胡威夷
中國紡織工業設計院，北京　100037

　　摘　要：淀粉生產廢水是高濃度有機廢水，采用以常溫UASB反應器為主要處理單元的生化處理工藝處理、運行。結果表明：該工藝不僅投資省、運行費用低，操作簡便，而且產生可供利用的沼氣，處理后的廢水達標排放，獲得較好的經濟效益和環境效益。
　　關鍵詞：廢水處理；淀粉；厭氧；好氧
　　中圖分類號： X798
　　文獻標識碼：B
　　文章編號：1009-2455(2000)02-0031-03

Application of UASB Reactor under Ambient Temperature in the Treatment of the Waste Water from Starch Production
HU Wei-yi

　　Abstract：The waste water from starch production is a highly-concentrated organic waste water.The result of the application of a biochemical treatment technology using UASB reactor under ambient temperature as the main treatment unit shows that the use of the said technology not only saves investment lowers operational cost and simplifies operration but also produces usable methane ｗhile the waste water after treated can meet the standard before discharged so that good economic and environmental results can be obtained.
　　Key words： waste water treatment； starch； anaerobic?aerobic

　　北京紅星淀粉廠是一家以玉米為原料生產淀粉的中型企業，年產淀粉為6000～7000t，滿足著北京市近70％的淀粉需求。該廠采用亞硫酸法生產玉米淀粉，生產流程主要為：在亞硫酸溶液中浸漬泡玉米籽粒，然后將其破碎，從中分離胚芽，剩余物細磨碎成玉米糊，而后篩分，使粉渣與淀粉、蛋白漿分開，將淀粉、蛋白漿懸浮物分離成淀粉和麩質，最后洗滌淀粉。經過上述各道工序，從玉米籽粒中得到的玉米濕淀粉用作生產干淀粉，胚芽用作生產玉米油，渣用于生產干玉米飼料或用作牲畜的飼料，麩質即可用作飼料，又有用作配制蛋白膏（粉）和谷氨酸的原料。
　　生產過程中廢水主要產生于氣浮槽排水，淀粉洗滌水和玉米浸泡水，除此之外，還有少量地面沖洗水。

1　水量與水質

　　設計水量為500m³/d。原水水質為：COD_Cr：7000mg／L；BOD₅：4000mg/L；SS：500～1000mg/L；總氮：30～120mg/L；pH：4～5；溫度：20～25℃。
　　處理要求：采用北京市頒布的污水綜合排放二級標準，其主要排放指標如下：COD_Cr：≤80mg/L；BOD₅：≤40mg/L；SS：≤ 70mg/L；氨氮：≤25mg/L；pH：6.5～8.5。

2　廢水處理工藝

　　根據同行業廢水治理現狀、技術水平，我們推薦該廠廢水采用厭氧—好氧相結合的處理工藝，厭氧是該工藝的主體，選擇何種厭氧工藝又是關系到治理效果好壞的關鍵。在眾多的厭氧處理工藝中上流式厭氧污泥床（UASB）具有投資較低，容積負荷高，處理效率高的特點。因此我們選用上流式厭氧反應器作為工藝主體構筑物。
　　處理工藝流程為：

3　UASB反應器

3.1　UASB反應器的主要工藝參數為：
　　停留時間：20h
　　容積負荷：8.4kgCOD／(m³·d)?
　　有效容積：420m³(14000×6000×5500)
　　產沼氣量：700m³/d(沼氣純度：50％～60％CＨ4)?
　　COD去除率＞75％
3.2　UASB反應器的主要尺寸如圖1所示。

3.3　UASB的生產性調試
3.3.1　接種污泥
　　UASB反應器的接種污泥取自北京高碑店污水處理廠脫水后的好氧活性污泥，污泥接種量6.0～8.0kgVSS/m³，體積20m³。污泥用水化開并經篩網過濾后，泵入UASB反應器。
3.3.2　UASB反應器的調試
　　① 污泥馴化期：投泥完畢后立即投配淀粉廢水進行浸泡。污泥馴化期內采用間歇進水。待出水COD值降至進水COD值的75％時，再增加進水時間和頻率，并逐步縮短進料的間隔時間，直至連續運行。
　　② 逐步提高負荷：逐步提高進水量，進水量分別為總水量的20％、30％、40％、……90％、100％九個階段進行，以出水COD為主要監控指標，當出水COD在1000mg/L以下并能穩定運行10d后，方可進入下一階段提高水量。
　　連續運行一段時間后，從反應器底部取泥樣觀察，發現了緊密球狀顆料污泥。主要由甲烷八疊球菌組成。粒徑為0.1～0.5 mm，顏色墨黑，邊緣光滑，在清水中有較好的沉降性能。此時有機物容積負荷3.0kgCOD/(m³·d)左右。
　　③ 滿負荷運行期(1996年3月16日～4月30日)：在這個階段，越來越大的水力負荷把大量的沉降性能差的絮狀污泥沖出反應器，形成一層顆粒污泥層。雖然顆粒污泥層厚度開始較小，但顆粒污泥卻因最先得到充足的營養，而能夠迅速地生長，致使厚度不斷增加，最終反應器有機負荷穩定在8.0kgCOD/(m3.d)以上，COD去除率達到84.3%～91.5%。顆粒污泥多為黑色，部分為灰色，顆粒較為均勻，屬絲菌顆粒，大部分直徑為1.0-5.0mm。由此可見，培養和保持高濃度、高活性的足夠數量的顆粒污泥是UASB反應器發揮作用的關鍵所在。

表1 UASB反應器運行數據 實際進水量/（m³.h^-1) 水溫/℃ pH值 進水COD/（mg.L^-1) 出水COD/（mg.L^-1) 去除率/% 30 28 6.5 500 450 91 30 28 6.7 5500 250 90.5 30 　27 6.8 5000 500 90 28 　30 6.5 5000 600 88 30 　29 6.2 5500 650 88.2 30 　28 6.8 3500 550 84.3 30 　31 6.5 4500 450 90 30 　27 6.8 4000 500 87.5 30 　28 6.8 6000 510 91.5 30 　28 7.0 5000 490 90.2

3.3.3　調試期間的監測和控制
　　① pH值：pＨ值顯示了有機酸濃度，堿度和CO₂的綜合效果，是一個重要的、不太敏感的指標。在啟動過程中，反應器內pH值控制在6.8～7.2之間，偶爾pＨ值達到6.6，對處理效果沒有明顯地影響。進水pＨ值在6.0～10.0的范圍內都可以接受的，因為反應器內具有較大的緩沖能力，只要酸性和堿性水不是大量、連續地進入反應器，就不會影響厭氧消化過程。生產過程中，事故排放時酸性增強，此時應加CaCO₃調節。
　　② 堿度：UＡＳB反應器之所以能使pＨ值維持在一個近似中性的條件下，應歸結于堿度的緩沖作用，由于在調試過程中，UASB反應器緩沖能力小，所以加Na₂CO₃或CaCO₃進行調節?考慮到價格問題，采用CaCO₃，進水堿度維持在750mg CaCO₃／L以上，反應器便可有足夠的緩沖能力。
　　③出水COD和COD去除率：調試初期用溶解性COD作為監控指標，以避免污泥流失時對去除效果的干擾，而在滿負荷運行期轉而用混合W控制出水水質。COD去除率是作為提高負荷的依據，只有去除率達到80％以上，并能穩定在這個水平時，提高負荷才是安全的。
　　④運行后：因水力沖刷和沼氣攪拌，使污泥床很快膨脹而造成污泥流失，這種流失形式稱為“膨脹流失”。因接種污泥中那些沉降性能不良的污泥被沖出反應器，而此時污泥床仍存留在反應器內．這種流失形式被稱為“沖刷流失”。
　　膨脹流失對污泥的沉降性能并沒有選擇性，流失持續時間短，往往是高濃度，大流量地流失。流失的污泥和在反應器內的污泥在理化性能、微生物組成方面沒有明顯的差異。沖刷流失的污泥結構松散，有機成分高、產甲烷活性差，和反應器內的污泥有顯著區別，沒有必要回流到反應器。沖刷流失是一種有選擇性的污泥流失，能夠保留住沉降性能好的污泥，以承受高負荷的沖擊，這實際上是一個選優汰劣的主動過程。
　　膨脹流失和沖刷流失在提高有機負荷時表現尤為突出，所以在調試初期提高有機負荷應該慎重，以免造成過多的厭氧菌流失。在調試后期，則有意采取高的水力負荷和產氣負荷運轉，以期去除絮狀污泥，為顆粒污泥爭奪營養提供條件，從而更有利于顆粒污泥的生長。
3．4 影響UASB處理效果的因素
　　①懸浮固體物：淀粉廢水中有時含有大量的玉米粒等固體懸浮物，一些不能生物降解的SS進入UASB反應器會形成浮渣或占據一部分有效容積，并會導致顆粒污泥的解體，使懸浮物質與厭氧微生物混合，將厭氧微生物擠出厭氧反應器，從而降低了厭氧污泥的活性與反應器中的活性厭氧污泥含量。嚴重時浮渣還會結成硬殼，在三相分離器內阻礙沼氣的釋放和收集，甚至會阻塞沼氣管路。由此可見，廢水中懸浮固體物的含量對整個厭氧過程會有很大影響。所以廢水中的SS應先經預沉池去除。
　　②營養：良好的營養條件是產甲烷菌和有關菌群代謝、生長的前提，淀粉廢水中含有豐富的營養物質，在整個調試和正常運行的一年多來，基本上不需加營養物質。
　　③溫度：該工程在調試期間正值冬天，UASB反應器的抗緩沖能力比較弱，廢水在調節池中加熱至30℃左右，再進人UASB反應器，確保反應器的溫度維持在20－25℃；在正常運行時，溫度的變化對UASB的運行影響不大，產氣量的變化也比較小。

4 結論與建議

　　該工程成功地運川常溫UASB生產工藝處理淀粉廢水，并在常溫條件下實現了UASB反應器接種活性污泥的顆粒化，在國內淀粉行業尚屬首次。厭氧處理提供的沼氣使整個污水處理廠能做到能量自給有余。
　　①調試完成之后的滿負荷運行，UASB單池反應器的有機物容積負荷滿足甚至超過設計負荷，COD的去除率大于75％，加上后續工藝的處理，可滿足廢水排放標準。
　　②采用好氧活性污泥接種在UASB反應器內培養出厭氧顆粒污泥。
　　③當UASB反應器緩沖能力比較弱時，污泥流失比較嚴重，這對UASB反應器和后續的好氧處理工藝都會帶來不良的影響，建議在UASB反應器后加一沉淀池，以防反應器污泥的過分流失和加重后續工藝的負擔，并去除出水懸浮物，提高出水水質。
　　另外，污泥返回反應器作進一步分解后，還可減少污泥排放量，加速反應器的污泥積累。特別是在反應器啟動初期，能進行污泥回流，縮短啟動時間。
　　④從沉淀池排出、部分回流至調節罐的污泥，隨廢水再進人UASB反應器時，容易造成UASB反應器進水管的堵塞，建議污泥回流直接至UASB反應器，這樣既可減少進水管的堵塞，又可減少為解決堵塞從進水管放泥的做法，保持污泥床的穩定。

作者簡介：
　　胡威夷(1971－)?男，工程師，學士。