UASB-ABR-MOAO工艺在果汁废水处理中的应用
1 工程概况
山东省乳山市郊区某果汁企业的废水处理厂设计处理水量为8 000m3/d,COD≤7 000mg/L,BOD5≤3 000mg/L,SS≤2 400mg/L,氨氮≤40mg/L,pH为2~12。经处理后废水出水水质达到《山东省半岛流域水污染物综合排放标准》(DB 37/676-2007)[1]中表3的一级排放标准及鲁质监标发[2011]35号[2]限值,即COD≤50mg/L,BOD5≤10mg/L,SS≤20 mg/L,氨氮≤6mg/L,总磷≤0.5mg/L,pH为6~9。采用工艺流程如图1所示。
图1 废水处理工艺流程
2 主要构筑物及设备参数
2.1 调节池
半地上式,来水可分为生产水(生产蒸发水、生产线设备清洗水,此种水无泥砂)和洗果水(原料在料台清洗过程中产生的废水,此水含有大量泥砂)。生产水经过格栅机、微滤机过滤后即可进入生产调节池,而洗果水则依次经过格栅机、旋流除砂器、微滤机,然后才能进入洗果调节池。
(1)生产调节池,HRT为8.6h,有效容积为1 980m3,池内安装3台潜污泵(Q=120m3/h,H=17m,N=11kW)(2用1备),搅拌机2台(N=18.5kW)。
(2)洗果调节池,HRT为10.7h,有效容积1 125m3,池内安装2台潜污泵(Q=110m3/h,H=18m,N=11kW)(1用1备),搅拌机2台(N=7.5kW)。
这两座调节池由人工依据在线pH检测仪来投加NaOH溶液调节pH。潜污泵等电器开关及相应阀门也均是人工现场开启与关闭。UASB自流进入ABR,ABR自流进入MOAO,然后自流进入二沉池,二沉池自流进入中间水池。中间水池水经泵进入气浮池(后期增加),然后再次自流直至排放。
2.2 UASB池
半地上式,HRT为23h,有效容积为5 292m3,内回流泵8台(单台Q=100 m3/h,H=9 m,N=4kW)。
UASB分成2组,每组4格,共8个独立的分格,配1台脉冲布水器。每格配1台回流泵。回流泵通过穿孔管将池底部泥水泵至上部,进而形成泥水的搅拌混合。这既可以用于启动时期的搅拌,也可作为在中后期水量小时流速的补充。
2.3 ABR池
半地上式,HRT为12.5h,有效容积为4 180m3,回流泵2台(单台Q=150m3/h,H=7m,N=5.5kW)。分2组,分别配1台回流泵,当ABR跑泥严重时,可以由后端向前端回流。
2.4 MOAO池
MOAO池内末端M段(M段为末端膜段)设置组合填料,其余池内则是活性污泥。整池采用微孔曝气盘曝气,分成独立2组,每组有4个隔间,流程依次为上进下出、上进下出、水堰上出。通过控制曝气阀门,将中间一部分做成水解池,前后段分别为好氧部分。另外,末端设置回流泵,泥水可回流至前端。
MOAO有效容积为9 302.4m3。O段+M段的HRT为20.79h,A段HRT为7.11h。O段污泥浓度设计量为2 500 mg/L。污泥回流比为65%~150%,气水比为15∶1~20∶1。罗茨风机4台,N=37kW,风量32~37m3/min(3用1备)。
2.5 二沉池
中进周出,澄清区容积为946.85m3,水力停留时间为2.8h,表面负荷为0.9m3/(m2·h),重力排泥。刮泥机1台,N=2.2kW。
2.6 中间水池
有效容积为500.5m3,HRT为1.8h。此水池为以后使用达标排放水,进行绿化等使用而预置。另外,为了防止有泥沉积而设置了穿孔曝气管,可以将沉积物搅拌排出。
3 泥水管路说明
为满足需要,在设计中增加了部分管路的功能。这里要特别说明的是:ABR的泥水可以通过现有的回流泵和阀门控制进入UASB,以补充其泥量;二沉池的泥水可通过管路和阀门控制回流进入MOAO;各池的泥水都可经阀门控制排入污泥浓缩池,再通过带式压滤机浓缩脱水而外运。
4 工程启动与运行
4.1 系统的启动
启动期为2015年8月中旬~10月中旬。系统为二次启动,没有再投加任何污泥。由于7月底到8月中旬好氧池曝气盘检修更换,MOAO水位较低,所以启动顺序是先启动UASB和ABR,然后是MOAO。这样启动UASB和ABR同时也对MOAO进行了补水。水中投加氮磷量按后文提到的营养比确定。
在UASB的启动时,利用其配套的回流泵进行助推,而MOAO的启动依赖其回流泵进行回流以均衡泥量。启动后及运行时UASB的MLSS在17.5~30g/L,MOAO的O段MLSS保持在5~7g/L。但各自对应的MLVSS范围分别是8~14g/L和3~6g/L。
MOAO水补充后,对其整体曝气2天。需要注意的是,为保护污泥量,末端的曝气阀门只在停进水的时候开启,回流过程全开。同时检测生物相和SV30,以辅助判断污泥活性及泥量。
表1 某果汁厂废水处理站启动期情况
启动过程具体数据详见表1,其中出水为二沉池出水,MOAO的MLSS为其O段数值,UASB的MLSS为8格各上中下取样口的平均值。进水COD和氨氮均为两调节池的平均值。
4.2 系统的运行与补充调整
(1)系统运行。系统运行稳定后,COD和氨氮指标都很稳定。出水也很清澈,但是其出水悬浮物不稳定,时常有超标的情况。
原因是MOAO工艺段的产泥量较大,其排泥导致二沉池的泥层升高,污泥处理不及时。
对此采用每班连续压泥(二沉池泥泵入浓缩池,然后利用带式压滤机进行污泥脱水),用以降低泥面,但不能保证及时消除影响。
(2)补充调整。在10月初开始着手在中间水池的后端增设两组气浮池。10月末,增设的气浮池开始试运行。结果表明,增设气浮池后可以完全保证出水悬浮物降至17 mg/L左右,并且COD也有相应的减少。至此,系统处理已相对稳定。12月初,申请当地环保局开始验收采样。
4.3 系统的调试与操作
系统前端,格栅机等对除去原水中的果渣等杂质作用很大。一般要求现场操作人员每班检查,尽量做到前端处理无故障发生。
虽然设计来水COD是7 000 mg/L,实际上来水经常超过此值。并且洗果水和生产水水质差别较大。一般洗果水的COD都在10 000mg/L左右,而生产水的COD在5 500mg/L左右。
运行中,由于UASB的高负荷,导致跑泥,所以会定期将ABR末端的泥泵回至UASB,主要依据是UASB的MLSS值。这样可以保证的各厌氧池泥量的相对稳定。
MOAO的回流虽然对于脱氮除磷作用是存在的[3],但此处这些功能不是要关心的重点。MOAO的污泥回流量会参照各O段MLSS和镜检结果,保持各段泥量均衡。如果生物相表明污泥趋向老化也会减少回流,并加大排泥量。
未增设气浮池时,为保证出水悬浮物达标,MOAO的排泥被限制,导致其污泥部分老化。为了更新污泥,所排污泥会使二沉池泥面上升,导致出水悬浮物超标。此时所采取措施为每隔一段时间MOAO进行排泥,然后每班连续压泥以降低二沉池泥面;但仍然会在某些时候出现悬浮物超标现象。
风机曝气量的控制。主要依据的设备是MOAO池上O段所设置的溶解氧仪。运行表明,溶解氧保持2.5~4.1mg/L效果都很好。
营养的控制。厌氧段和好氧段的C∶N∶P营养比例的参照值分别为350∶5∶1和100∶5∶1。此处的C按COD计算。微量元素的投加是每周一次,投量不超过2kg的成品微肥。
4.4 成品微肥对出水水质的影响
在调试前10天内,只在第一天添加了1kg成品微肥。结果持续发现前面的O段做SV30时也发现泥水界面不清晰,上清液有悬浮固体,二沉池出水有较多类似解絮污泥的悬浮物。
猜测是缺少微量元素,第11天开始每天定量投加1kg左右的成品微肥。配合其他曝气等措施,第13天开始泥水界面有开始趋于清晰,上清液的悬浮固体减少的趋势。
需要提醒的是,其他项目运行过程中有出现过投加微肥较多后,污泥反而表现出较差性状的实例。对此,微肥的投加有待商榷。
4.5 此系统对磷的去除
来水的磷含量很少,由于压泥后的滤液以及污泥浓缩池上清液回流至前端集水池,后期来水中磷含量增加。
初期(前25天)为保持污泥总量不流失,减少对最末端的曝气频率,导致末端污泥堆积。因为排泥也不积极,最后泥龄达到20天左右。泥龄也会影响总磷含量[4]。引起相应的污泥分解,造成出水含磷量较高。
针对此情况采取以下措施:对污泥采取积极排泥和回流,尽量将泥龄保持在一周以内;适时增加末端的曝气频率,尽量不让末端长时间保持低氧沉淀的状态;适当减少磷肥投加量。调整后,最终总磷含量稳定到0.15mg/L左右。
4.6 技术经济分析
经核算,废水直接处理费为1.30元/m3。
(1)电费。该工程用电量为7 992kW·h/d,电价按0.8元/(kW·h)计。电费F1=7 992×0.8÷8 000=0.79(元/m3)
(2)人工费。废水处理厂采用4班3运转模式,每班3人,主管1人,共13人,人工费为2 000元/(人·月)。人工费F2=2 000×13÷8 000÷30=0.11(元/m3)
(3)药剂费。①絮凝剂的投药量暂时按0.04kg/m3,药剂价为2 100元/t。药品费=0.025×2.1=0.08(元/m3);②PAM投药量暂时按0.001 kg/m3,药剂价20 000元/t。药品费=0.001×20=0.02(元/m3);③加碱量暂时按0.12kg/m3,药剂价2 500元/t。药品费=0.12×2.5=0.3(元/m3)。(4)废水直接处理费。F6=F1+F2+F3=0.79+0.11+0.4=1.3(元/m3)。
5小结
(1)一级处理问题。本工程的一级处理,采用的先经过格栅机,再经过旋流除砂器,再经过微滤机,最后进入调节池。运行中,出现格栅机因负载过大而造成耙齿变形和转动轴错位等问题。旋流除砂器也出现过排砂效率不高的现象。前端格栅机等一级处理效率不高,可以解释厌氧段UASB的MLSS高达25g/L左右,其中的MLVSS却只占50%左右的原因。可见前端一级处理效率不高会使泥中含有许多杂质。
(2)运行注意项目。此工程调试中需要注意的项目主要和泥量有关。UASB池在负荷高时会出现跑泥现象,此时需要及时从ABR池泵泥,以便给UASB池补充损失的泥量。
在此次调试中,出现几次因排泥偏少而导致泥龄偏高、SV30偏高的现象。由于此处理厂MOAO产泥量较大,因此及时排泥是很重要的。对于MOAO回流的作用,在此工程中主要是均衡泥量和调整泥龄,不再赘述。
成品微肥对保证污泥性状的良好也有很大的影响。合理的微量元素量会使污泥的沉降性和活性得到改善。
虽然来水水质中的总磷含量很低,但泥龄的增加会导致污泥分解进而导致出水中的总磷含量增加,严重时会导致出水总磷含量超标。
(3)经过实际的调试运行表明,在末端增设气浮池可以保证其出水悬浮物完全达标。也表明采用UASB-ABR-MOAO的工艺处理该企业高浓度果汁废水是可行的。
[1] DB 37/676-2007山东省半岛流域水污染物综合排放标准
[2] 鲁质监标发[2011]35号
[3]唐嘉陵,王晓昌,夏四清,等.回流次数对间歇厌氧-好氧反应器处理效果的影响.工业水处理,2015,35(3):30~33
[4]徐伟峰,陈银广,张芳,等.污泥龄对A/A/O工艺反硝化除磷的影响,环境科学,2007,28(8):1693~1696