方法。微生物利用廢水中存在的有機污染物(以溶解狀與膠體狀的為主)，作為營養(yǎng)源進(jìn)行好氧代謝。

4UASB、CASS工藝簡述

4.1　UASB工藝簡述

升流式厭氧污泥床UASB( Up-flow Anaerobic Sludge Bed)工藝由于具有厭氧過濾及厭氧活性污泥法的雙重特點，作為能夠?qū)⑽鬯械奈廴疚镛D(zhuǎn)化成再生清潔能源——沼氣的一項技術(shù)。對于不同含固量污水的適應(yīng)性也強，且其結(jié)構(gòu)、運行操作維護管理相對簡單，造價也相對較低，技術(shù)已經(jīng)成熟，廣泛應(yīng)用于高濃度有機廢水的處理。

4.1.1UASB工作原理

UASB由污泥反應(yīng)區(qū)、氣液固三相分離器(包括沉淀區(qū))和集氣室三部分組成。在底部反應(yīng)區(qū)內(nèi)存留大量厭氧污泥，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥層。要處理的污水從厭氧污泥床底部流入與污泥層中污泥進(jìn)行混合接觸，污泥中的微生物分解污水中的有機物，把它轉(zhuǎn)化為沼氣。沼氣以微小氣泡形式不斷放出，微小氣泡在上升過程中，不斷合并，逐漸形成較大的氣泡，在污泥床上部由于沼氣的攪動形成一個污泥濃度較稀薄的污泥和水一起上升進(jìn)入三相分離器，沼氣碰到分離器下部的反射板時，折向反射板的四周，然后穿過水層進(jìn)入集氣室，集中在氣室的沼氣用導(dǎo)管導(dǎo)出，固液混合液經(jīng)過反射進(jìn)入三相分離器的沉淀區(qū)，污水中的污泥發(fā)生絮凝，顆粒逐漸增大，并在重力作用下沉降。沉淀至斜壁上的污泥沿著斜壁滑回厭氧反應(yīng)區(qū)內(nèi)，使反應(yīng)區(qū)內(nèi)積累大量的污泥，與污泥分離后的處理出水從沉淀區(qū)溢流堰上部溢出，然后排出污泥床。

4.1.2UASB高負(fù)荷率的原因

UASB具有高的容積有機負(fù)荷率，其主要原因是設(shè)備內(nèi)，特別是污泥層內(nèi)保有大量的厭氧污泥。工藝的穩(wěn)定性和高效性很大程度上取決于生成具有優(yōu)良沉降性能和很高甲烷活性的污泥，尤其是顆粒狀污泥。

4.1.3UASB的設(shè)計

UASB的工藝設(shè)計主要是計算UASB的容積、產(chǎn)氣量、剩余污泥量、營養(yǎng)需求的平衡量。UASB的池形狀有圓形、方形、矩形。污泥床高度一般為3～8m，多用鋼筋混凝土建造。當(dāng)污水有機物濃度比較高時，需要的沉淀區(qū)與反應(yīng)區(qū)的容積比值小，反應(yīng)區(qū)的面積可采用與沉淀區(qū)相同的面積和池形。當(dāng)污水有機物濃度低時，需要的沉淀面積大，為了保證反應(yīng)區(qū)的一定高度，反應(yīng)區(qū)的面積不能太大時，則可采用反應(yīng)區(qū)的面積小于沉淀區(qū)，即污泥床上部面積大于下部的池形。三相分離器是污水厭氧處理裝置UASB的關(guān)鍵設(shè)備，設(shè)計合理的三相分離器能大大提高污染物的去除效率。

4.1.4UASB工藝的優(yōu)點

①UASB內(nèi)污泥濃度高，平均污泥濃度為20～40gVSS/L；②有機負(fù)荷高，水力停留時間短，采用中溫發(fā)酵時，容積負(fù)荷一般為10kgCOD/m3·d左右；③無混合攪拌設(shè)備，靠發(fā)酵過程中產(chǎn)生的沼氣的上升運動，使污泥床上部的污泥處于懸浮狀態(tài)，對下部的污泥層也有一定程度的攪動；④污泥床不填載體，節(jié)省造價及避免因填料發(fā)生堵塞問題；⑤UASB內(nèi)設(shè)三相分離器，通常不設(shè)沉淀池，被沉淀區(qū)分離出來的污泥重新回到污泥床反應(yīng)區(qū)內(nèi)，通常可以不設(shè)污泥回流設(shè)備。

4.2　CASS工藝簡述

循環(huán)式活性污泥系統(tǒng)CASS(Cyclic Activated Sludge System)工藝是近年來國際公認(rèn)的處理生活污水及工業(yè)廢水的先進(jìn)工藝。該工藝是在序批式活性污泥法(SBR)和氧化溝技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的先進(jìn)技術(shù)，剩余污泥量比傳統(tǒng)活性污泥法和普通的SBR少得多；運行穩(wěn)定，操作管理簡便；可只針對含碳有機質(zhì)，也可實現(xiàn)脫氮除磷；占地省，能耗低。

4.2.1CASS工作原理

CASS池分預(yù)反應(yīng)區(qū)和主反應(yīng)區(qū)，在預(yù)反應(yīng)區(qū)中廢水中溶解性有機物質(zhì)能通過酶反應(yīng)機理而迅速去除。預(yù)反應(yīng)區(qū)可以恒定容積，也可以變?nèi)莘e運行，回流污泥中的硝酸鹽可在此進(jìn)行生物脫氮，預(yù)反應(yīng)區(qū)還可以防止產(chǎn)生污泥膨脹。

CASS池主反應(yīng)區(qū)后部安裝撇水裝置，進(jìn)水、曝氣、沉淀、撇水、閑置在同一池子內(nèi)周期循環(huán)運行，開始時，由于進(jìn)水，池中的水位由某一最低水位開始上升，在經(jīng)過一定時間的曝氣和混合后，停止曝氣，以使活性污泥進(jìn)行絮凝并在一個靜止的環(huán)境中沉淀，在完成沉淀后，由一個移動式撇水裝置排出已處理的上清液，使水位下降至池子設(shè)定最低水位，然后再重復(fù)上述全過程。為了保持CASS池一個合理的污泥濃度，需要根據(jù)產(chǎn)生的污泥量來排出剩余污泥，排出剩余污泥一般在沉淀階段結(jié)束后進(jìn)行，排出污泥濃度可達(dá)10g/L。因此與其它活性污泥法相比，CASS池排出剩余污泥體積最小。

4.2.2CASS工藝的優(yōu)點

①工藝流程簡單，占地面積小，投資較低。②生化反應(yīng)推動力大。③沉淀效果好。④運行靈活，抗沖擊能力強，可實現(xiàn)不同的處理目標(biāo)。⑤不易發(fā)生污泥膨脹。⑥剩余污泥量小，性質(zhì)穩(wěn)定。

4.2.3CASS的設(shè)計

①曝氣方式的選擇：CASS工藝可選擇多種曝氣方式，但在選擇曝氣頭時要盡量采用不堵塞的曝氣形式，如穿孔管、水下曝氣機、傘式曝氣器、螺旋曝氣器等。采用微孔曝氣時應(yīng)采用強度高的橡膠曝氣盤或管，當(dāng)停止曝氣時，微孔閉合，曝氣時開啟，不易造成微孔堵塞。此外，由于CASS工藝自身的特點，選用水下曝氣機還可根據(jù)其運行周期和DO等情況適當(dāng)開啟不同的臺數(shù)，達(dá)到在滿足廢水要求的前提下節(jié)約能耗的目的。②排水方式的選擇：CASS工藝的排水要求與SBR相同，目前，常用的設(shè)備為旋轉(zhuǎn)式撇水機，其優(yōu)點是排水均勻、排水量可調(diào)節(jié)、對底部污泥干擾小，又能防止水面漂浮物隨水排出。

5UASB+CASS組合工藝流程

根據(jù)乳制品廢水可生化性高的特點，采用厭氧+好氧流程。在厭氧階段采用上流式厭氧污泥床(UASB)工藝，利用UASB反應(yīng)器高微生物濃度、高容積負(fù)荷等特點，使經(jīng)過預(yù)處理的廢水中的大部分有機污染物在此階段被分解去除。

好氧系統(tǒng)采用循環(huán)式活性污泥系統(tǒng)(CASS)工藝。CASS工藝系統(tǒng)的前置裝置——生物選擇器正好符合UASB厭氧系統(tǒng)出水的厭氧條件，在厭氧或缺氧條件下，生物選擇器抑制絲狀菌的過度增長，防止產(chǎn)生污泥膨脹。通過控制曝氣強度以使反應(yīng)器中主體溶液處于好氧階段，最終完成降解有機物的過程，達(dá)到去除有機物的目的。在CASS工藝中，一池多用，能同時進(jìn)行有機物的降解、硝化，反硝化過程，從而達(dá)到深度處理的效果。

5.1　工藝流程

廢水通過粗、細(xì)格柵后進(jìn)入調(diào)節(jié)池均質(zhì)均量，調(diào)節(jié)池中充氧預(yù)曝氣，防止污泥沉淀并對進(jìn)水進(jìn)行預(yù)處理。然后經(jīng)過氣浮池去除水中的懸浮物和油類后進(jìn)入UASB反應(yīng)器，進(jìn)行厭氧處理，為后續(xù)工藝提供可靠保證，可大幅度縮短處理時間，減輕后續(xù)處理構(gòu)筑物負(fù)荷，廢水從UASB反應(yīng)器自流至CASS反應(yīng)器進(jìn)行缺氧、好氧處理，處理后的廢水可達(dá)標(biāo)排放。UASB反應(yīng)器產(chǎn)生的CH4氣體經(jīng)過火炬燃燒器燃燒(有條件情況下可作為清潔能源回收利用)。UASB反應(yīng)器和CASS反應(yīng)器產(chǎn)生的污泥進(jìn)入污泥濃縮池，然后經(jīng)過壓濾機制成泥餅外運。

5.2　UASB+CASS組合工藝的特點

①有機負(fù)荷高，COD去除率高；②布水均勻，能保證微生物與基質(zhì)的充分接觸；③抗沖擊負(fù)荷能力強；④容積產(chǎn)氣率高，能耗很低；⑤整個系統(tǒng)完全自控，設(shè)置全自動防酸化保護系統(tǒng)，不會出現(xiàn)酸化現(xiàn)象；⑥系統(tǒng)占地小，為其它厭氧系統(tǒng)的60%左右；⑦運行穩(wěn)定，處理效果好，管理簡單；⑧由于采用靜止沉淀，出水水質(zhì)較其它處理好；⑨好氧微生物富集簡單，系統(tǒng)啟動容易；⑩系統(tǒng)除對有機物有很好去除外，對N、P的去除也較高；系統(tǒng)氧的利用率高，能耗較其它處理低15%左右；系統(tǒng)不易出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象。

6各工藝單元處理效果

以表1中某乳業(yè)(太原)公司的生產(chǎn)廢水設(shè)計水質(zhì)參數(shù)作為污水處理站進(jìn)水參數(shù)，出水要求達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)一級標(biāo)準(zhǔn)濃度限值的要求進(jìn)行計算分析。各工藝單元主要污染物去除效果見表2。

表2　各工藝單元主要污染物去除效果一覽表

7結(jié)論

①采用本工藝技術(shù)路線，突出了兩類生化處理技術(shù)的優(yōu)勢，具有運行費用低，厭氧階段和好氧階段幾乎無需人工操作，操作管理方便等優(yōu)點。②在預(yù)處理階段采用氣浮工藝，可預(yù)先去除廢水中的大部分油脂、膠狀物以及固體懸浮物，較大幅度地降低廢水中的BOD5和COD的濃度，從而減輕后續(xù)生化處理的負(fù)荷，提高處理效率。③CASS工藝的每一個周期的不同階段均得到優(yōu)勢菌種的凈化作用，出水水質(zhì)優(yōu)于一般二沉池。④從實際運行看，采用UASB+CASS處理工藝處理乳制品廢水，處理效果穩(wěn)定，CODcr、BOD5、SS、NH3-N和動植物油去除率高。平均出水水質(zhì)能滿足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)一級標(biāo)準(zhǔn)濃度限值的要求。綜上所述，UASB+CASS工藝處理乳業(yè)廢水是目前較為先進(jìn)、成熟、可靠的方法。

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Application of UASB+CASS Technology in the Treatment of Dairy

Industry Wastewater

SHI XuefengXIANG Yi LIU Hui

(China Institute for Radiation Protection，Taiyuan，030006，China)

《環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展》簡介

環(huán)境保護部主管和環(huán)境保護部環(huán)境與經(jīng)濟政策研究中心主辦的《環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展》(原《環(huán)境科學(xué)動態(tài)》，CCSCI來源期刊，全國中文核心期刊)于1976年創(chuàng)刊，現(xiàn)已加入“中國學(xué)術(shù)期刊(光盤版)全文收錄期刊”、“中國期刊全文數(shù)據(jù)庫(CJFD)全文收錄期刊”、“萬方數(shù)據(jù)-數(shù)字化期刊群全文收錄期刊”、“中國學(xué)術(shù)期刊綜合評價數(shù)據(jù)庫(CAJCED)統(tǒng)計源期刊”、“中文科技期刊數(shù)據(jù)庫(全文版)收錄期刊”。

2011年6月第三期本刊改版并定位為“國家級政策指導(dǎo)性學(xué)術(shù)期刊”，依據(jù)從環(huán)境保護的視角報道可持續(xù)發(fā)展理論與實踐辦刊宗旨，創(chuàng)新設(shè)置“理論戰(zhàn)略探索”、“政策專題研究”、“法律法規(guī)研討”、“典型案例解析”、“研究動態(tài)瞭望”、“研究成果報道”、“生態(tài)文明之窗”等欄目。本刊底蘊深厚尤其自2011年改版以來一直發(fā)揮集中選題的宣傳優(yōu)勢，提前發(fā)布選題，開展征稿組稿，期刊學(xué)術(shù)質(zhì)量顯著提高。據(jù)知網(wǎng)《中國學(xué)術(shù)期刊影響因子年報(自然科學(xué)與工程技術(shù)(2014版)》，我刊學(xué)術(shù)影響因子顯著大幅度提高。由2011年0.831和2012年1.030，提高到2013年逼近2.000大關(guān)，為1.971，名列環(huán)境保護部主管期刊第一名。在全國收錄環(huán)境科學(xué)類66種期刊中排位第6名，其中2012年位列全國第18名，2011年第29名，2010年第33名。

2015年本刊緊緊圍繞中共中央國務(wù)院《關(guān)于加快推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的意見》要求，以全面建成小康社會、全面深化改革、全面依法治國、全面從嚴(yán)治黨的戰(zhàn)略布局為統(tǒng)領(lǐng)，重點以深化生態(tài)文明體制改革和加快建立生態(tài)文明制度體系，建設(shè)美麗中國為議題，策劃選題。2015年擬重點選題：生態(tài)文明制度體系、大氣環(huán)境質(zhì)量管理、機動車污染防治、水污染防治、土壤污染與修復(fù)、環(huán)境外交、環(huán)境與健康、農(nóng)村環(huán)境保護、環(huán)境風(fēng)險防范與應(yīng)急管理、固體廢棄物環(huán)境管理、環(huán)境產(chǎn)業(yè)、污染減排重點以及環(huán)境與貧困等。請各界人士能予以關(guān)注并不吝賜稿，同時歡迎相關(guān)單位及課題組協(xié)辦專欄或者專刊。

《環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展》學(xué)術(shù)影響因子逼近2.000

位列環(huán)境保護部主管期刊第一名

在全國收錄環(huán)境科學(xué)類66種期刊中排位第六名

據(jù)知網(wǎng)2014年12月16日發(fā)布的《中國學(xué)術(shù)期刊影響因子年報(自然科學(xué)與工程技術(shù)(2014版)》，我刊學(xué)術(shù)影響因子顯著大幅度提高。由2011年0.831和2012年1.030，提高到2013年逼近2.000大關(guān)，為1.971，名列環(huán)境保護部主管期刊第一名。在全國收錄環(huán)境科學(xué)類66種期刊中排位第6名，其中2012年位列全國第18名，2011年第29名，2010年第33名。

引用文獻(xiàn)格式：王建芳.煤礦井下采礦技術(shù)存在問題及優(yōu)化措施探討[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2015，40(5)：110-112.