UASB+A/O工藝處理永固紫廢水冬季調(diào)試運(yùn)行

楊 峰， 鄭 剛， 趙選英， 何尚衛(wèi)， 周騰騰， 蔡國飛

（南京大學(xué) 鹽城環(huán)保技術(shù)與工程研究院， 江蘇 鹽城 224000）

0 引言

永固紫是含咔唑環(huán)三苯二噁嗪的高檔有機(jī)顏料，外觀為藍(lán)光的紫色粉末,不溶于水；幾乎不溶于任何有機(jī)溶劑，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定；不與酸堿等發(fā)生作用，熱穩(wěn)定性好，廣泛應(yīng)用于涂料、塑料、有機(jī)玻璃、橡膠、紡織印花、溶劑量、水性墨、包裝印刷等領(lǐng)域[1]。永固紫生產(chǎn)過程中主要原料為難降解有機(jī)物，如：N-乙基咔唑、四氯苯醌、甲苯等，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水呈現(xiàn)出量大、生物毒性強(qiáng)、色度高等特點，單一的處理方法很難對其進(jìn)行有效的去除[2]。生化系統(tǒng)對此類廢水難以適應(yīng)、馴化慢[3-5]。針對這類含有大量難直接生物降解的廢水，在實際廢水處理過程中常采用厭氧+好氧的組合工藝，以增強(qiáng)廢水對難降解物質(zhì)的去除率。

某企業(yè)地處銀川，采用烷基化—硝化—還原—縮合閉環(huán)—球磨等工藝生產(chǎn)永固紫顏料，銀川冬天晝夜溫差大，運(yùn)行過程中特別注意對整個系統(tǒng)的保溫效果。

1 廢水水質(zhì)及接管標(biāo)準(zhǔn)

企業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生不同種類的廢水，同時各種不同種類的廢水ρ(BOD）/ρ(COD）（可生化性）較低，可生化性差。調(diào)試期間，對各股廢水的水量初步統(tǒng)計，水質(zhì)進(jìn)行了一次隨機(jī)測定，可以看出，企業(yè)生產(chǎn)過程中廢水產(chǎn)生量波動較大，與企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀有關(guān)，且產(chǎn)品生產(chǎn)廢水的可生化性均較差，同時廢水中含有較高濃度的表面活性劑（LAS）。已有研究表明，較高濃度的LAS會抑制生化效果。企業(yè)還有一定量的生活污水，這部分生活污水量約為生產(chǎn)廢水產(chǎn)生量的50%，生化性較好，可以作為優(yōu)質(zhì)碳源來協(xié)同降解難降解污染物。調(diào)試期間，水質(zhì)水量初步統(tǒng)計見表1。

表1 廢水水質(zhì)水量表

企業(yè)廢水經(jīng)處理后達(dá)到園區(qū)工業(yè)污水廠廢水接管標(biāo)準(zhǔn)后，接管進(jìn)入工業(yè)污水廠進(jìn)一步處理。污水廠廢水接管標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 污水處理廠接管標(biāo)準(zhǔn)

2 污水處理工藝

預(yù)處理出水通過調(diào)節(jié)池調(diào)配之后進(jìn)入生化系統(tǒng)[6]，UASB厭氧反應(yīng)池中的厭氧微生物將大分子顆粒物分解為小分子類物質(zhì)，然后通過隨后的水解和好氧階段將污水中有機(jī)物降解從而進(jìn)一步去除廢水COD、氨氮、總磷等指標(biāo)，二沉池進(jìn)行泥水分離，混沉池用來對最終出水COD進(jìn)行把關(guān)控制，達(dá)標(biāo)廢水進(jìn)入外排池[7]。

因地處北方，運(yùn)行過程中特別注意對整個系統(tǒng)的保溫效果。采用蒸汽加熱，在生化調(diào)節(jié)池位置直接對廢水進(jìn)行蒸汽加熱，相比較其它方式熱損更少，加熱更有效。

生化系統(tǒng)產(chǎn)生剩余污泥用污泥泵輸送至污泥池通過板框壓濾，干污泥送有資質(zhì)單位處置。

廢水處理生化工藝流程見圖1。

圖1 污水處理生化工藝流程

3 主要構(gòu)筑物及設(shè)計參數(shù)

3.1 生化調(diào)節(jié)池

生化調(diào)節(jié)池1座，有效容積400 m3，停留時間10 h，預(yù)處理出水自流至污水站生化調(diào)節(jié)池，同時廠區(qū)低濃度廢水、亦送至污水站生化調(diào)節(jié)池，通過曝氣調(diào)節(jié)廢水水質(zhì)。

3.2 UASB厭氧池

均質(zhì)后廢水泵送至UASB,通過厭氧微生物長時間的降解，降低COD。UASB厭氧池自身設(shè)有污泥回流系統(tǒng)，以保證厭氧池池內(nèi)具有一定的上升流速形成污泥床，污泥質(zhì)量濃度（MLVSS）為8 000 mg/L,污泥負(fù)荷為 0.03 kg/（kg·d）。 UASB 厭氧池 1 座 2 組，有效容積3 150 m3，停留時間約為3 d。

3.2 A/O池

廢水經(jīng)厭氧處理后自流至A/O系統(tǒng)，廢水在A/O池兼性厭氧微生物及好氧微生物的作用下，得到有效處理。好氧池污泥質(zhì)量濃度為4 000 mg/L,污泥負(fù)荷 0.036 kg/（kg·d）。A/O 池 1 座 2 組，有效容積 2 750 m3，停留時間 2.7 d。

3.4 二沉池

A/O池后續(xù)接二沉池，廢水自流至二沉池，二沉池的作用主要是將泥水分離，降低廢水濁度，設(shè)有污泥回流系統(tǒng)，將二沉池的污泥回流至A/O池始端，避免A/O池中的污泥濃度降低，微生物含量減少，影響廢水處理效果。二沉池1座，有效容積354 m3，停留時間 9 h，表面負(fù)荷 0.4 m3/（m2·h）.

3.5 混沉池

二沉池出水自流至混凝沉淀池，通過投加PAC，PAM，進(jìn)一步降低廢水的色度和濁度，使得最終廢水能夠達(dá)標(biāo)排放。沉淀池1座，有效容積354 m3，停留時間 14 h，表面負(fù)荷 0.4 m3/（m2·h）出水自流至排放池。

3.6 排放池

混凝沉淀池的出水自流至排放池，排放池主要用于處理出水的指標(biāo)監(jiān)測。排放池1座，有效容積600 m3，停留時間 14 h。

4 工程調(diào)試

4.1 調(diào)試各階段

（1）準(zhǔn)備階段

該階段主要是調(diào)試所需各項條件的準(zhǔn)備。主要包括設(shè)備及池體檢查；運(yùn)行所需要的鐵粉、石灰、PAM、酸堿等藥劑準(zhǔn)備；泵、管道、閥門等各運(yùn)轉(zhuǎn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的保溫措施的檢查；污水站常規(guī)水質(zhì)分析所需要的化驗試劑、儀器、藥品準(zhǔn)備到位并對化驗人員進(jìn)行COD、氨氮、總磷、全鹽、pH值等常規(guī)指標(biāo)的分析培訓(xùn)。

（2）初期階段

該階段主要進(jìn)行清水試車及全過程廢水流通試驗，主要包括清水試車；生化系統(tǒng)投加菌種，接種的污泥來自某城市生活污水處理廠的生化壓濾污泥（含水率80%左右），投加UASB系統(tǒng)活性污泥質(zhì)量濃度為10 000 mg/L，好氧系統(tǒng)為5 000 mg/L[8]。

（3）菌種培養(yǎng)階段

污泥接種后投加葡萄糖和淀粉，投加質(zhì)量簡單計算為1 mg的葡萄糖提供1 mg的COD，在生化調(diào)節(jié)池開啟蒸汽加熱，對生化系統(tǒng)進(jìn)水進(jìn)行加熱，溫度控制在35℃左右。UASB系統(tǒng)葡萄糖投加量按照1 000 mg/L投加，好氧系統(tǒng)葡萄糖投加量按照500 mg/L投加，調(diào)節(jié)曝氣量，開啟混合液回流系統(tǒng)使池內(nèi)污泥混合均勻，培養(yǎng)1周時間。

（4）菌種馴化階段

逐步通入工藝廢水進(jìn)行污泥馴化，此階段進(jìn)水控制ρ（COD）≤ 1 000 mg/L，ρ（氨氮）≤ 50 mg/L，ρ（總磷）≤5 mg/L，pH 值為=7~8，進(jìn)水量≤50 t/d，水溫控制在35℃，回流24 h開啟，當(dāng)COD去除率達(dá)50%左右時，提高進(jìn)水濃度和進(jìn)水量，每次增加不超過50%，重復(fù)上一操作。

4.2 調(diào)試中存在的問題及解決對策

（1）好氧池泡沫過多

調(diào)試初期，好氧池泡沫過多，分析原因可能是污泥馴化初期污泥微生物量少有機(jī)物量短時間內(nèi)過高，微生物無法完全利用導(dǎo)致，粘度增加之后導(dǎo)致在曝氣作用下泡沫變多，調(diào)控曝氣量效果不明顯，同時進(jìn)水中含有表面活性劑，也會造成好氧池產(chǎn)生泡沫過多，針對此問題在上方加裝噴頭，對泡沫進(jìn)行有效的去除，效果明顯。

（2）加熱保溫

北方的氣候晝夜溫差較大，冬天寒冷，溫度對生化微生物生長和降解污染物效果的影響較大，較低的溫度環(huán)境會導(dǎo)致微生物活性降低進(jìn)而影響COD等指標(biāo)的去除率，有必要對泵區(qū)以及生化系統(tǒng)進(jìn)行保溫，因此采取了一定保溫的措施，一是在泵區(qū)加蓋保溫房，二是對生化調(diào)節(jié)池內(nèi)的水用蒸汽管道直接加熱。

5 調(diào)試結(jié)果

5.1 調(diào)試全過程COD變化

各單元COD變化見圖2。

圖2 各單元COD變化

由圖2可以看出生化系統(tǒng)各處理單元的進(jìn)、出水變化，隨著污泥馴化的逐漸成熟生化系統(tǒng)的處理效果逐漸提升，培養(yǎng)初期，向系統(tǒng)內(nèi)通入低濃廢水，2周之內(nèi)系統(tǒng)內(nèi)污水處于置換階段；3周左右時，生化出水COD濃度升高，此時系統(tǒng)內(nèi)充滿低濃廢水，菌種處于馴化階段COD去除率不高；4~6周階段，去除率有明顯的波動，此時菌種處于指數(shù)增長階段，快速繁殖導(dǎo)致內(nèi)源代謝加快，但同時菌種更新?lián)Q代也加快，COD去除率出現(xiàn)波動；6周以后菌種數(shù)量達(dá)到一定值趨于穩(wěn)定，COD去除率保持在較高水平，污泥馴化完畢，最終二沉出水COD質(zhì)量濃度穩(wěn)定在400 mg/L以下，生化系統(tǒng)總體處理效率達(dá)到70%。

5.2 生化微生物鏡檢結(jié)果

生化系統(tǒng)調(diào)試30~35 d左右時的微生物鏡檢見圖3。由圖3可以看出，生化系統(tǒng)經(jīng)馴化后菌群種類豐富，各微生物繁殖旺盛，其中鐘蟲、太陽蟲等代表性微生物數(shù)量繁多，此類微生物只有在生化系統(tǒng)運(yùn)行較好時才會出現(xiàn)，進(jìn)一步說明生化系統(tǒng)調(diào)試成功。

圖3 微生物鏡檢結(jié)果

5.3 系統(tǒng)運(yùn)行效果

系統(tǒng)運(yùn)行效果見表3。

表3 系統(tǒng)運(yùn)行效果

由表3可知，經(jīng)生化調(diào)節(jié)池后，由于生活污水的混合使原先的收集池廢水的ρ（BOD）/ρ（COD）由 0.1提高到0.35以上，可生化性大大加強(qiáng)。COD、總磷等常規(guī)指標(biāo)經(jīng)過系統(tǒng)處理后均能滿足園區(qū)污水廠接管標(biāo)準(zhǔn)。

5.4 運(yùn)行費(fèi)用

系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用包括動力費(fèi)、藥劑費(fèi)、人工費(fèi)等。

生化處理規(guī)模600 t/d，總功率為154.75 kW,電價為0.6元/(kW·h)，動力費(fèi)為3.7元/m3；

藥劑費(fèi)主要包括PAC，PAM，Ca(OH)2等，PAC投加量為 100 kg/d，為 1 000元/t，PAM 投加量為15 kg/d，為 8000 元/t，Ca(OH)2投加量為 150 kg/d，為 500 元/t，則藥劑費(fèi)用共計295元/d，即為0.49元/m3；

人工費(fèi)按照二班運(yùn)轉(zhuǎn)制度，每班3人，化驗室2人，負(fù)責(zé)人1人，共9人。工資按照3 000元/（月·人）計算，則人工費(fèi)為900元/d，即為0.9元/m3。則總運(yùn)行費(fèi)用為5.09元/m3。

6 結(jié)論

（1）大生化模式使全過程處理成本降低，UASB+A/O工藝處理效果好，適用于處理永固紫此類水量大、水質(zhì)波動大的廢水，是目前該類廢水處理的主要工藝。

（2）針對北方冬天溫度低的特點，采用在調(diào)節(jié)池直接蒸汽加熱的方式，減少熱損，降低了能耗，同時使加熱更有效。

（3）在冬季低溫時，對廢水進(jìn)行加熱，階段性提高進(jìn)水濃度可以使生化污泥馴化加快，系統(tǒng)啟動和運(yùn)行時間可縮短至40 d。

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