[摘 要] 河南?？h某小麥淀粉廠采用EGSB厭氧反應(yīng)器和A/O活性污泥工藝處理高濃度小麥淀粉廢水并對沼氣進(jìn)行凈化提純。在中溫條件下，污水處理整體工藝對廢水中COD、BOD5和SS去除率分別達(dá)98.7%、99.2%、和94.3%，出水水質(zhì)滿足當(dāng)?shù)嘏欧乓?。沼氣?jīng)過凈化提純后，甲烷含量達(dá)到95%以上、硫化氫含量小于20mg.m-3，實(shí)現(xiàn)了沼氣的高值利用。

[關(guān)鍵詞] 小麥淀粉廢水；EGSB厭氧反應(yīng)器；A/O活性污泥；沼氣

[中圖分類號] X703.1 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A

淀粉作為一種重要的化工原料，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于食品、化工、紡織、造紙等行業(yè)[1-2]。淀粉工業(yè)是以小麥、玉米、馬鈴薯、大米等農(nóng)產(chǎn)品為原料生產(chǎn)淀粉或淀粉深加工產(chǎn)品行業(yè)[3]。小麥作為世界上最重要的農(nóng)作物之一，在中國無論是栽培面積還是總產(chǎn)量加工技術(shù)。隨著小麥深加工產(chǎn)業(yè)加工技術(shù)的發(fā)展，雖然，小麥淀粉在生產(chǎn)過程中單位產(chǎn)品耗水量不斷降低，但與此相應(yīng)的是小麥淀粉生產(chǎn)廢水的有機(jī)物濃度也逐漸增加，其主要成分為淀粉、糖類和蛋白質(zhì)。若直接排放，這些高濃度廢水不僅會造成資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，而且也會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。厭氧反應(yīng)過程中，將產(chǎn)生大量的沼氣。這部分沼氣經(jīng)調(diào)壓、脫硫和脫碳等工藝處理后，可能夠滿足天然氣GB17820-1999二類氣指標(biāo)，具備較高的可利用價值。

河南?？h某小麥淀粉廠年產(chǎn)小麥淀粉30萬噸，廢水經(jīng)“EGSB厭氧反應(yīng)器+A/O活性污泥池”工藝處理后，取得了較好地處理效果。EGSB厭氧反應(yīng)器產(chǎn)生的沼氣經(jīng)凈化處理后全部用于燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組，為解決當(dāng)?shù)仉娏Y源短缺提供了一條有效途徑。

1 廢水水量、水質(zhì)

該淀粉廠在淀粉加工過程中，高濃度廢水主要包括A淀粉、B淀粉、谷朊粉脫水工段的工藝廢水和蛋白飼料干燥過程的產(chǎn)生的污冷凝水。廢水經(jīng)收集后首先經(jīng)初沉池沉淀，對廢水中的大塊濾渣進(jìn)行了回收。需要進(jìn)行處理的廢水量約為1 500 m3/d。該廠廢水經(jīng)自建污水處理站處理后送城市集中污水處理廠進(jìn)行處理。經(jīng)實(shí)際監(jiān)測，該廠廢水產(chǎn)生水質(zhì)詳見表1。

2 廢水處理工藝

2.1 工藝流程

由表1可見，淀粉廠廢水中COD和BOD5含量較高，B/C達(dá)到了0.5，可生化性相對較好，廢水中總氮含量也較高。結(jié)合廢水特點(diǎn)，該廠自建污水處理站一座，采用“厭氧膨脹顆粒污泥床工藝（EGSB）+A/O活性污泥池”為主體處理工藝。通過厭氧工藝產(chǎn)生的沼氣，經(jīng)脫硫化氫經(jīng)調(diào)溫、調(diào)壓、脫硫等凈化處理后，得到甲烷含量大于90%的生物天然氣。廢水處理工藝流程見圖1，沼氣處理工藝流程見圖2。

2.2 工藝說明

淀粉廢水首先進(jìn)入初沉池，經(jīng)沉淀大塊濾渣后，再送入調(diào)節(jié)池預(yù)酸化池。在調(diào)節(jié)池內(nèi)調(diào)節(jié)水質(zhì)、水量。經(jīng)調(diào)節(jié)過的廢水由水泵輸送至配水井，根據(jù)工藝需要對pH值和溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)：通過pH調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制廢水酸堿度，通過向套管中通入蒸汽加溫控制水溫為34 ℃～36 ℃。再由泵送至EGSB厭氧反應(yīng)器進(jìn)行厭氧處理。EGSB厭氧反應(yīng)器出水由泵送往A/O活性污泥池，首先在缺氧池中進(jìn)行反硝化將硝酸鹽和亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，再在好氧池中利用好氧微生物進(jìn)一步降解水中的有機(jī)物，同時經(jīng)硝化反應(yīng)去除廢水中的氨氮。二沉池出水最后再送砂濾池通過物理作用進(jìn)一步降低污染物濃度，保證出水達(dá)標(biāo)排放。

厭氧反應(yīng)產(chǎn)生的沼氣含有硫化氫和二氧化碳等氣體，同時含有少量水分。經(jīng)氣柜收集后，首先經(jīng)過調(diào)溫和調(diào)壓，然后經(jīng)脫硫反應(yīng)器去除硫化氫，再經(jīng)變壓吸附器去除二氧化碳，最后經(jīng)脫水成為甲烷含量大于90%的生物天然氣。

3 污水處理站主要構(gòu)筑物參數(shù)

3. 調(diào)節(jié)池

1座，鋼砼機(jī)構(gòu)，容積1 650 m3，停留時間12 h，提升泵3臺（125FMZG-18B），2用1備。

3.2 配水井

2座，鋼砼結(jié)構(gòu)，每座容積120 m3，池內(nèi)設(shè)提升泵3臺，（125 FMZG-18B），2用1備。加熱套管2套，PH調(diào)節(jié)系統(tǒng)2套。

3.3 EGSB厭氧反應(yīng)器

2座，鋼砼結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)COD容積負(fù)荷為20 kg.m-3.d-1，總?cè)莘e2 140 m3。EGSB反應(yīng)器布水系統(tǒng)（SF-BS）8套，三相分離器（SF-FL）32套，汽水分離器（SF-GF）4套，泥水分離器（SF-NF）2套，水封器（SF-SF）2套。循環(huán)水泵（CVD57.5-200A）4臺。

3.4 A/O活性污泥池

2座，鋼砼結(jié)構(gòu)，總?cè)莘e8 000 m3。曝氣系統(tǒng)面積10 80 m2。配備鼓風(fēng)機(jī)（D60-1.6）三臺，2用1備；混合液回流泵（CT55.5-150）2臺，2用1備。

3.5 二沉池

1座，鋼砼結(jié)構(gòu)，輻流式沉淀池，總?cè)莘e760 m3。配備刮吸泥機(jī)（CG-16C）1臺；污泥回流泵（CT53.7-100）3臺，2用1備。設(shè)計(jì)停留時間2小時。表面負(fù)荷0.8 m3.m-2.d-1。

3.6 脫硫塔

2座，總?cè)莘e30 m3，設(shè)計(jì)溫度50 ℃，設(shè)計(jì)壓力0.1 MPa。

3.7 變壓吸附脫碳塔

2座，總?cè)莘e130 m3，吸附劑為氧化鋁，設(shè)計(jì)壓力1.5 MPa。

3.8 燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組

2座，612V190ZLDZ-2型燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組。

4 運(yùn)行情況

根據(jù)該淀粉廠污水處理站的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，EGSB厭氧反應(yīng)器啟動采用的接種污泥為河南省內(nèi)某淀粉廠處理小麥淀粉廢水的UASB反應(yīng)器排放的顆粒污泥，其VSS/TSS=0.69。對EGSB厭氧反應(yīng)器首先進(jìn)行啟動調(diào)試，首先采用間歇進(jìn)水，進(jìn)水COD控制在4000～5 000 mg.L-I左右，pH為6.5～7.5，水溫35 ℃，反應(yīng)器內(nèi)上流速度1.5 m.h-1，回流周期72 h，控制反應(yīng)器有機(jī)負(fù)荷4.0 kg.m-3.d-l。同時監(jiān)測EGSB反應(yīng)器的出水水質(zhì)，當(dāng)反應(yīng)器對廢水COD的去除率達(dá)到90%以后，可再逐漸提高進(jìn)水有機(jī)負(fù)荷。

在提高負(fù)荷同時，需要通過調(diào)整循環(huán)泵流量控制反應(yīng)器內(nèi)上升流速，防止污泥的不必要流失。當(dāng)滿負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行后，反應(yīng)器COD容積負(fù)荷達(dá)到20 kg.m-3.d-1左右，此時進(jìn)水COD為8 000～10 000 mg.L-1，COD去除率可達(dá)到90%。此時，反應(yīng)器底部污泥顆粒分布范圍大部分直徑為1.0～3.0 mm。

A/O活性污泥池工藝采取投加河南某小麥淀粉廠污水站好氧污泥的啟動方式，穩(wěn)定運(yùn)行混合液回流比為250%，污泥回流比一般控制在50%～100%運(yùn)行。EGSB厭氧反應(yīng)器和A/O活性污泥池工藝經(jīng)過半年調(diào)試后進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，目前已穩(wěn)定運(yùn)行2年，穩(wěn)定運(yùn)行后污水處理站處理效果見表2。

根據(jù)表2的實(shí)際運(yùn)行效果可知，采用 EGSB厭氧反應(yīng)器和A/O活性污泥池組合工藝處理小麥淀粉廢水，運(yùn)行較為穩(wěn)定，處理效果良好，該工藝處理后的出水能夠滿足當(dāng)?shù)嘏欧乓螅梢运彤?dāng)?shù)爻鞘形鬯幚韽S進(jìn)行深度治理。

此外，通過了解，當(dāng)每天廢水產(chǎn)生量為1 500 m3.d-1時，生物天然氣產(chǎn)生量約為6 000 m3.d-1，其中硫化氫含量小于 20 mg.m-3，甲烷含量大于 95%，能夠滿足天然氣GB17820-1999二類氣指標(biāo)。企業(yè)自建兩臺燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組，利用副產(chǎn)天然氣進(jìn)行發(fā)電，發(fā)電量為每天15 000度。

5顆粒污泥粒徑的分布

從EGSB反應(yīng)器底部取少量污泥樣品按顆粒粒徑進(jìn)行分類，經(jīng)烘干后稱重，計(jì)算不同粒徑范圍顆粒污泥所占比例?？梢园l(fā)現(xiàn)：EGSB底部顆粒污泥粒徑較大，粒徑大于2.0 mm的約占25%，粒徑在1.0～2.0 mm的占到了70%，小粒徑顆粒污泥約占10%。這表明該小麥淀粉廠廢水處理站的EGSB反應(yīng)器在穩(wěn)定運(yùn)行后，反應(yīng)器底部基質(zhì)濃度較高，顆粒污泥形成情況較好，能夠保證EGSB反應(yīng)器持續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行，沼氣產(chǎn)生量也較為穩(wěn)定。

6 效益分析

該淀粉廠采用EGSB厭氧反應(yīng)器和A/O活性污泥工藝處理高濃度的淀粉廢水并對沼氣進(jìn)行凈化和回用，每年減少 COD排放量約3 500 t。在運(yùn)行過程中，EGSB工程沼氣經(jīng)提純后，最大日產(chǎn)生物天然氣6 000 m-3，每天發(fā)電量15 000度。廢水處理的運(yùn)行費(fèi)用包括廢水處理站總裝機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)電費(fèi)、人工費(fèi)和藥劑費(fèi)等，其中總裝機(jī)的實(shí)際工作功率240.0 kW，電費(fèi)0.60 元.kWh-1計(jì)，則電費(fèi)為 1.2 元.m-3水；勞動定員 6 人，按每人每月2000 元計(jì)，人工費(fèi)為 0.27元.m-3水；藥劑費(fèi)按 2 000 元.t-1，當(dāng)投加質(zhì)量濃度為 200 mg.L-1時，處理藥劑費(fèi)約 0.10 元.m-3水。噸水直接費(fèi)用為1.57元.m-3。

7 結(jié)論

EGSB厭氧反應(yīng)器和A/O活性污泥工藝處理高濃度的淀粉廢水是可行的。當(dāng)廢水COD為8 000～12000 mg.L-1時，小麥淀粉廢水經(jīng)該工藝處理后的出水可以穩(wěn)定滿足當(dāng)?shù)嘏欧乓?。厭氧反?yīng)器產(chǎn)生的沼氣經(jīng)凈化提純處理后，也能夠滿足用于燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的使用要求，能夠產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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