某啤酒有限公司目前生產(chǎn)能力為25×104 t/a，噸啤酒產(chǎn)生廢水量為7～8m3，排放廢水量為6500 m3/d。廢水經(jīng)處理后，要求達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978—1996)的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，其主要水質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表1。
| 項(xiàng)目 | CODCr(mg/L) | BOD5(mg/L) | SS(mg/L) | pH |
| 原水 | 1500～3000 | 800～1600 | 250～1200 | 5～11 |
| 排放標(biāo)準(zhǔn) | ≤100 | ≤30 | ≤70 | 6～9 |
| 注：該廢水中的酵母、酒糟經(jīng)過(guò)回收和綜合利用，故COD、BOD含量降低。 |
2 主要構(gòu)筑物及設(shè)備
?、賃ASB池：由原有的水解/酸化池改造而成，容積負(fù)荷為8.7 kgCOD/(m3·d)，水力停留時(shí)間為7.0 h，設(shè)計(jì)水量為6500m3/d，有效容積為1 870m3。共分12組并聯(lián)運(yùn)行，每組的有效尺寸為13.3 m×8.5 m×5.5 m。三相分離器采用南開(kāi)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院的專利技術(shù)制造。
?、赟BR池：即原有的SBR池，其進(jìn)水包括UASB池出水、低濃度廢水以及鍋爐房排水。SBR池的污泥負(fù)荷為0.17 kgBOD/(m3·d)，周期T為12 h。其中，進(jìn)水時(shí)間為4 h，曝氣時(shí)間為6 h(曝氣從進(jìn)水結(jié)束前2 h開(kāi)始)，沉淀時(shí)間為2 h，排水時(shí)間為1 h，閑置時(shí)間為1 h(有時(shí)視水量而變化)。SBR池的COD去除率達(dá)95%，出水的COD濃度≤20～30 mg/L。SBR池分3組交替進(jìn)水，每組的有效尺寸為38.4 m×16 m×5.4 m。采用螺旋式曝氣器，每個(gè)曝氣器的服務(wù)面積為1.5m2，共297個(gè)。構(gòu)筑物一覽表見(jiàn)表2。
| 構(gòu)筑物 | 結(jié)構(gòu) | 尺寸(m) | 數(shù)量 | 設(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù)及備注 |
| 集水井 | 鋼混 | ￠5×4.6 | 1 | |
| 集水池 | 鋼混 | 8×3.2×3.4 | 1 | |
| 污水泵房 | 磚砌 | 6×8×4 | 1 | |
| UASB | 鋼混 | 13.3×8.5×5.5 | 12系列 | 停留時(shí)間為7 h |
| SBR | 鋼混 | 38.4×16×5.4 | 3系列 | 運(yùn)行周期為12 h |
| 污泥濃縮池 | 鋼混 | 2.8×2.8×3.3 | 3 | 梯形漏斗深為1.5 m |
| 鼓風(fēng)機(jī)房 | 磚砌 | 19.5×6×5.5 | 1 | R363型羅茨鼓風(fēng)機(jī) |
| 污泥脫水機(jī)房 | 磚砌 | 16×9×4.3 | 1 | DYB—XB型帶式壓榨脫水機(jī) |
3 工藝流程
保留原有的SBR工藝，將水解/酸化反應(yīng)池改造成UASB反應(yīng)池的過(guò)程中，同時(shí)實(shí)行清污分流，將冷卻水直接排放，高濃度廢水先經(jīng)過(guò)UASB池處理，出水再與低濃度廢水混合進(jìn)入SBR反應(yīng)池。整個(gè)工藝流程如圖1所示。
4 實(shí)際運(yùn)行效果
4.1 UASB的啟動(dòng)
啟動(dòng)過(guò)程經(jīng)歷了污泥活性恢復(fù)、提高負(fù)荷和滿負(fù)荷進(jìn)水三個(gè)階段。啟動(dòng)于2000年5月開(kāi)始，從成都污水處理廠運(yùn)來(lái)80 t厭氧消化脫水污泥，采用邊用廢水對(duì)泥餅進(jìn)行溶化、稀釋、攪拌，邊向UASB池內(nèi)泵入的方式完成接種污泥的投放。緊接著開(kāi)始進(jìn)水，直到池子被充滿(三相分離器開(kāi)始出水為止)。大約靜置1 d以后，UASB開(kāi)始產(chǎn)氣，說(shuō)明厭氧污泥的活性開(kāi)始恢復(fù)。此后根據(jù)UASB出水的pH值和揮發(fā)酸(VFA)濃度的變化，逐步增加進(jìn)水量，直至達(dá)到滿負(fù)荷。
啟動(dòng)過(guò)程到2000年11月中旬結(jié)束。在此期間，不同進(jìn)水量下的處理效果見(jiàn)表3。
| 進(jìn)水量(m3/d) | 進(jìn)水COD(mg/L) | 出水COD(mg/L) | 去除率(%) |
| 600 | 1156.0 | 317.4 | 72.0 |
| 1000 | 1795.0 | 673.2 | 62.4 |
| 2000 | 2448.0 | 832.0 | 66.0 |
| 2500 | 1572.9 | 701. | 55.4 |
| 3000 | 1739.9 | 613.7 | 64.7 |
| 3500 | 1256.4 | 405.9 | 67.7 |
| 5000 | 1971.4 | 459.9 | 76.7 |
4.2 運(yùn)行情況
由于廠區(qū)占地有限，UASB之前未設(shè)調(diào)節(jié)池，進(jìn)水COD濃度、pH值一天之內(nèi)波動(dòng)很大。在較強(qiáng)的沖擊負(fù)荷下，UASB出水有時(shí)帶出一些絮狀污泥，使其COD增高，在一定程度上影響了出水水質(zhì)，但從總的運(yùn)行來(lái)看，UASB具有較強(qiáng)的抗廢水沖擊能力，處理效果穩(wěn)定，出水COD(混合液)一般在500 mg/L左右，pH在7左右。2001年6月6日對(duì)UASB進(jìn)行了24 h連續(xù)監(jiān)測(cè)，所測(cè)數(shù)據(jù)包括進(jìn)、出水COD濃度、pH值，其中出水COD分別測(cè)混合液和上清液兩種水樣。圖2、3分別為UASB進(jìn)、出水COD和pH值的24 h變化曲線。
UASB正常運(yùn)行后，厭氧出水和鍋爐廢水混合后的COD濃度比以前大大降低，但水質(zhì)波動(dòng)仍然很大(COD濃度在400～1 200 mg/L之間)。盡管如此，SBR的出水COD濃度始終保持在20～40 mg/L之間。從實(shí)際運(yùn)行來(lái)看，該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)改造后，SBR反應(yīng)池運(yùn)行更加穩(wěn)定，出水水質(zhì)較好。圖4為SBR反應(yīng)池進(jìn)、出水COD濃度的變化情況，整個(gè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。
表4 運(yùn)行監(jiān)測(cè)COD值(日平均值)mg/L
| 采樣日期 | UASB | SBR |
| 進(jìn)水 | 出水 | 進(jìn)水 | 出水 |
| 5月5日 | 903.2 | 210.5 | 582.3 | 20.0 |
| 5月6日 | 1781.1 | 459.1 | 657.4 | 24.3 |
| 5月7日 | 1971.4 | 791.8 | 1169.1 | 26.3 |
| 5月8日 | 1660.4 | 450.1 | 1178.1 | 25.6 |
| 5月9日 | 1832.5 | 521.4 | 1110.3 | 27.2 |
| 注：UASB出水有時(shí)帶泥，使所測(cè)數(shù)值過(guò)高。 |
由表4可以看出，滿負(fù)荷運(yùn)行期內(nèi)，UASB的COD去除率為70%～75%，SBR的COD去除率＞95%，排放水各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。
5 分析及總結(jié)
將UASB和SBR兩種處理單元進(jìn)行組合，所形成的處理工藝突出了各自處理單元的優(yōu)點(diǎn)，使處理流程簡(jiǎn)潔，節(jié)省了運(yùn)行費(fèi)用，而把UASB作為整個(gè)廢水達(dá)標(biāo)排放的一個(gè)預(yù)處理單元，在降低廢水濃度的同時(shí)，可回收所產(chǎn)沼氣作為能源利用。同時(shí)，由于大幅度減少了進(jìn)入好氧處理階段的有機(jī)物量，因此降低了好氧處理階段的曝氣能耗和剩余污泥產(chǎn)量，從而使整個(gè)廢水處理過(guò)程的費(fèi)用大幅度減少。采用該工藝既降低處理成本，又能產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。
5.1 沼氣回收
UASB池正常運(yùn)行后，每天產(chǎn)生大量的沼氣，將其回收作為熱風(fēng)爐的燃料，可供飼料烘干使用。UASB去除COD達(dá)7 500 kg/d，以沼氣產(chǎn)率為0.5m3/kgCOD計(jì)算，UASB產(chǎn)氣量為3 500m3/d(甲烷含量為55%～65%)。沼氣的熱值約為22 680kJ/m3，煤的熱值為21 000 kJ/t計(jì)算，則1m3沼氣的熱值相當(dāng)于1 kg原煤，這樣可節(jié)煤約4 t/d左右，年收益約為39.6萬(wàn)元。
5.2 減少處理費(fèi)用
①節(jié)約廢水處理費(fèi)用
SBR池設(shè)計(jì)能力為6 500m3/d，原實(shí)際處理水量為4 000 m3/d，由于原工藝(水解酸化+SBR工藝)短路，相當(dāng)于原水直接進(jìn)入SBR池，使其運(yùn)行周期達(dá)12 h后出水才得以達(dá)標(biāo)排放。隨著啤酒年生產(chǎn)能力的提高，廢水處理量也相應(yīng)增加，原工藝的SBR池處理量要達(dá)到設(shè)計(jì)值(6 500m3/d)并達(dá)標(biāo)排放，就必須增加曝氣時(shí)間?，F(xiàn)工藝經(jīng)改造后，UASB(取代原水解酸化池)作為整個(gè)廢水達(dá)標(biāo)排放的一個(gè)預(yù)處理單元，削減了全部進(jìn)水COD的75%，從而降低后續(xù)SBR池的處理負(fù)荷，使SBR池在廢水處理量增加的情況下，運(yùn)行周期同樣為12 h，廢水也能達(dá)標(biāo)排放。也就是說(shuō)，耗電量并沒(méi)有隨廢水處理量的增加而增加。同原工藝相比較，每天實(shí)際節(jié)約1 500～2 500 m3廢水的處理費(fèi)用，節(jié)約能耗約21.4 萬(wàn)元/a。
?、诠?jié)約污泥處理費(fèi)用
該公司廢水經(jīng)過(guò)UASB處理后，75%的有機(jī)物被去除，使SBR處理負(fù)荷大大降低，產(chǎn)泥量相應(yīng)減少。按原來(lái)的工藝計(jì)算，產(chǎn)泥量達(dá)17 t/d(產(chǎn)泥率為0.3 kg污泥/kgCOD，污泥含水率為80%)，而目前產(chǎn)泥量只有5 t/d(含水率為80%)左右，只有改造前的1/3，污泥處理費(fèi)用大大減少，節(jié)約污泥處理費(fèi)用約為20元/a。
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